1、 本科畢業設計（論文）本科畢業設計（論文）題 目 基于單片機的智能 加濕器設計 姓 名 * 專 業 電子科學與技術 學 號 * 指導教師 * 鄭州科技學院電氣工程學院鄭州科技學院電氣工程學院二二一五年一五年五五月月目 錄摘 要.IAbstract.II1 緒論 .11.1 選題背景和意義 .11.2 發展現狀及前景 .21.3 設計任務 .32 系統硬件設計 .52.1 總體設計 .52.2 單片機模塊 .62.2.1 單片機介紹 .62.2.2 單片機的特點 .72.2.3 單片機最小系統 .92.3 傳感器模塊 .102.3.1 溫濕度傳感器選擇方案 .102.3.2 DHT11 數字溫濕

2、度傳感器.112.3.3 傳感器電路 .142.4 液晶顯示模塊 .152.4.1 顯示器的設計方案 .152.4.2 1602 字符型液晶顯示屏 .152.4.3 1602LCD 電路 .182.5 報警電路模塊 .192.6 按鍵模塊 .202.6.1 輸入設計方案 .202.6.2 按鍵電路 .202.7 系統電路工作原理 .213 系統軟件設計 .233.1 主程序設計 .233.2 溫濕度檢測控制模塊設計 .243.3 液晶顯示模塊設計 .254 系統調試與分析 .274.1 軟件調試 .274.2 程序調試 .284.2.1 KEIL 軟件簡介.284.2.2 調試過程 .294.

3、3 調試分析 .29總 結 .32致 謝 .34參考文獻 .35附錄 1 實物圖 .36附錄 2 源程序 .37基于單片機的智能加濕器設計I基于單片機的智能加濕器設計基于單片機的智能加濕器設計摘 要目前在我們的日常生活中，加濕器被應用到很多領域，可是市場上大多數的加濕器都需要通過手動來控制加濕器的開啟和關閉，而且不能對空氣中的的溫濕度進行實時且精確的監測，使得人們在使用加濕器的過程中出現一些意想不到的問題，如對空氣過度加濕，過多的空氣濕度就會對人體健康造成負面影響；加濕器工作時出現干燒的情況還會給我們帶來安全隱患。因此在現有加濕器的基礎上開發出一種具有智能控制功能的加濕器顯得尤其必要。本次設計

4、以 STC89C52 單片機與溫濕度傳感器為系統的設計核心，運用溫濕度傳感器 DHT11 對空氣中的溫濕度信號進行采集，并利用它處理信號的功能，將采集到的溫濕度信號轉換成數字信號，再通過單片機的可編程能力對該數字信號進行分析與處理，將處理后的數據通過 1602 液晶顯示屏顯示出來，實現對空氣中的相對濕度的實時顯示功能，同時單片機也能夠智能控制加濕器的工作狀態，以達到自動控制加濕器的目的。該設計還擁有水位監測電路和報警電路，實現加濕器的防干燒功能。該系統的設計電路簡單，檢測數據的精度高，且具有較高的可靠性。關鍵詞:加濕器；STC89C52 單片機；溫濕度傳感器 DHT11；1602 液晶顯示屏基

5、于單片機的智能加濕器設計IIINTELLIGENT HUMIDIFIER DESIGN BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTERAbstractAt present in our daily life, the humidifier can be used in many areas, but the majority of the markets need to manually control the humidifier humidifier is opened and closed, and can not be real-time and accurate

6、 monitoring of temperature and humidity in the air, which makes people some beat all problems occur in the process of the humidifier, such as the excessive air humidification, air humidity will cause too much negative impact on human health; in the dry situation will bring hidden trouble to our humi

7、difier work. Therefore, based on the existing humidifier on the development of a kind of intelligent control function of the humidifier is particularly necessary.This design uses the STC89C52 microcontroller with temperature and humidity sensors for the design of the core system, using temperature a

8、nd humidity sensor DHT11 to collect temperature and humidity signal in the air, and use it in signal processing function, the temperature and humidity of the collected signal is converted into digital signal, the digital signal is single chip programmable ability analysis and processing, the process

9、ed data through 1602 LCD display, real-time display function of the relative humidity in the air, and the MCU can also work state of intelligent control of the humidifier, in order to achieve the purpose of automatic control humidifier. The design also has a water level monitoring circuit and alarm

10、circuit, dry burning prevention function of humidifier. The design of the circuit of the system is simple, high precision of detection data, and has high reliability.Keywords: humidifier; STC89C52 MCU; temperature and humidity sensor DHT11; 1602 LCD display基于單片機的智能加濕器設計11 緒論目前加濕器被普遍應用于很多領域，隨著科學技術的發展

11、與進步，溫濕度檢測技術趨于成熟，以溫濕度檢測技術為設計核心的加濕器也朝著小型化、低功耗和智能化方向發展1。單片機以較高的集成度和穩定的性能，使其在智能加濕器的設計方面具備更加顯著的優勢。1.1 選題背景和意義隨著經濟的快速發展，人們的生活水平也逐漸提高，伴隨著的是生活環境與工作環境的質量漸漸被人們重視起來。當空氣中的濕度沒有達到一定的濕度值時，會給我們的日常生活和工作帶來負面影響。如果我們長期生活在干燥的空氣環境中，人體的舒適度值會降到很低，甚至會對我們的身體健康帶來許多未知的隱患；當我們在工作的時候還會提高產品的不良率從而降低生產產品的速度，引起各式各樣的不良影響，此時加濕器就顯得尤為重要，

12、我們可以通過使用加濕器來有效地增加室內空氣中的濕度，濕潤干燥的空氣。水由于表面張力的作用，會主動形成水滴的形狀，同時會吸附空氣中的灰塵。當室內空氣中的粉塵和漂浮的煙霧與水分子結合后，會形成一個個小的顆粒，使空氣中的灰塵沉淀下來，而且可以有效的去除室內空氣中的異味，使空氣變得清新。在本次的設計中，主要是運用加濕器調節空氣中的濕度，以達到提高人體舒適度的目的。研究發現，濕度不僅影響人們的生活質量，在工業制造和產品質量方面同樣有著重要的影響。塑料薄膜大棚、廠房和辦公室等室內封閉場所，一般都需要用智能加濕器來調節空氣的濕度，使室內空氣的濕度達到合適的程度。在日常生活中我們經常用舒適度來描述環境質量，但

13、是人體舒適度與大氣探測儀器檢測到的各種氣象要素結果有很大的不同，它不是一個精確的數據參數，僅僅是人體對外界氣象環境的一種主觀感受。人體舒適度指數是人為制定的一種生物氣象指標，通過人體舒適度指數我們可以更加清楚的了解我們所在環境下的舒適感，且可以顯示出在不同的天氣條件下，人體可以感覺到的舒適度值。在眾多的影響因素中，溫度、相對濕度、氣壓、風速這些氣象因素，對基于單片機的智能加濕器設計2人體的舒適度產生很大的影響。最佳的溫濕度范圍是 40%RH60%RH2，人體在此溫濕度范圍內的舒適度最佳。經研究發現：生活在適宜濕度的空氣環境下的生物體才能長期保持活力。將一些我們常用的木質家具長期放置在過于干燥的

14、空氣環境下，會對其造成一些不同程度的損壞，如樂器、家具和木質裝修等很可能會出現變形、老化甚至干裂的情況。因此，我們在存放以上物品時要格外注意室內濕度，標準情況下應保持在 40%-60%RH 范圍內，然而對于生活在河北地區的家庭來說，冬天的室內濕度平均為 10%-15%RH，干燥的空氣環境下，出現高壓靜電的情況十分普遍。家用電器及辦公電器的廣泛使用，使得靜電出現在我們生活中的各個角落3。當靜電情況十分嚴重時，對我們的生活環境也是一種污染。生活或工作在此環境下的人心情容易煩躁，有時甚至會出現頭暈胸悶的情況，嚴重影響我們的身體健康。智能加濕器可以放出一些富含負氧離子的空氣，既調節為適宜濕度的空氣，這

15、些空氣均勻的布滿整個空間，可以很大程度的消除靜電現象，還可以過濾空氣中異味，制造出更加清新、芳香的空氣。因此，對空氣中的濕度適當的進行調節，無論是對與我們的身心健康還是工作學習，都有著不可忽視的重要意義。調節室內濕度的方法有很多，我們可以在室內灑水或者放置水族箱，但是這種調節空氣濕度的方式是十分緩慢的，而且我們無法控制它的影響程度。如果加濕的程度過大，也會對人體造成不好的影響，如今大多數的家庭和公司都是應用加濕器來對空氣加濕。本次設計基于單片機技術，對智能加濕器的部分功能實施進一步的改動，使其可以根據用戶的個人需求進行調節，而且擁有智能控制功能，其能夠根據傳感器檢測到的實時濕度自動控制加濕器的

16、工作狀態。在本設計中，加濕器的智能控制能力得到了加強，完全可以滿足用戶對產品的簡單要求，在產品開發方面具有十分重要的意義。1.2 發展現狀及前景智能加濕行業在我國發展了將近 20 年，通過這些年空氣質量概念的普及和人們對身體健康意識的提高，加濕器的功能和作用也漸漸被人們所了解，并逐漸被人們接受和青睞。可是，由于加濕器這一新興行業在我國發展的比較晚，基于單片機的智能加濕器設計3它相應的一些產品質量標準沒有得到規范化，這為廣大用戶在選擇上帶來了一定的選擇困難。眾多廠商只跟風不跟質量的行為，導致了加濕器行業產品質量的參差不齊，使消費者的合法權益受到了侵害。加濕器功能主要是增加室內空氣的濕度，使濕度控

17、制在相對健康的狀態下。加濕器按其功能劃分為三種：電熱加濕器、超聲波加濕器和凈化加濕器。電熱加濕器主要是對水進行加熱使其蒸發，利用水蒸汽來加濕空氣，此種加濕方式容易發生熱蒸汽燙傷人的情況，已基本被淘汰。超聲波加濕，主要是運用超聲波的高頻震蕩原理，把水分子震蕩、霧化為微小的霧狀顆粒，然后應用風動裝置把這些霧狀顆粒吹送出去，實現加濕的功能。凈化加濕，在空氣循環系統中應用水幕洗滌的技術，可以有效的過濾空氣中的塵埃，且把空氣中的雜質吸附在高效過濾器上，再經過風動裝置將過濾后的水分子稀釋到空氣中，使得空氣得到凈化且加濕，它是目前最新的加濕器產品。我國的加濕器產業發展較晚，產品的人均占有率比日本、美國、韓國

18、等國家低的多，我國民眾對空氣質量和加濕器、凈化器產品的進一步了解，能夠促進國內加濕器行業的發展，提升國民健康水平，更能提高國民的生活品質。隨著社會經濟的快速發展，人民的生活水平也逐漸提高。同時，人們也更加重視生活質量和身體健康，空氣加濕器也慢慢的走進了更多的家庭中，并且在干燥地區很受人們的歡迎。空氣加濕器在國內仍是新興的產品，加強對加濕器的開發和研究的力度，不但促進了我國加濕器行業的發展，而且能夠提高人們的生活品質和健康水平。近年來，人們對加濕器的功能與審美設置提出了更高的要求，為了實現這些要求，加濕器的產品類型變得更加多樣、材質處理更加細膩，且造型設置更加豐富多姿。1.3 設計任務本次設計的

19、重點就是在現有的加濕器基礎上，增加防干燒功能，提高加濕器系統的智能控制能力。該系統可以根據用戶的需要，手動設置最佳相對濕度值，并且在室內空氣濕度發生變化時，能夠自動開啟或關閉加濕器，使濕度值保持在設定的濕度范圍內，達到智能加濕的目的。智能加濕器系統是通過溫濕度傳感器來采集空氣中的溫度和濕度的信號數據的，采集到的數據經過STC89C52 單片機的分析和處理，在 1602LCD 上顯示出當前濕度與設定的濕基于單片機的智能加濕器設計4度值。另外再添加時鐘電路、鍵盤電路和報警電路。該系統具備手動模式和自動模式，在手動模式里我們可以根據自己的實際需要來設定最佳濕度值；自動模式中的最佳濕度值是系統設計的初

20、始值，這兩種模式可以通過設定的按鍵來切換。在本次設計中加濕模塊運用二極管模擬的方式，當系統檢測到驅動加濕器模塊的管腳出現低電平時，二極管點亮演示加濕；水位監測模塊檢測到低水位，既管腳電平變為低電平時，蜂鳴器發出報警信號，防止出現加濕器干燒的情況。基于單片機的智能加濕器設計52 系統硬件設計2.1 總體設計根據設計要求確定了智能加濕器的整體設計方案，該設計方案由單片機、溫度傳感器、1602LCD 以及按鍵輸入等部分組成。智能加濕器需滿足以下要求：（1）系統直接由 5V 的直流電源提供電壓；（2）用戶能夠自由設置系統的最佳濕度值；（3）環境濕度低于 40時系統會自動加濕；（4）檢測得到的數據可以通

21、過顯示模塊顯示。總體設計的智能加濕器功能原理圖如圖 2.1 所示。單片機溫濕度傳感器按鍵輸入模塊溫濕度顯示模塊mokuai加濕模塊報警模塊圖 2.1 智能加濕器功能原理圖電路中設計了一個手動/自動轉換鍵，選擇自動模式，相當于按下復位鍵，系統恢復默認最佳相對濕度，溫濕度傳感器對空氣中的溫濕度進行檢測，最后運用液晶屏將經過計算后的數據顯示出來，如果檢測到的濕度比最佳濕度范圍低就開始加濕，超過最佳濕度范圍就停止加濕。在系統的顯示模塊中，STC89C52 芯片的 P0 端的八個引腳分別與液晶顯示屏的數據輸入端口 D1D8 相連，P2.7 和 P2.6 口分別接到 LCD 的寄存器選擇端和使能端，RW

22、為讀寫信號選擇端口，端口電平為高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。在本次設計中只進行寫操作，所以讀寫信號選擇端口接地。RS 是寄存器選擇端口，當 RS=0時系統進行寫指令操作，RS=1時進行寫數據操作；E 為使能端，當 E 端電平信號出現高脈沖即上升沿時，液基于單片機的智能加濕器設計6晶屏開始讀取顯示信息，并在信號電平跳變到下降沿的時候執行指令4。溫濕度傳感器連接到單片機的 P1.2 腳，它采用的數據傳輸格式是單總線格式，可以單次輸出高達 40 位的數據，此次設計只顯示溫度和濕度的整數部分，因此只讀取整個數據的八位濕度整數部分與八位溫度整數部分。選擇的具體實施方案；系統具備自動加濕和手動加

23、濕兩種模式，用戶可以根據自身需要來選擇，且能夠手動更改相對濕度的最優值；單片機通過溫濕度傳感器檢測空氣中的溫度和濕度數據，并將測得的數據送入主控模塊，主控模塊可以將測得的實時濕度與用戶設計的最佳相對濕度進行對比，以此來決定是否需要加濕；主控模塊可以根據水位的高低來判斷是否需要報警，當需要報警時，主控模塊不但控制報警模塊發出報警信號，而且控制加濕器關閉加濕；運用液晶顯示器顯示出室內空氣的實時溫度和濕度，且將相對濕度的最優值顯示出來；利用 LED 燈演示加濕和水位高低。2.2 單片機模塊2.2.1 單片機介紹本次設計的系統運用的中心控制元件是 STC89C52 單片機，STC89C52 是深圳宏晶

24、科技公司開發、TSMC 公司生產的一種增強 8051 內核單片。其采用了基于 Flash 的在線編程技術，在對單片機編程寫軟件時無需采用專用編程器，可以通過 PC 直接對 STC 系列單片機進行編程，使單片機應用系統的開發變得更加簡單7。STC 系列單片機性能優秀，其編程十分方便，非常適合初學者使用，最重要的是它比較低廉。該芯片具備 8 bit CPU 與在線可編程 Flash，應用該芯片的嵌入式控制系統變得更加高效、流暢。STC 系列單片機的正常工作電壓為 3.3V5.5V，如圖 2.2 是 STC89C52 的實物圖。圖 2.2 STC89C52 實物圖基于單片機的智能加濕器設計7STC

25、單片機產品種類十分繁多，現有超過百種的單片機。STC 單片機按照工作速度和內部配置的差異，分為許多系列的產品。根據運行速度能夠分為12T/6T 和 1T 系列產品。所謂 1T 是指單片機運行一個機器周期只需要一個時鐘周期，運行速度大大加快。STC89、STC90 和 STC11/10 系列屬于基本配置，而 STC12/15 系列產品增加了 PWM、A/D 和 SPI 等接口模塊。每個系列產品的差異主要是片內資源數量上的差異。在單片機選型時，應該根據控制的實際需求，選擇合適的單片機，即單片內部資源要盡量滿足控制系統要求，而減少外部接口電路，保證單片機應用系統的高可靠性和高性價比。我們現在使用比較

26、的多的是 STC89C51/STC89C52 等。如圖 2.3 是 STC89C52 的管腳分布圖。圖 2.3 STC89C52 管腳圖單片機是一個功能很強大的芯片，在此芯片上人們把計算機的一些主要組成部件都集中起來，如中央處理器、定時/計數器和 I/0 接口電路等部件，同時集成在一個小小的芯片上，可以說單片機就是一個微型化的計算機。所以，想擁有一個單片機控制系統的話，我們只需要為單片機添加適當的軟件及外部設備。2.2.2 單片機的特點（1）開發周期短，易于生產，性價比較高。（2）芯片更加微型化，抗干擾能力很強，可靠性能良好。（3）功能完善，接口多。（4）低功耗、低電壓。一般在 53V 的電源

27、電壓范圍內單片機都可以正常工作，12V 是其工作的最低電壓，低于此電壓后單片機就不再工作。基于單片機的智能加濕器設計8（5）總線多樣，易于擴展。單片機的外部結構采用的是三大總線結構，運用此結構能夠更加方便的對應用系統功能進行擴展，使的開發應用系統變得更加方便、快捷。外部總線增加 I2C 和 SPI 串行總線，應用者可以根據自己的需求進行擴展5。C52 單片機的主要功能特性如表 2.1 所示：表 2.1 STC89C52 功能特性表主要功能特性可應用 MCS51 的指令編譯8K 可編譯 Flash ROM32 個雙向 I/O 口512 字節 RAM看門狗定時器內置 4K BEEPROM3 個 1

28、6 位定時器/計數器MAX8101 個 6 向量 2 級中斷結構全雙工串行口系統的掉電或空閑模式低功耗可以設置休眠和喚醒功能在實際電路中用到了 STC89C52 的部分引腳，其主要的引腳和功能為：（1）電源管腳(2 根)VCC:正極，接+5V 電源。GND:負極，接地線。（2）外接晶振管腳(2 根)XTALl:時鐘電路的輸入腳。XTAL2: 時鐘電路的輸出腳。（3）控制管腳(2 根)RSTNPP:復位管腳，當端口信號為1時單片機會執行復位操作。EA:程序存儲器選擇端口。接低電平時，ROM 讀操作只能在在外部程序存儲器中進行；接高電平時，對 ROM 的讀操作是從內部程序存儲器開始，并可延至外部程

29、序存儲器。在該電路中，將其接負極。（4）可編程 I/O 管腳(32 根)STC89C52 單片機有 P0、P1、P2、P3 四個 8 位的并行輸入/輸出口，每個端口可以按字節或位進行輸入輸出，4 個并行口一共有 32 根端口線。P0 口：P0 口是一個漏極開路型雙向輸入/輸出口，輸出能力較強能驅動 8個 TTL 門電路，經常被作為地址/數據分時復用總線使用。內部沒有上拉電阻，使用時需添加外部上拉電阻。基于單片機的智能加濕器設計9P1 口：Pl 口的輸入/輸出口為 8 位的雙向輸入/輸出口，通常作為通用輸入/輸出口使用，在 4 個 I/O 口中，它的功能比較單一，只能作為輸入/輸出使用。電路的內

30、部有上拉電阻，與場效應管共同組成輸出驅動電路。因此，P1 口作為輸出口使用時，已經能向外提供推拉電流負載，無需再外接上拉電阻。P2 口：P2 口是內部自帶上拉電阻，功能復用口。P3 口：P3 口是和 P2 口功能基本一樣。P3 口不僅可以用作通用輸入/輸出口，還具備第二功能，當 P3 口的部分口作為第二功能時，剩下的引腳可以單獨作為輸入/輸出口使用6。2.2.3 單片機最小系統（1）時鐘電路 STC89C52 內部擁有一個振蕩器，它是由高增益反相放大器構成的，但是要形成時鐘脈沖，在擁有振蕩器的同時外部還需要增加電路。引腳 XTAL1 連接到內部放大器的輸入端，引腳 XTAL2 連接到放大器的輸

31、出端。時鐘信號是由自激振蕩器發出的。引腳 XTAL1 與引腳 XTAL2 連接到外部晶體振蕩器，且與電容和晶振組成的并聯諧振回路相連，構成穩定的自激振蕩器。晶體振蕩器的震蕩頻率不是固定值，它的頻率范圍為 1.212MHz，常用的晶振頻率是12MHz。電路中的電容值在 530pF 范圍內都可以選擇，電容的大小在時鐘電路中起到對頻率的微調作用。在本次設計中采用振蕩頻率為 12MHz 的晶體振蕩器，使用 22pF 的電容。時鐘電路如圖 2.4 所示：XTAL218XTAL119U1R410kX1CRYSTALC122pFC222pFC3圖 2.4 時鐘電路（2）復位及復位電路復位是單片機的初始化操作

32、。其主要功能是把 PC 地址初始化為 0000H，使單片機從 0000H 單元重新開始執行程序。復位是單片機系統的初始化操作，基于單片機的智能加濕器設計10單片機系統在上電啟動后都需要先進行復位操作，使系統處于一個確定的初始化狀態。當單片機因為各種因素導致系統死機時，可以按下復位鍵進行復位，使單片機系統回歸到初始狀態，且從初始狀態開始工作7。如圖 2.5 所示電路的復位電路：XTAL218XTAL119ALE30PSEN29RST9R410k22pFC310uFR2220圖 2.5 復位電路RST 引腳的功能是控制復位信號輸入。當 RET 管腳信號為1且維持 2個機器周期時，復位信號有效，單片

33、機系統才會完成復位操作。如果選擇使用的晶振頻率為 12MHz，想要成功完成復位的話，RET 端的高電平就應該維持超過 2us 即兩個機器周期的時間。單片機的復位方式有兩種：上電復位和按鍵復位。上電加按鍵復位電路比上電復位多了一個復位開關。本次設計采用按鍵復位電路，其復位電路如圖 2.5 所示。按下復位按鈕后，電流經過 220 歐的電阻與 RET 端口直接相連，復位端引腳信號變為1；當復位按鈕彈起后，電流從 10K 電阻和 10uF 的電容所在的電路通過，電容恢復到充電狀態，復位端發出復位正脈沖信號，該信號持續的時間與電阻與電容電路的時間常數有關。2.3 傳感器模塊2.3.1 溫濕度傳感器選擇方

34、案方案一：一般情況下，我們檢測溫度的時候都會用熱敏元器件來檢測，如熱電阻和熱敏電阻。其中熱電阻的工作原理為：熱電阻的電阻值會隨溫度的變化出現大的波動，當溫度升高時電阻的大小也會增大，并且電阻值會隨著溫度按照近似的線性關系而緩慢變化。熱敏電阻的工作原理是熱敏電阻的電阻值與溫度成非線性關系，并隨著溫度的升高而迅速變化。一般情況下電阻值與溫度呈負指數關系，溫度越高電阻值下降的越快，只有少量才具有正溫度系數8。基于單片機的智能加濕器設計11有許多方法來檢測濕度，其中用濕敏元器件檢測空氣中濕度是人們常用的方法，濕敏元件分為電容式濕度敏感元件和電阻式濕度敏感元件兩種類型。我們經常使用的濕度傳感器有高分子電

35、容式和高分子電阻式兩種類別。其中高分子電容式濕度傳感器的工作原理為：水和高分子材料的介電常數是不一樣的，它們的介電常數之和為高分子電容式濕度傳感器的介電常數，電容式濕度傳感器的介電常數在不同的環境下會受到很大的影響。當被測的霧氣狀態的水分子通過帶有多個孔洞的上電極，擴散到感應濕度的薄膜表面時，薄膜上的極性官能團會吸收這些水分子，進而誘發電容式濕度傳感器的介電常數發生變化，改變了濕敏電容器的容量值。高分子電阻型濕度傳感器的工作原理為：通常情況下，聚合物膜上的極性基團會對水會產生吸附力。濕度低，由于吸附量很小，不會產生帶電離子，其電阻值是比較高的。當空氣相對濕度增加，吸附量增大，吸附水的連通性成為

36、導電通道，正、負離子聚合物電解質主要起載體作用。此外，這些被吸附到薄膜上的水分子會解離出氫離子和質子，增強電荷導通性，減小濕度傳感器的電阻。濕敏電阻和熱敏電阻的在可靠性和精度方面效果不是很好，如果溫濕度傳感器需要高精度的檢測數據的話，選用濕敏電阻和熱敏電阻就不是太適合。方案二：采用集成溫濕度傳感器。集成溫濕度傳感器最大的優點就是它檢測數據的精度高，自帶 A/D 轉換功能，可以把檢測到的溫濕度信號轉化為數字信號，并且存放到自身攜帶的 RAM 存儲器中，單片機系統能夠很快的從中讀取到數據，將其轉換成十進制就是可以得到我們需要的溫濕度數值，使用起來十分快捷、便利。DHT11 溫濕度傳感器市面上最流行

37、的，它響應迅速、抗干擾能力強，性價比很高。因此，我選擇方案二。2.3.2 DHT11 數字溫濕度傳感器本系統選用 DHT11 數字溫濕度傳感器作為溫濕度檢測元件，DHT11 由一個 NTC 檢測溫度的元器件與一個電阻式的檢測濕度的元器件組成，該傳感器可以與高性能的 8 位單片機相連，是一塊可以同時檢測溫度和濕度的數字傳感器。通過單片機和一個簡單的電路，它可以檢測室內的溫度和濕度采集并實時比較，具有性能穩定，響應速度快，抗干擾能力強、性價比高等特點。DHT11通過一個 I/O 口就可以與單片機系統進行通信，傳感器內部的溫濕度數據可以基于單片機的智能加濕器設計12一次性的傳給單片機。DHT11 數

38、字溫濕度傳感器不需要太大的工作電流，一般情況下最大電流為 0.5mA。它的工作電壓和單片機的工作電壓一樣，都是+5V。DHT11 外形及引腳說明和描述，如圖 2.6 所示：圖 2.6 DHT11 外形及引腳排列VCC 連接到正電壓，電壓輸入范圍為 3.5V 到 5.5V；DOUT 為數據 I/O 口也是 DATA 口；NC 為空腳，因為沒有擴張，所以引腳未啟用；GND 為負極。DHT11 能夠同時對相對溫濕度進行檢測。DHT11 數字傳感器輸出的是數字信號，減少了預處理信號這一步驟，降低了單片機系統的工作量，提高了系統的使用率。輸出為單總線結構，能夠有效減少對單片機的 I/O 口的占用，節省資

39、源并且不用再額外的增加電器元件。濕度測量范圍 20%90%RH，溫度測量范圍 050；應用范圍廣泛，在濕度控制、溫濕度檢測、消費領域的家電市場都有應用。單片機系統與 DHT11 數字溫濕度傳感器通過 DATA 進行通信，DATA 選擇單總線的數據傳輸格式，通訊時間為 4MS。數據被分為兩部分：整數和小數。在本次設計中只用到數據的整數部分，所以小數部分的數值始終為0。具體的數據傳輸流程如下：數字溫濕度傳感器 DHT11 在傳輸數據時，可以一次性的傳輸高達 40 位的數據。數據的傳輸樣式為：8bit 濕度整數部分+8bit 濕度小數部分+8bit 溫度整數部分+8bit 溫度小數部分+8bit 校

40、驗和9。單片機向 DHT11 溫濕度傳感器發送低電平信號（開始信號）后，DHT11開始工作，等到單片機發出高電平信號（開始信號結束）后，DHT11 發送應答信號，發送 40 位數據，并開始收集信號，用戶可以有選擇的讀取部分數據。基于單片機的智能加濕器設計13單片機系統發出開始信號，并被 DHT11 數字溫濕度傳感器接收到后，會激活傳感器對溫度和濕度信號進行采集，DHT11 溫濕度傳感器只有在接收到單片機系統發出的開始信號后，才可以采集空氣中的溫濕度信號。采集信號結束后，傳感器會主動把運行模式轉換到低速運行模式。通信流程如圖 2.7 所示：圖 2.7 DHT11 的通訊過程在單片機系統中，總線電

41、平是1時為空閑狀態，單片機把總線電平拉低等待 DHT11 響應時，總線被拉低的持續時間必須大于 18 毫秒，在本次設計的程序中拉低 20MS，保證 DHT11 能夠檢測到起始信號。單片機系統拉高電平后，需要維持 20us 到 40us 的時間對系統進行延時，在本次的設計程序中延時的時間為 40us。發送數據過程如圖 2.8 所示：圖 2.8 數據傳輸當總線的狀態為低電平時，表明 DHT11 溫濕度傳感器發出應答信號，應答信號發出后，溫濕度傳感器把總線的電平拉高等待 80us，做好傳輸數據的準備。每次開始傳輸 1bit 數據都會拉低電平 50us，數據傳輸過程中，數字0和1用高電平的持續時長區分

42、。數字0信號的表示方法如圖 2.9 所示。傳輸數據結束后，溫濕度傳感器把總線的電平變為低電平，且持續 50us，最后上拉電阻把總線電平從低電平變為高電平，使溫濕度傳感器轉換到空閑狀態。基于單片機的智能加濕器設計14圖 2.9 數字0信號傳輸方法 信號0的傳輸方式是：數據傳輸開始階段結束后，總線電平被拉高，如果該高電平持續的時間為 26us 到 28us，此階段傳輸的數據就是信號0。數字1的信號表示方法如圖 2.10 所示：圖 2.10 數字1信號表示方法信號1傳輸方式是：數據傳輸開始階段結束后，總線電平被拉高，如果該高電平持續的時間為 116us 到 118us，此階段傳輸的數據就是信號1。2

43、.3.3 傳感器電路DHT11 溫濕度傳感器能夠在 3V 到 5.5V 的電壓下正常工作，結合一些輔助電路可以檢測信號，并且能夠對檢測到的數據進行初步整理。上電后，DHT11傳感器為了通過不穩定的狀態，需要等待一秒鐘，在這段時間不發送任何指令。DHT11 與單片機間的通信和同步是通過數據端口來實現，數據端口與計算機連接到 P1.2 端口，使用 4.7K 上拉電阻，防止干擾，提高穩定性。因為檢測濕度時會受到環境溫度的影響，所以我們應該在一個相對穩定的環境下進行濕度基于單片機的智能加濕器設計15檢測，在測量濕度的過程中，濕度傳感器應在同一溫度中。因此，在安裝DHT11 溫濕度傳感器時，我們應該注意

44、把溫濕度傳感器放置到離發熱快的元件較遠的地方，同時能夠保證傳感器可以正常的工作。傳感器電路如圖 2.11 所示。在本次仿真中，由于仿真軟件里沒有 DHT11 溫濕度傳感器的仿真圖，所以在圖 2.11 中的 DHT11 元器件，只是本人在仿真軟件里找的一個與 DHT11有著相似管腳的元器件。在實際焊接時，僅僅按照這個仿真圖里的管腳連接方式進行連接，元器件還是 DHT11 傳感器，與此沒有太大的關系。圖 2.11 DHT11 傳感器連接電路2.4 液晶顯示模塊2.4.1 顯示器的設計方案方案一：采用數碼管顯示。在該設計中我們需要顯示很多的信息，數碼管數量少的話就很難達到要求，這樣的話會加大我們在焊

45、接和排版時會增加很大的負擔。方案二：采用 LCD 顯示屏。我們常用的是 1602LCD，它可以同時輸出 32個字符，比一個簡單的數碼管顯示出的內容要多得多。該方案不僅滿足系統功能要求，降低系統復雜度。綜合考慮，我決定采用方案二。2.4.2 1602 字符型液晶顯示屏1602 液晶顯示屏按照其結構可以分為兩種類型：有背光與沒有背光。兩種類型的顯示屏在系統應用上沒有多大的區別，只不過有背光的顯示屏比沒有背光的厚一些。總體來說，兩者可以通用的。兩者尺寸差別如下圖 2.12 所示：基于單片機的智能加濕器設計16圖 2.12 1602LCD 尺寸圖本系統選用的顯示屏是 1602LCD，它是一種字符型的液

46、晶顯示屏，能夠以點陣的方式顯示符號、數字和字母10。帶背光的 1602 液晶顯示屏擁有 16 個引腳，比不帶背光的多了一條背光電源線和一條地線，但是它們的控制原理都是一樣的。1602 型液晶屏有 d0-d7 共 8 位的數據總線接口與三個控制端口，能夠顯示出 32 個字符。其實物如圖 2.13 所示：圖 2.13 1602LCD 實物圖1602LCD 主要技術參數：顯示容量：16x2 個字符芯片工作電壓：4.5-5.5V運行電流：2.0mA字符大小：2.95x4.35mm1602 液晶顯示屏的引腳如圖 2.14 所示：基于單片機的智能加濕器設計17180103234567RV1100KD714

47、D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1LM016LRESPACK-8圖 2.14 1602 字符型液晶屏引腳1602 液晶顯示屏有兩種不同的接口，一種為 14 腳的顯示屏它沒有背光，另一種是帶有背光的 16 腳顯示屏，但它們的主要引腳功能都是一樣的，下面就以 16 腳的顯示屏為例介紹一下各引腳功能。引腳功能如表 2.2 所示：表 2.2 1602 液晶引腳功能表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源負極9D2數據2VDD電源正極10D3數據3VL顯示對比度調節11D4數據4RS指令/數據選擇12D5數據5R/W讀寫信號選擇13D

48、6數據6E使能信號14D7數據7D0數據15BLA背光源的正極8D1數據16BLK背光源的負極在本次設計中，我們用到的 1602 顯示屏是 16 腳帶背光的，下面是用到的各個引腳在單片機系統中每個引腳的連接方式：第 1 腳：VSS 接地。第 2 腳：VDD 接+5V 電源。第 3 腳：VL 是 LCD 對比度的調節引腳，如果顯示器對比度太高的話，我們就很難看清楚顯示出的內容，所以我們在應用該顯示器的時候，可以連接上一個 10K 大小的可調電阻，用戶能夠根據實際情況進行調節。基于單片機的智能加濕器設計18第 4 腳：RS 是寄存器選擇控制端口，當 RS=0時應用指令寄存器，當RS=1時應用數據寄

49、存器。第 5 腳：R/W 為讀寫信號端口，當該端口的狀態為低電平時進行寫操作，端口狀態為高電平時進行讀操作。當 RS 和 R/W 的端口信號為“00”時，能夠寫入指令；當 RS 和 R/W 的端口信號為“01”時可以進行讀忙信號；當 RS 和R/W 的端口信號為“10”時可以寫入數據。第 6 腳：E 端口是使能信號引腳，當該引腳的電平由1變為0時，顯示器開始執行命令。第 7 到 14 腳：d0 至 d7 口是 8 位的輸入/輸出數據傳輸端口。第 15 腳：背光源的正極。第 16 腳：背光源的負極。2.4.3 1602LCD 電路本次設計的顯示部分采用 1602 液晶顯示屏，可以輸出顯示預設的最

50、佳濕度值和室內的溫度與濕度。RS 腳和 E 腳分別和單片機的 P2.7 和 P2.6 相連，D0-D7 口和單片機的 P0 口相連，P0 口作為一列 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，常用作地址/數據總線復用口，P0 口內部沒有上拉電阻，使用時需添加外部上拉電阻。當用 flash 進行編譯的時候時，P0 口接收到的數據為指令字符，當用 flash校準驗證的時候，P0 口向傳感器發送字節指令。因為 P0 口驅動能力較弱，所以在 P0 口我們應該再焊接一個上拉電阻。在本次設計中，上拉電阻用的是排阻，1602LCD 的電路如圖 2.15 所示：1 18234567182345670103810301

51、234567P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225RV1100K234567891RP1RESPACK-8D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD2LM016L圖 2.15 1602LCD 電路基于單片機的智能加濕器設計192.5 報警電路模塊本次設計的蜂鳴報警電路采用的是有源蜂鳴器，其驅動發聲簡單通電就能持續發聲。

52、主要功能就是通過水位按鍵將低水位信號送給單片機，單片機檢測到該信號后 UI 進行報警，起到防干燒的目的。蜂鳴器發聲原理為：通過電磁線圈的電流會產生磁場，磁場驅動振膜發聲，所以轟鳴器需要一定的電流才能發出聲音。輸出電流小的單片機 I/O 口，TTL 輸出水平基本不能驅動蜂鳴器，所以我們需要設計放大器電路，產生一個可以驅動轟鳴器工作的電流，既添加一個 PNP 型三極管來放大驅動蜂鳴器。在本次設計中轟鳴器電路由蜂鳴器、晶體管和 220 歐的電阻構成。晶體管放大系統電路中的電流，該電流能夠驅動蜂鳴器，限流電阻是用來防止和控制放大電流的11。轟鳴器電路連接到STC89C52 的 P3.7 腳，當檢測的水

53、位信號為低水位時，單片機系統對管腳 P3.7發送開始信號，使得晶體管轉換到通路狀態，進而促使蜂鳴器發出報警信號；當檢測到的水位是正常的，P3.7 置高電l三極管截止。報警電路模塊如圖2.16 所示：P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.4/A12P2.5/A1326P2.6/A1427R3220R1220Q1TIP34D1LED-GREENBUZ1BUZZER圖 2.16 轟鳴器報警電路基于單片機的智能加濕器設計202.6 按鍵模塊2.6.1 輸入設計

54、方案方案一：選用 8155 芯片對輸入/輸出口進行擴展。這個方案好的地方為：該芯片支持編程，使用起來更加多樣化；具備 RAM；內部擁有運算功能。它能夠供應較多的輸入/輸出口，但實際使用起來有些復雜。方案二：直接在 I/O 端口上連接上按鈕開關。它的優點是：電路十分簡單，直接與單片機相連。在該系統中我對整體電路進行了精簡與優化，所以余下的 I/O 端口還有足夠多的數量。本次設計中使用了六個按鍵，運用單片機的 P1 口就足夠用了，不需要再對 I/O 口進行擴展，故選擇方案二。2.6.2 按鍵電路鍵盤分為獨立按鍵和矩陣按鍵。因為系統中使用的按鍵不是很多，所以選擇使用獨立按鍵的方式連接電路。按鍵開關的

55、電平狀態為：當按鍵被按下時，發出的電平信號為低電平；當按鍵開關彈起時，發出的電平信號為高電平；這些電平信號都是通過按開關鍵和單片機相連引腳發出，被單片機系統接收并處理。這些按鍵的主要功能為：（1）總開關：主要用來控制硬件系統的開關。（2）水位報警鍵 K1:向單片機系統發送低水位信號，用來模擬低水位報警。（3）狀態選擇鍵 KS:自動/手動模式選擇鍵。按鍵按下后，系統輸入模式就會轉變為手動模式，用戶能夠依據自己的要求手動輸入最佳濕度值；當再次按下按鍵使按鍵彈起時，系統就會轉變到自動運行模式，系統會按照初始的最佳濕度 40%RH 運行加濕器。（4）設置鍵 K2：在手動模式狀態下，用戶可以按下 K2

56、鍵對最佳濕度值進行設置。該系統擁有加鍵 K3 和減鍵 K4，每按下 K3 或 K4，最佳濕度值就會增加或減少 1，當用戶設置好濕度值想退出設置狀態時，可以再次按下 K2基于單片機的智能加濕器設計21鍵，退出后系統會對用戶設置的數字進行判斷，決定是否需要加濕。鍵盤模塊的電路圖如圖 2.17：圖 2.17 按鍵電路2.7 系統電路工作原理本次電路的設計是分模塊進行的，整個系統被分為：溫濕度檢測模塊、液晶顯示模塊、報警模塊、加濕模塊和按鍵輸入模塊。整體設計的電路圖如圖2.18 所示：圖 2.18 系統電路原理圖基于單片機的智能加濕器設計22工作原理：該設計結合了硬件和軟件的功能，在設計中使用軟件的方

57、式來控制硬件完成自動智能化的工作。單片機通過 LCD 把溫濕度傳感器檢測到的溫度和濕度信號顯示出來，并輸出控制信號或加濕報警信號，從而實現智能加濕、防干燒的效果。基于單片機的智能加濕器設計233 系統軟件設計3.1 主程序設計該系統的程序設計分為幾個模塊：溫濕度檢測模塊、控制模塊、按鍵輸入模塊、顯示模塊和水位檢測模塊。主程序流程圖如圖 3.1 所示：初始化開始溫濕度檢測溫濕度顯示鍵盤掃描延時轟鳴器報警判斷水位高低判斷是否超過最佳濕度否高是低啟動加濕結束停止/暫停加濕數據初始化圖 3.1 主程序設計流程圖基于單片機的智能加濕器設計24單片機系統開始運行后，會檢測水位的電平變化，并且能夠根據這些電

58、平信號自動判斷是否需要啟動蜂鳴器報警；轉變手動/自動模式后，傳感器讀取溫濕度將數據送至單片機，單片機對濕度數據進行比對，判斷是否需要加濕。在本次設計中我只是用濕度的大小來決定加濕器是否需要工作，不再把溫度考慮進去，所以在本次設計中，只顯示當前環境下的溫度而不對溫度數據進行比對。加濕過程中，如果系統檢測到低水位電平信號，蜂鳴就會發出報警信號，并且立即停止加濕。3.2 溫濕度檢測控制模塊設計依據溫濕度傳感器的通訊協議，單片機系統經過輸入/輸出口積極地發出激勵信號，繼而使溫濕度傳感器掌管數據線，最后單片機系統使用 while 循環語句對輸入/輸出口的電平進行實時的檢測，從而得到準確地傳輸數據。圖 3

59、.2 所示為溫濕度檢測模塊的軟件設計流程圖。開始P1.2 輸出低電平延時 20msP1.2 輸出高電平延時 40ms接收數據數據保存到數組P1.2 是否為低電平80us 低電平是否結束結束是是否否80us 高電平是否結束否圖 3.2 溫濕度檢測模塊的軟件流程圖基于單片機的智能加濕器設計25使用溫濕度傳感器采集空氣中的溫濕度信號：系統開始運行后，單片機系統拉低 P1.2 腳的電平，經過 20ms 之后把 P1.2 腳的電平拉高 40ms，等待結束后，系統檢測管腳 P1.2 的電平是否為0，如果不是0就循環檢測該信號；如果信號為0，就執行判斷重復 80us 低電平是否結束；如果 80us 低電平判

60、斷結束，就再次運行判別持續 80us 高電平是否結束，若是判斷沒有結束就循環執行該指令；如果指令執行完畢，單片機系統就開始接收數據，并將接收到的數據信息按照十進制的方式存放到特定的數組中，信號采集完畢后，系統對采集到的數據進行保存且保持信號采集指令持續執行。3.3 液晶顯示模塊設計軟件流程圖如圖 3.3 所示：開始液晶 1602 初始化延時寫 LCD 指令寫顯示行列地址取顯示首地址寫數據讀數據并顯示返回圖 3.3 液晶顯示程序流程圖1602 液晶顯示屏輸出數據的流程為：首先運行顯示器的初始化操作，初始化之后執行延時程序，等待信號的采集，采集完成后先寫入一些指令和顯示字基于單片機的智能加濕器設計