1、基于51單片機(jī)的空氣智能加濕器設(shè)計(jì)內(nèi)容1任務(wù)來(lái)源、意義和目的22設(shè)計(jì)方案22.1總體設(shè)計(jì)22.2實(shí)施模式32.3理論基礎(chǔ)32.3.1單片機(jī)32.3.2 DS18B20傳感器42 . 3 . 3 1602光盤(pán)屏幕53硬件設(shè)計(jì)63.1設(shè)計(jì)方案63.2電路圖73.3信號(hào)分析83.4功能描述83.5復(fù)位電路83.6加濕器9的液位定位和光電開(kāi)關(guān)3.7 1602顯示屏104軟件設(shè)計(jì)114.1總體設(shè)計(jì)和描述114.2 DS18B20工藝設(shè)計(jì)124.3 1602字符液晶顯示流程設(shè)計(jì)155系統(tǒng)調(diào)試176摘要17謝謝你18附錄一：1602LCD 20簡(jiǎn)介附錄2液晶顯示器控制和顯示子程序24加濕器已經(jīng)在日常生活中廣

2、泛使用，但是現(xiàn)有的加濕器需要手動(dòng)控制來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉，并且不具有監(jiān)控室內(nèi)空氣溫度和濕度的能力。人們?cè)谑褂眠^(guò)程中會(huì)出現(xiàn)過(guò)度加濕和干燒的問(wèn)題，這不僅會(huì)對(duì)室內(nèi)空氣舒適性產(chǎn)生負(fù)面影響，而且還存在安全隱患。因此，開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)一種價(jià)格低廉、功耗低、具有自動(dòng)控制功能的加濕器就顯得尤為必要。本設(shè)計(jì)采用智能控制，以AT80S51單片機(jī)為核心，外部輔助電路，通過(guò)實(shí)現(xiàn)防干燒、聲光報(bào)警、智能開(kāi)關(guān)和顯示室內(nèi)溫濕度等功能，基本實(shí)現(xiàn)了智能加濕器。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、智能、加濕器、相對(duì)濕度、傳感器1任務(wù)來(lái)源、意義和目的加濕器已經(jīng)在日常生活中廣泛使用，但是現(xiàn)有的加濕器需要手動(dòng)控制來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉，并且不具有對(duì)室內(nèi)空氣溫度和濕度的監(jiān)控。人們?cè)?/p>

3、使用過(guò)程中存在過(guò)度加濕和干燒的問(wèn)題，這不僅對(duì)室內(nèi)空氣舒適性產(chǎn)生負(fù)面影響，而且存在安全隱患。因此，開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)一種價(jià)格低廉、功耗低、具有自動(dòng)控制功能的加濕器就顯得尤為必要。本設(shè)計(jì)采用智能控制，以AT80S51單片機(jī)為核心，外部輔助電路，通過(guò)實(shí)現(xiàn)防干燒、聲光報(bào)警、智能開(kāi)關(guān)和顯示室內(nèi)溫濕度等功能，基本實(shí)現(xiàn)了智能加濕器。2設(shè)計(jì)方案2.1總體設(shè)計(jì)智能加濕器應(yīng)滿足以下要求：1)相對(duì)濕度低于40%時(shí)自動(dòng)加濕；2)用戶可以設(shè)置系統(tǒng)溫濕度報(bào)警值；3)采用5V穩(wěn)定DC電源供電，提供溫濕度調(diào)節(jié)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；4)顯示模塊可以顯示檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。硬件設(shè)計(jì)不僅要滿足系統(tǒng)要求，還要滿足功能和尺寸要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確

4、定了系統(tǒng)的總體方案。包裝系統(tǒng)由兩個(gè)DS18B20溫度傳感器、一個(gè)水位傳感器、一個(gè)單片機(jī)、一個(gè)1602激光視屏、一個(gè)聲光報(bào)警器和一個(gè)光電耦合開(kāi)關(guān)組成。系統(tǒng)功能示意圖如圖1-1所示。兩個(gè)溫度傳感器分別采集室內(nèi)空氣的干球溫度和濕球溫度，并將采集到的溫度傳輸給單片機(jī)。微控制器處理這兩個(gè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合室內(nèi)濕度要求控制加濕器的打開(kāi)和關(guān)閉。此外，水位傳感器還可以監(jiān)測(cè)水位，單片機(jī)根據(jù)水位控制聲光報(bào)警裝置。自動(dòng)加濕器包括加濕模塊、報(bào)警模塊和自動(dòng)斷電模塊。單片微型計(jì)算機(jī)溫度傳感器1溫度傳感器21602光盤(pán)顯示器水位指示傳感器加濕器開(kāi)關(guān)聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)警報(bào)圖1-1自動(dòng)加濕器功能示意圖2.2實(shí)施模式要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加濕器的功能，就

5、要做好硬件和軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試。首先，在硬件方面，通過(guò)合理設(shè)計(jì)單片機(jī)引腳與其他外圍電路的連接，實(shí)現(xiàn)了輸入輸出端口和模型控制功能。由于時(shí)間倉(cāng)促，沒(méi)有找到合適的水位傳感器。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，用三個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)代替水位傳感器分別代表高、中、低水位，用發(fā)光二極管代替加濕器開(kāi)關(guān)，使得在方正過(guò)程中更容易觀察系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效果。詳見(jiàn)硬件設(shè)計(jì)。其次，在軟件方面，通過(guò)合理設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)和安排子程序，程序可以以最簡(jiǎn)潔有效的方式達(dá)到目的。最后，在調(diào)試方面，程序在VW8系列控制器環(huán)境下進(jìn)行編輯，編輯過(guò)程可以通過(guò)軟件仿真觀察和調(diào)試。程序編輯完成后，用硬件進(jìn)行模擬。最后，通過(guò)編程裝置將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。該系統(tǒng)主要由溫度傳感器的

6、輸入信號(hào)和單片機(jī)輸出的控制信號(hào)組成。首先，單片機(jī)向溫度傳感器發(fā)送讀取信號(hào)，然后溫度傳感器做出響應(yīng)。DS18B20完成對(duì)采集的溫度信息的AD處理并存儲(chǔ)為數(shù)字信號(hào)后，單片機(jī)開(kāi)始讀取溫度值，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行位處理，以達(dá)到用戶要求的精度并計(jì)算相對(duì)濕度。最后，溫度和濕度值通過(guò)1602光盤(pán)顯示。此外，該系統(tǒng)具有特殊的控制信號(hào)，用于控制聲光報(bào)警系統(tǒng)和光電耦合開(kāi)關(guān)。2.3理論基礎(chǔ)2.3.1單片機(jī)T89C2051是一臺(tái)帶2K字節(jié)閃存可編程可擦只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦只讀存儲(chǔ)器可重復(fù)擦除1000次。該器件由ATMEL高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和輸出引腳兼容。ATMEL的AT89

7、S51是一個(gè)高效的微控制器，AT89C2051是一個(gè)簡(jiǎn)化版，因?yàn)槎喙δ?位CPU和閃存結(jié)合在一個(gè)單一的芯片。AT89S51單片機(jī)為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活而廉價(jià)的方案。形狀和引腳排列如圖2-1所示圖2-1 AT89S 51芯片引腳圖AT89S51有40個(gè)引腳，大致可分為四類(lèi)：電源引腳、時(shí)鐘電路引腳、輸入輸出引腳和控制線引腳。根據(jù)發(fā)展的需要和單片機(jī)的結(jié)構(gòu)，我們可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的自動(dòng)化工作，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化！2.3.2 DS18B20傳感器傳感器是一種物理測(cè)量裝置或裝置，將測(cè)量數(shù)據(jù)按照一定的精度轉(zhuǎn)換成一定的關(guān)系，便于應(yīng)用，用于滿足系統(tǒng)信息傳輸、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制的要求。在本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，

8、主要使用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，提供9-12位的攝氏溫度測(cè)量。i fu b”具有由高電平和低電平觸發(fā)的可編程報(bào)警功能，不會(huì)因斷電而改變。DS18B20通過(guò)單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央處理器和DS18B20之間只需要一條連接線(加上地線)。它的溫度測(cè)量范圍是55-125，精度是5 0C在10-85。此外，DS18B20可以直接從單線通信線路獲取能量，無(wú)需外部電源。每個(gè)DS 18B20都有一個(gè)唯一的64位序列號(hào)，從設(shè)備FU允許多個(gè)DS 18B20同時(shí)連接到一條單線總線。因此，使用一個(gè)微控制器來(lái)控制覆蓋大面積的多個(gè)DS 18B20是非常簡(jiǎn)單的。該特性在暖通空調(diào)環(huán)境控制、建筑物、儀器或機(jī)器

9、的溫度檢測(cè)以及過(guò)程監(jiān)控中非常有用。在溫度測(cè)量方面，DS18B20的核心功能是它的直接數(shù)字溫度傳感器。溫度傳感器的精度為9、10、11或12位，可由用戶編程，增量為0。5 0C，0。2 5 0C，0。12 5 0C和0。06250C。上電狀態(tài)的默認(rèn)精度為12位。DS18B20啟動(dòng)后保持低功耗等待狀態(tài)；當(dāng)需要進(jìn)行溫度測(cè)量和模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，總線控制器必須發(fā)出“44h”命令。之后，生成的溫度數(shù)據(jù)以?xún)蓚€(gè)字節(jié)的形式存儲(chǔ)在高速緩存的溫度寄存器中，并且DS18B20繼續(xù)等待。當(dāng)DS18B20由外部電源供電時(shí)，總線控制器在溫度轉(zhuǎn)換指令后啟動(dòng)“讀取時(shí)序”，DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間返回0，在轉(zhuǎn)換后返回1。如果DS1

10、8B20由寄生電源供電，除非總線在進(jìn)入溫度轉(zhuǎn)換時(shí)被強(qiáng)上拉拉高，否則不會(huì)返回。端口電源部分詳細(xì)說(shuō)明了寄生電源的總線要求。圖2-2 DS18B 20數(shù)字溫度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2 . 3 . 3 1602 CD屏幕在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出設(shè)備有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，顯示質(zhì)量高，因?yàn)橐壕э@示器的每一點(diǎn)在接收到信號(hào)后都保持那種顏色和亮度，并且總是發(fā)光，不像陰極射線管顯示器那樣需要不斷刷新新的亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器具有高圖像質(zhì)量并且不閃爍。二是數(shù)字接口，液晶顯示器是數(shù)字的，與單片機(jī)系統(tǒng)的接口更簡(jiǎn)單、更可靠，而且操作更方便。第三，體積小，重量輕。液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子的狀態(tài)，這比具有相

11、同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器輕得多。第四，功耗低。相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部電極和驅(qū)動(dòng)集成電路上，因此其功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他顯示器。本系統(tǒng)中使用的字符液晶顯示器是一種點(diǎn)陣液晶顯示器，專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等。目前常用的模塊有16*1、16*2、20*2和40*2線。本設(shè)計(jì)選用長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子有限公司的1602字符液晶顯示器.通用1602字符液晶屏如圖3-1所示：圖2-3 1602字符液晶顯示器的物理圖1602LCD的主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量為：162個(gè)字符芯片的工作電壓為：4.55.5V工作電流為：2.0毫安(5.0伏)模塊的最佳工作電壓為：5.0伏字符大?。?.954.35(WH)毫

12、米3硬件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)方案單片微型計(jì)算機(jī)溫度傳感器1溫度傳感器21602光盤(pán)顯示器水位指示傳感器加濕器開(kāi)關(guān)聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)警報(bào)圖3-1自動(dòng)加濕器功能示意圖3.2電路圖單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，它指導(dǎo)外圍設(shè)備協(xié)同工作，完成特定的功能。硬件實(shí)現(xiàn)采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊只實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的功能，最后每個(gè)模塊重疊在一起。這種設(shè)計(jì)方法可以降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。系統(tǒng)電路原理圖如圖2所示。該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)計(jì)包括電源電路、蜂鳴器電路、晶體振蕩器電路、復(fù)位電路、液晶顯示電路和溫度傳感器電路。控制電路的核心器件是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的AT89S51單片機(jī)，屬于MCS-51系列。AT89S51是一款低功耗、高性能的8位

13、單片機(jī)，內(nèi)置2K系統(tǒng)可編程閃存，采用的技術(shù)是Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)。片上閃存允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中可編程，也適用于傳統(tǒng)的程序員；AT89S51在單個(gè)芯片上，配有智能8位處理器和系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高度靈活和超高效的解決方案；價(jià)格低廉，性能可靠，抗干擾能力強(qiáng)。因此它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和嵌入式系統(tǒng)中。圖3-2電路原理圖系統(tǒng)的聲光報(bào)警器電路(由報(bào)警蜂鳴器和發(fā)光二極管組成)、振動(dòng)電路和復(fù)位電路如圖所示？圖。圖。顯示。顯示模塊選用1602字符液晶顯示模塊，是目前工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的液晶顯示屏之一。電路圖如圖？顯示。1602字符液晶顯示模塊為點(diǎn)陣式液晶顯示

14、，易于驅(qū)動(dòng)，編碼后顯示內(nèi)容多樣。由于時(shí)間倉(cāng)促，沒(méi)有找到合適的水位傳感器。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，用三個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)代替水位傳感器分別代表高、中、低水位，用發(fā)光二極管代替加濕器開(kāi)關(guān)，使得在方正過(guò)程中更容易觀察系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效果。3.3信號(hào)分析該系統(tǒng)主要由溫度傳感器的輸入信號(hào)和單片機(jī)輸出的控制信號(hào)組成。首先，單片機(jī)向溫度傳感器發(fā)送讀取信號(hào)，然后溫度傳感器做出響應(yīng)。DS18B20完成對(duì)采集的溫度信息的AD處理并存儲(chǔ)為數(shù)字信號(hào)后，單片機(jī)開(kāi)始讀取溫度值，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行位處理，以達(dá)到用戶要求的精度并計(jì)算相對(duì)濕度。最后，溫度和濕度值通過(guò)1602光盤(pán)顯示。此外，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，還有控制聲光報(bào)警系統(tǒng)和光電耦合開(kāi)關(guān)的特殊控制信號(hào)。

15、這些控制信號(hào)相對(duì)簡(jiǎn)單，將不一一討論。3.4功能描述參考舒適空調(diào)的相對(duì)濕度應(yīng)為40%-65% x，在功能設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)以40%作為最佳相對(duì)濕度參考值。一方面，通過(guò)監(jiān)測(cè)加濕器內(nèi)部的水位，微控制器可以實(shí)現(xiàn)防止加濕器干燒的功能，即只有當(dāng)水位高于水位下限時(shí)，加濕器才能通電。另一方面，室內(nèi)相對(duì)濕度通過(guò)處理由兩個(gè)溫度傳感器測(cè)量的干球溫度和濕球溫度獲得，并與人體的最佳相對(duì)濕度進(jìn)行比較。在水位滿足要求的前提下，如果室內(nèi)相對(duì)濕度高于人體的最佳值，控制加濕器不要移動(dòng)，否則，打開(kāi)加濕器電源開(kāi)始加濕，直至室內(nèi)空氣達(dá)到最佳濕度。此外，單片機(jī)還與聲光報(bào)警器和1602光盤(pán)顯示屏相連，并具有顯示溫度、濕度和水位的功能?？傊?，在現(xiàn)

16、有加濕器中增加該單片機(jī)將實(shí)現(xiàn)防干燒、聲光報(bào)警、智能開(kāi)關(guān)和顯示室內(nèi)溫濕度的功能，基本實(shí)現(xiàn)加濕器的智能化。3.5復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是在系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，并在系統(tǒng)電源穩(wěn)定后取消復(fù)位信號(hào)。為了可靠起見(jiàn)，在電源穩(wěn)定后，經(jīng)過(guò)一定的延遲后，復(fù)位信號(hào)將被取消，以防止復(fù)位受到電源開(kāi)關(guān)或電源插頭的開(kāi)關(guān)過(guò)程所引起的抖動(dòng)的影響。圖3-3所示的RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能，圖3示出了它的輸入輸出特性。然而，它不能解決諸如電源毛刺(點(diǎn)A)和緩慢的電源下降(電池電壓不足)等問(wèn)題，并且調(diào)整RC恒定變化延遲將使驅(qū)動(dòng)能力變差。左邊的電路在高電平復(fù)位，右邊的電路在低電平復(fù)位。開(kāi)關(guān)ch手動(dòng)復(fù)位，可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。圖3-3通電和手動(dòng)復(fù)位電路圖3.6液位定位和光電開(kāi)關(guān)由于開(kāi)發(fā)過(guò)程時(shí)間較短，目前還沒(méi)有購(gòu)買(mǎi)合適的液位監(jiān)控傳感器，所以在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用三個(gè)開(kāi)關(guān)，按下按鈕表示水位達(dá)到相應(yīng)的水位。此外，為了直觀地看到控制輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)盤(pán)，光電開(kāi)關(guān)被改為發(fā)光二極管并串聯(lián)到電阻器上。參見(jiàn)圖3-4。圖3-4水位計(jì)光電開(kāi)關(guān)替代元件3.7 1602顯示屏使用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)背光之間的對(duì)比度3)根據(jù)相對(duì)濕度值控制加濕器的開(kāi)關(guān)。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)軟件流程圖，如圖所示。顯示溫度和濕度初始化加載程序讀取干球溫度t讀取濕球溫