【基于STC89C52单片机的加湿器设计与实现4900字（论文）】

系统总体设计方案1.1设计要求1）需要能够实现对于环境中的湿度进行检测，然后通过系统显示出来。2）可以通过按键设置湿度的下限。3）一旦湿度低于设置的最低值，加湿器启动1.2方案选择方案一：HS1101是电容式湿度传感器，可测相对湿度范围在0%—100%RH，误差为±2%RH。方案二：选择DHT11作为温湿度自动监测模组。DHT11为一个数字输出式的温湿度复合传感器,包含了一个电阻型温度干事器件以及一个NTC式温度测量器件,可以同时测量20—百分之九十五的RH湿度,误差范围为±百分之五RH,0—50℃,误差范围为±2℃。总而言之，虽然第一种方案它在对于湿度的测量精确值方面更加优秀和准确，但是我们考虑到我们的设计主要测量的是普通环境里的湿度不需要如此高的准确度。而且第二种方案也能够满足所要求的功能，价格较第一种来说也会更加便宜，所以我们选择第二种方案最合适。2系统硬件设计2.1整体方案设计1系统概述本文设计的系统核心是选用了STC89C52单片机并且与其他各个部分模块一同组成的集成系统。其他几个模块大致有按键模块，液晶显示模块，湿度传感器模块以及继电器模块；他们与最小系统一起共同完成设计的目的。其中湿度传感器模块使用DHT11湿度传感器，负责收集湿度的数据并发送到单片机。因为本次设计需要对湿度最低值进行设置所以有加减两个按键来对湿度的下限值进行调节，所用按键数量较少，故而选用较为简单的轻触按键。其他部分完成后最重要的就是如何显示数据，我们选用了1602液晶板。选用它的原因是因为其可以显示两行16列的数据。当我们检测到的湿度值低于设置值那么继电器会将开关吸附过来，从而雾化器启动。最后的供电使用USB-5V电压源。2系统框图2.2系统最小模块1STC89C52简介STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线。其中P0到P4口用于连接外部电路，使得单片机完成对其他相关电路的控制。2最小系统电路单片机最小系统电路由单片机和一个复位电路以及一个晶振电路与一个上拉排阻构成。如下图：晶振电路原理图如下：晶振电路由晶振和两个30pF的电容相连，通过电容的充电与放电是的晶振产生的正弦波更加稳定。它的一端接地，另一端与单片机的X1,X2连接在一起。复位电路原理图：复位电路相当于无论程序执行到那个位置都会从头开始执行。它的远离主要是通过电容的充放电来达到自动复位，它的一端与单片机的reset连接。当电容充电时reset为高电平此时无法执行，随着电容放电电压降为0也就是低电平，程序执行。此处使用自动复位电路是因为其可以起到一个延时作用，使得电压稳定时在执行防止出错。此外单片机的P0口还需要连接一个上拉排阻，这是因为P0口只能输出低电平和高阻态无法输出高电平，所以连接一个上拉排阻和电源十七可以正常输出低电平与高电平。2.3DHT11传感器电路1DHT11简介DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。2DHT11模块电路图DHT11的模块电路图如下图所示：该模块一共有四个接口，接口三不用外接任何接口。接口1，4分别连接电源和地，接口2可直接连到单片机接口来传输湿度数据。因为连线过短故需要增加一个电阻。传感器模块会将采集到的湿度参数发送给单片机。2.4液晶显示电路11602液晶简介此次设计采用了1602液晶板，移动能显示2行，每行16个字符，能够非常容易的显示一些常见的数字，字母和符号。甚至通过一些程序的设计可以输出一些简单的汉字。2液晶显示模块电路LCD1602液晶块总共有16个引脚，其中1，2和15，16各位一组需要连接电源与GND。1,2引脚负责给液晶块工作供电，15，16引脚则是给液晶背光接电从而使液晶板发光。RS引脚与单片机相连，通过高低电平来控制输入的是数据还是命令。同理RW是用来控制读数据或写数据的，EN接入使能端。3引脚接入一个滑动变阻器目的是调节液晶板的对比度，可以让显示的文字和数字更加清晰。D0到D7直接连到单片机P0口，来接受单片机的信号。2.5按键输入模块按键模块在本次设计中主要是来对最低的湿度范围进行设置，我们的设计中采用了两个按键分别来对最低的湿度范围进行调节设置。它们分别于单片机的P32,P33l连接；其中K1用来增加最低湿度上限的设置值，K2用来降低最低湿度上限。每按一下K1设置的最低湿度值就会增加1%，同样每按一次K2键就会使得设置值减少1%。按键的选择上也有要求，按键有独立键盘和矩阵键盘两种，矩阵键盘能够节省下来许多按键接口但是编程麻烦。而本设计中需要的按键很少故优先考虑独立键盘。2.6继电器电路和加湿模块继电器在系统中相当于一个自动的开关，通过单片机的高低电平实现对雾化器工作状态的控制。我们使用的使电磁式的继电器，他一般是由线圈和铁芯构成。当三极管导通时线圈中会通过电流，从而产生磁性将簧片开关吸引到左边雾化器不工作。三极管一端与单片机P20口相连，当单片机输出高电平时三极管不导通雾化器开始工作。在途中二极管的作用是为了保护电路而设计的，因为线圈会产生一定的反电动势影响电路而二极管会将产生的反电动势抵消进而保护电路。2.7电源模块电源模块与一个开关相连接，其中接口1，2，3和4，5，6各为一组我们可任选一组。当开关按下时1，2口接通输出5V电压。此处电容同样是起保护电路作用，防止电压快速变化而损伤器件。3软件设计3.1主程序设计本次设计的主要步骤如下，首先打开电源对液晶的显示屏进行初始化，这一部分包括了两个部分分别是对它所显示的内容进行初始化和对功能进行初始化。初始化完成后会从单片机内部的EEPROM中读取已经设置好的湿度最低值并显示，之后延时一段时间后会进入循环。首先检测湿度数据然后显示湿度值，之后会判断检测到的湿度值与设置值的大小，若低于设置值则会启动雾化器进行加湿。随后系统对于是否按下按键进行检测，如果按键按下则进入湿度最低值设置经过一段延时后输出，并进入下一次循环。它的流程图如下：3.2湿度传感器程序设计在读取湿度传感器的数据之前首先会发送一个起始信号，在短暂的延时之后传感器会进入工作状态。之后会进入数据接收状态，单片机会读取传感器测量的温度湿度数据与校验字节。如果校验字节与读取的温度湿度数据可以相匹配则会保留结果并且显示在液晶板上，否则会丢弃数据。3.31602液晶程序设计液晶在开始工作之前要进行初始化，即通过数据手册上的一些要求对其写入一些命令，包括以下几个命令一不显示光标，二写入数据后地址加一也就是光标右移一位和三清屏。之后就会进入到液晶显示内容的部分，在其开始显示内容之前，首先会确定一个需要显示的位置，即它在哪一行哪一列显示。在完成光标定位之后就可以在液晶板上显示内容了，它在显示的时候是一位一位完成的。比如显示233，那么会先显示百位之后才是十位最后显示个位。本设计中因为湿度不会达到百分百所以只需要能够显示十位以及个位即可。而要是想显示一串字母或汉字的话，也是同样的道理。比如显示“love”，会从“l”开始之后光标右移一位显示“o”直到“e”。虽然显示的是一串字符或数字，但是我们只需要在最开始完成一次光标的定位即可，而不是没显示一个数字都要重新进行光标定位。3.3按键程序设计按键的扫描程序本质上是用来对我们设置的最低湿度值进行设置，首先判断加键有没有被按下，如果有且已有的设置值大于1那么就会使设置值减去1并且刷新新的设置值。接着判断加建是否被按下若是且湿度值低于99就会在原来的基础上加1，再刷新显示值。4系统组装与调试空气加湿器系统如果想要正常工作，那么就离不开硬件与软件系统之间的结合，如果软件部分没有出错但是某些硬件出现了问题就会使整个设计无法正常工作，从而导致系统紊乱。所以为了能够更好的完成设计，不前功尽弃，我们要确保软件不出错的情况下对每个硬件部分进行调试，来保证系统正确运行。4.1电路的调试1调试方法一般对于电路的调试总的有两种方法。第一种是在硬件模块安装的同时对于整个系统进行调整。另外的一种是在我们将硬件电路完全焊接好之后，再进行调试。对于前者，其实更加适合一些创新的电路设计但是对于我们的设计选用后者更好。2通电调试（1）通电前检查在通电之前最好不要立刻通电，因为若是电路连接过程中出现了错误很有可能会造成元件的损坏，导致整个系统无法完成预想的功能。所以我们要对整个系统的电路连接进行检查，尤其是要检查一些焊接的地方有没有短路。除此之外还要看一下有没有连线连接错误或者连线缺漏，检查完毕还可以用万用表对元件的正负极连接正确与否进行确认。（2）通电调试把设计好的硬件通过USB接口插入电源，之后系统的每个部分都开始正常工作，液晶板显示出当前空气中的湿度值以及之前设置好的最低湿度值。另外还可以通过开关来实现接通与断开，雾化器能够正常运转。最低湿度值也能够通过按键值来实行加减设置。3整机联调尽管我们对于每个部分的电路都进行了调试，但是这整体系统的要求未必会完美达到，所以还需要进一步来调试。这一步的调试的根本方法是对其动态性能的观察与研究，换句话来说就是将我们测得的结果来与原本的标准进行比较来发现整体的系统是否会有问题，并逐渐修改。4.2软件调试本文所用设计使用Keil来测试程序在运行过程中是否会出现错误，这一类软件在单片机的学习中会起到非常重要的作用。除了这一点Keil所用的编程语言是C语言，在编程语言中较为容易理解。4.3功能实现1湿度测量功能系统接入电源之后，1602液晶板上会显示两行数值，第一行是目前空气中的湿度值，第二行是我们预先设置好的最低湿度值。当空气中的湿度低于设置值会起到驾驶功能，空气中的湿度也会随之变化。2按键功能空气中的湿度值会随时改变不够稳定，但是为了稳定启动加湿器那么就需要通过按键来实现。按键有加减两个按键，可以随时调整最低湿度范围来实现启动加湿器的功能。3加湿器功能实现系统通电后传感器会测量空气中的数据并传输到液晶板显示出来，如果空气中的湿度低于我们已经设置好的湿度时继电器触发加湿器启动，从而起到对空气加湿的作用。6总结随着社会的发展以及气候越来越严峻的变化，人们对于加湿器的需求也越来越高。但是现今市面上的加湿器都价格较为昂贵且容易滋生细菌，无法满足普通人的需求。因此我们真的需要设计出一种能够满足日常需求，安全以及较为便宜的加湿系统，通过本设计可以来提供思路发展出满足市场的产品。总之实践要和理论相互结合才能够达成我们的要求。通过自查相关资料并广泛搜集了相关方面的相关文章,训练提高了自己的自学的能力水平与实际动手能力。并且从由原来单纯的学习被动的接受外界知识逐渐转变为主动的寻求自身知识,这也可以说这是在学习思维方式上进行的又一次的重要突破。在你以往所学的这种传统的教学思维模式指导下,你现在或许只会只记得那一些的书本知识,可是现在经过这次毕业的设计,你又学到了怎样才能把自己所学到的这些东西真正变成你自己需要的知识,学习到了如何才能更好有效的去解决理论知识如何与工作实际情况相结合这样的实际问题,抓住知识要点,攻克知识难关,活用学活用。

在设计过程中由于时间仓促有很多地方难免存在不足之，但在以后的工作中，我们会严格要求自己最求完美。

参考文献郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.刘建清.轻松玩转51单片机C语言[M].北京：航空航天大学出版社，2011.张绪光，刘在娥.电