智能加湿器的系统设计与实现

马铭鸿 刘莹

【摘要】随着科技的发展，智能化的应用设备越来越广泛，为人们创造了许多的便利。许多人开始对加湿器注意，无论是工厂、车间、仓库、还是卧室，加湿器随处可见，并且展现着非常重要的作用。但是生活中常见的加湿器只能实现简易的持续加湿，对湿度的调节能力差，造成过度加湿。在日常的生活中我们要求准确有效的控制湿度。因此，本文设计了一种准确度高、操作简单的智能加湿器。在智能加湿器中，最关键的是湿度控制方法。传统的湿度控制方法完全是人工的，不仅费时费力，而且效率低。本文旨在论述一种智能湿度控制系统的设计，该系统主要由单片机STM32、温湿度传感器DHT11、液晶显示屏 LCD1602等部分组成。采用温湿度传感器DHT11来测量湿度。它的精确度高，而且DHT11直接是输出数字信号，可直接与单片机相连。显示部分使用的是LCD1602来显示湿度。

【關键字】温湿度传感器;LCD1602;上位机;下位机

1. 硬件部分设计

空气加湿系统是能够检测空气中的湿度浓度，还具有报警功能的仪器。该报警系统的最基本组成部分应包括：信号采集及前置放大电路、声光报警电路、单片机控制电路、字符显示电路、模数转换电路与安全保护电路等部分组成。

1.1 单片机最小系统电路设计

目前，许多的智能设备应用于各种生产领域，促进了现代社会科技发展的提升。在此过程中，由于对智能仪器的大量需求，单片机的应用也在不断增加。这其中的原因主要是因为单片机不仅尺寸小，操控灵活简单，还具有更强的可靠性，这归功于芯片的高集成度。对于智能仪器，不仅需要在保持高灵敏度功能更需要保证测量数据的精准性，减少仪器的大小，从而降低整个设备的体积。

1.2 温湿度采集模块设计

1.2.1 温湿度传感器的选型及特点

温湿度传感器主要特性：

温湿度传感器，单线数字输出，低耗能，体积小，稳定性高。

测湿范围：20%～90%RH，湿度测量精度为±5.0%RH。本次设计测量的相对湿度值为60%～80%RH。

工作电压：3.0～5.5 V，响应时间小于5S。

DHT11温湿度传感器工作原理是在超出规定的工作范围时会造成高达3%RH的临时性漂移信号。返回正常的工作情况后，传感器会逐渐地向正恢复正常状态。

1.2.2 温湿度采集模块设计

温湿度传感器的引角中有两条是电源引脚，另外两条是输出数据的引脚，只需要给它供上额定电压，然后在它的输出引脚采集信号就可以了。DHT11温湿度传感器是数字型湿度传感器，它可通过数字方式传输所采集的当前环境湿度，DHT11温湿度传感器运用的是单总线通信，只需将单片机的一个I/O端口与DHT11温湿度传感器的通信接口连接就可以实现数据的采集和传送，与其他电路相比较简单。湿度采集电路原理图，如图2.1所示。

1.3 显示模块设计

1.3.1 显示器件选择

LCD液晶显示屏。通常的模块是一种专门用于显示符号、数字、字母的显示模块，选用基于HD44780液晶芯片的字符型显示模块，有16引脚与14引脚两种，LCD1602液晶屏的14引脚与16引脚区别就是后者具有屏幕背光功能，更加易于观察显示内容。

1.3.2 显示接口电路设计

LCD1602液晶是字符型液晶模块。每个点阵字符位都可以显示一个字符，字符之间有间隔，它们之间的作用是间隔字符间距和行间距，由于这样它不能显示图形。LCD液晶显示屏可直接与单片机相连，其接口电路一般在控制系统中，如果是正电压控制则选用共阴极液晶显示，是负电压控制的则选用共阳极液晶显示。

1.4 串口接口电路设计

模块与单片机需要通信，通信方式采用串行通讯，从单片机发送指令，指令以字节为单位从串行口发送出去，模块接收指令，在运行指令，实现功能。单片机的指令、模块的应答和串口数据的传输都要满足模块的规定的格式。模块与单片机需要通信，通信方式采用串行通讯，从单片机发送指令，指令以字节为单位从串行口发送出去，模块接收指令，在运行指令，实现功能。串口连接图，如图2.2所示。

串口模块的VCC端接到5V电源，GND端接地，RXD串行数据输入接到单片机的PA9口（TXD），TXD串行数据输出端接到单片机的PA10口（RXD）。

VCC：接正极，电压的范围为3.3v到5.0v，发射级直接接电源，集电极通过一个电阻接地。GND：接地。TXD：模块串口发送引脚（TTL电平，不能直接接RS232电平），可直接接单片机的RXD引脚。RXD：模块串口接收引脚（TTL电平，不能直接接RS232电平），可直接接单片机的TXD引脚。

2. 系统的软件设计

软件设计上，根据功能分了几个模块编程，其中有系统的总程序、传感器检测程序部分、显示模块、存储模块、延时子程序模块和中断子程序模块等。本系统要想实现预期的功能，就需要由硬件的电路和软件一起共同作用。因此，在进行硬件的电路设计完成之后，就要对系统的软件进行编程的处理。

2.1 系统软件程序设计

软件使用Keil版本，单片机对温湿度传感模块发送命令，得到识别结果，在根据这个结果来控制显示模块。Keil这个程序编写软件有着简便的菜单栏和操作模式。并且还能够进行多人联合的开发，形成一个工作组，是在进行单片机的程序编写的时候，最为合适且方便的软件。该软件的内部拥有多种型号选择，本系统的单片机型号就在该系统当中。在进行编写之前，对型号先进行选择。之后在该软件当中编写的程序就可以烧入到单片机当中，顺利完成对本系统软件的开发和设计。同时该软件还能够在后续的调试过程中产生帮助。单片机主程序流程图，如图2.1所示

3. 系统分析与调试

3.1 硬件测试

使用STM32单片机作为控制器，STM32单片机是一个低电压，高性能的通用8位单片机，其包含了8k bytes的可反复擦写的Flash，还有只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），它采用了ATMEL公司的高精度、非易失性存储技术，而且采用了兼容的标准指令的系统，内置通用的中央处理器和Flash存储单元，作用相对强大的STM32单片机能够成为许多较复杂的系统控制的首选。

3.2 软件测试

系统上电后，空气的湿度就会在LCD1602液晶显示屏上呈现，使用者可以清楚的观察到各项值。系统实时对空气的湿度进行监测，最后将监测的各个数值显示在LCD1602显示屏上。如果湿度在预先设置的范围，系统将会监测周围环境因素。如果不在预先设置的范围，预先设定对应的LED小灯就会打开，并且还会自动对各项因素调节，使用者也可以随时观察到空气的湿度并做出调节，系统将监测的湿度的值可以直观的呈现在显示屏上。

4. 结论

本次设计以单片机STM32作为核心部件，本系统的核心处理部分单片机对数据进行收集、处理和显示等功能。STM32单片机适用性强，只要将阈值的设定改动并且软件实现中断的操作，系统继续运行，就能够完成对不同时刻下的数据的掌控。可对日长生活的环境进行适时、适当的控制，而且解决了资源的浪费，达到了监控空气相对湿度的作用。操作简单，可广泛的应用于对湿度实现实时监控，而且还能够密切的观察空气的动态。

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作者简介：马铭鸿，1997年，女，辽宁省朝阳市，专业;通信工程。通讯作者：刘莹，1981年，女，辽宁省鞍山市，职称：讲师，研究方向：DSP技术，自动识别技术。