嵌入式单片机和超声波加湿器的应用

李俊玮

摘要：随着后PC时代的到来，网络、通信技术得以发展，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的提升。通过计算机进行控制的调节湿度系统也开始应用于更多领域。本文分析了嵌入式单片机的起源，发展进程，以及嵌入式单片机的优缺点，性能，和超声波加湿器一起应用，通过基于单片機的自动调湿度系统设计，对其控制原理与结构进行介绍，并对其优势进行分析。

关键词：嵌入式单片机；调节湿度系统；超声波加湿器

前言：

嵌入式计算机系统起源于微型机时代，但很快就进入到独立发展的单片机时代。在单片机时代，嵌入式系统以器件形态迅速进入到传统电子技术领域中，以电子技术应用工程师为主体，实现传统电子系统的智能化。嵌入式单片机的自动调湿系统调湿精度高、消耗能量低，已经成为未 来温度控制技术的应用趋势，得到业内的认可。为此，笔者对单片机自动调湿系统的原理与结构进行探讨。

1.0 嵌入式单片机的发展：

80年代之前，嵌入式单片机广泛应用于大型机电，像汽车，家电产品，很少应用于小型电器，但慢慢发展，嵌入式单片机和PC结合，和成千上万的电子产品相结合，来获得更佳的使用性，更方便，速率更快，价格实惠。时过境迁，现在的嵌入式相比之前更加智能，更加系统。新兴的嵌入式 系统随着嵌入式系统的发展，出现了很多新模式、新想法，新天地。新型嵌入式系统会随着社会的发展，不断前进，比如马上来临的5G时代，无线覆盖整个城市，智能家具，甚至往大的方面还可能涉及到外太空探测的领域。

2 自动调节温湿度系统控制原理

2.1.所选器材：超声波加湿器、STM32单片机、温湿度传感器DHT11、显示器、供水阀、电动机、蓝牙。

2.2自动调节湿度系统的原理分析；

①测量湿度：

利用温湿度传感器来实现，选用了温度传感器DHT11。温湿度传感器附着于嵌入式单片机上，单片机和控制器相连接，通过蓝牙把单片机接受到的数据传输给手机，所需器材很少，器材价格便宜，只需要连接成功方可运行。（DHT11：连接在 GPIO 口的 PA0 上。DHT11 是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。其精度湿度+-5%RH，温度+-2℃，量程湿度 20-90%RH，温度 0～50℃。STM32 与 DHT11 之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间 4ms 左右，据分小数部分和整数部分。

②湿度控制系统：

湿度传感器分解：接地端为GND，信号端 为DO，外接电源输入端是 VCC。为了确保传感器能够 在特定的时钟周期内有稳定的电流供应，我们将其总线采 用MOSFET进行上拉。采用电源供电法时，主机控制温度 转换需要进行初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。湿度传感器可以实现电源供电，也可以实现寄生电源 供电，本系统使用前者。整个湿度控制系统，我采用的技术主要包括 APP程序代码的编写、Android开发环境的搭建、MDK开发环境的安装与破解，USB转串口驱动的安装，以 及JLINK驱动的安装、蓝牙连接、LCD液晶模块。提高了湿度控制系统的完整 性，也提高了系统的可靠性，从而更精准地实现湿度控制的目的。一般采用液晶显示器，这种作为显示设备，液晶显示器分辨率高，清晰可见，具有高寿命，显示简单的湿度数据时也具有亮度高的特点。为了对系统的设备进行保护，在设计时，我们还要增 加报警设计，采用三极管与蜂鸣器连接的方式，当不能正常工作时，单片机将会发出信号经过三极管放大后推动 蜂鸣器工作

③控制原理：由温湿度传感器对室内的湿度 进行数据收集，通过线路把收集到的数据传输到中心控制 器的单片机中，在控制器完成数据分析后，如果湿度输入值低于设定的湿度值，中心控制器就会对超声波加湿器发出信号，以超声波的形式把水分子打散，通过排放口排到空气中，保持室内的湿度，接通蓝牙的控制下，发送数据到手机终端，同时控制了STM32单片机的接收模块，从而，手机终端获得单片机的数据后，处理器的处理数据将会通过液晶显示器进行显示，通过判断，打开或关闭超声波加湿器即可。系统的湿度控制过 程，省去了传统的数模信号转换过程，提高了系统的可靠 性，从而准确地实现温度控制的目的。

④系统结构设计及其分析：

我们选用了STM32单片机为核心，使用16位、32 位处理器，引导程序位BOOT，有着串口、按键、看门狗、LED灯、蜂鸣器、调试口、FLASH、等功能，而温湿度传感器就是利用接口的功能。在基于嵌入式单片机湿度的自动调节系统设计中，以 对湿度的监测与控制来对整个电能供暖系统进行自动化控 制，其中的单片机、传感器与控制电路形成 一个回路，在一个完整的自动化超声波加湿器的设计下，首先，以STM32为载体，应用到温湿度传感器DHT11、搭载HC-05主从一体的 蓝牙模块，液晶显示器，采用手机终端上位机，蓝 牙传输数据，单片机在系统中处于核心部分，对回路控制系统、数据采集、处理与显示的功能具有重大意义，数据转发需要单片机为控制转发层，从而实 现手机app对加湿器自动化控制。控制原理主要由温湿度传感器在外界接受空气中的湿度，感受温度，然后接受数据，把数据传输给了超声波加湿器，超声波加湿器收集到数据后，做出了判断，比如冬天室内干燥，空气湿度达不到标准湿度（40%RH-60%RH），这时，超声波高频震荡1.7MHZ频率将会被超声波加湿器采用，将水雾缩小为只有1-5微米的超微粒子，人们就可以在舒适适宜的环境工作学习。最后，如果你想关闭或者调大湿度，你直接可以通过手机APP显示屏上改变你要的环境，并且可以清晰的看到温湿度的变化。

3结束语：

本系统的实现中，描述了嵌入式单片机的发展，特点以及前景，并且把嵌入式单片机和超声波加湿器结合在一起应用，其过程中，应用到了蓝牙，嵌入式技术、液晶显示屏、串口、接口以及Android开发环境的搭建与APP程序代码的编写等，本实验实现了智能化的家具系统所要求的基本功能，虽然通过努力，并且不断地运行操作实现了这一功能，但由于经验不足，没能做到十全十美，像轻微的噪声无法去除。

参考文献

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（作者单位：浙江万里学院）