加湿器智能控制系统的研究与设计

谷 文 闫俊杰

（1.中北大学信息商务学院，山西 晋中 030600；2.重庆川仪自动化股份有限公司，重庆 401120）

1 引言

近年来，人们的生活质量越来越高，而且随着科技的发展，电子设备的智能化程度也越来越高，结合互联网的发展，家庭智能化将成为未来生活的发展趋势，所需的智能化电子设备也越来越受欢迎和认可。针对这一情况，设计一套加湿器的智能控制系统，旨在提高加湿器的智能化程度，为人们的生活带来更多的便利，给人们更舒适的生活环境，同时也减少因疏忽导致的电气火灾事故的发生[1]。

2 系统的方案设计

根据智能化的功能要求，此次设计的加湿器智能控制系统，要完成的功能有：对温湿度的设置；对空气温湿度的实时监测、显示；判断是否需要启动加湿器，当湿度低于湿度下限时，灯光报警，并自动启动加湿器，当湿度达到湿度指标时，自动停止加湿器；对加湿器水位的实时监测，当水位低于下限时，声光报警提醒住户。根据专家的研究，最适宜人体居住的相对湿度上限值不应超过80%，下限值不应低于30%，而根据气温和湿度对人体的综合影响，经实验测定，最宜人的室内温湿度是：冬天温度为18℃至25℃，湿度为30%至80%；夏天温度为23℃至28℃，湿度为30%至60%[2]。

根据功能要求，设计的总体方案框图如图1所示。

3 系统的硬件电路设计

根据功能要求和系统的整体方案，选择合适的元器件，结合硬件设计原则，按模块对整个系统的硬件电路接线进行设计。

3.1 时钟和复位模块

3.2 温湿度检测模块

对空气温湿度进行实时监测，并通过单片机系统对温湿度进行换算，与设定的湿度参数指标进行对比判断，作出相应的指令操作，此次设计采用SHT10 数字温湿度传感器，单片机采用STC89S51，温湿度传感器与单片机的接线图如图3所示。

3.3 显示模块

LCD1602液晶显示屏是常用的显示模块，此次设计我们也采用其作为显示模块，其与单片机的接线图如图4所示。

3.4 按键设置模块

按键设置完成对初始温湿度参数指标的设定，同时模拟加湿器的水位限，其接线图如图5所示。

3.5 报警执行模块

本设计通过声光报警模块，实现当需要启动加湿器时，蜂鸣器响，L2（绿灯）亮；水位低于最低限时，蜂鸣器响，L1(红灯)亮提醒用户，其硬件接线图如图6所示。

3.6 电源模块

不同的芯片，不同的传感器所需要的电压不同，电源模块实现对电压的提供和稳压，在本设计中要求得到3.3V的电压，所以通过5V的电压通过LM1117低压差电压调节器进行调压和稳压，得到稳定的3.3V,其硬件接线图如图7所示。

4 系统的软件设计

此次系统软件设计的开发平台Keil uVision5，编程语言采用C 语言，根据功能要求和第三章设计的硬件电路，按模块进行系统软件(相对湿度的算法等[3])的设计，所设计的系统软件的主流程如图8所示。

5 测试结果及分析

为了验证测试设计的系统功能是否实现，本次采用Protues 8 仿真软件对系统进行测试，首先在Keil uVision5 软件上编译软件程序，生成可执行文件(.hex)，然后在Protues 8 仿真软件中根据硬件电路设计搭建仿真电路，之后加载生成可执行文件，启动运行，通过温湿度传感器模拟不同的温湿度，通过水位按键模拟不同的水位，验证系统功能是否实现。其仿真测试结果如下：

（1）通过设置按键，设定温度的上限25°，温度的下限18°，设定湿度的下限30%，设定湿度的上限80%，其仿真图如图9所示。

（2）通过温度传感器增加温度到32°，湿度为50%时，显示屏显示当前的温度和湿度值，同时红灯报警，蜂鸣器报警，其仿真图如图10（a）所示；当时定温度为25°，湿度为28%时，显示屏显示当前的温度和湿度值，同时红灯报警，蜂鸣器报警，其仿真图如图10（b）所示。

（3）当温度设定为24°，湿度设定为40%时，此时通过水位模拟键，设定水位低于最低限，此时显示屏显示当前的温湿度，其在设定的范围内，但水位最低限模拟键按下，结果红灯报警，蜂鸣器报警，其仿真图如图11（a）所示。

通过图9、图10、图11，可以看出当水位低于最低限，温度超过温度上限，湿度低于湿度下限时，都会发出声光报警，提醒用户，同时会有相应的操作指令（启动加湿器、停止加湿器、加水等）发出。

6 结论

本文针对电子设备的智能化程度，以及智能家庭对智能设备的需求，结合单片机、监测模块、语音播报模块、显示模块、报警模块等实现对空气温湿度的实时监测，当湿度低于设定值，启动加湿器同时语音播报需要加湿，当湿度达到设定值以上时，停止加湿器，当水位低于最低水位线时报警等，通过仿真测试，此系统可靠，运行稳定，对加湿器的智能化有一定的应用价值，如果结合物联网、智能家庭APP，更能实现加湿器的智能化（远程监视、控制等功能）。