多功能加湿器控制系统的设计与实现樊亚玲1杨宏亮2

湿度与生产、生活、科研以及植物的生长等有密切的关系。夏季制冷时，人们生活在相对湿度为4080较为舒适，冬季采暖时，相对湿度在3060为宜；在纺织行业湿度低于40则易断纱；烟草行业湿度高于70则易霉变；当湿度低于30时，极易产生静电，对电子行业极为不利。随之湿度检测及控制系统成为加湿器设计的核心部分，随着现代空调技术的发展，空气湿度调节技术和各类加湿、除湿设备也得到发展。现代人对居室空气环境的要求不再满足于温度调节，开始追求湿度、洁净度等可以改善人体舒适感的体验。以后的加湿器会根据使用目的和条件，自动调节相对湿度，并将湿度控制在定范围之内。而且湿度传感器发展一方面是湿敏元件及制造工艺创新；另一方面是向集成化、智能化、微型化、网络化及多参数检测方向发展，为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。
本设计利用AT89C52作为微处理器与数据存储器单元，结合外围的湿度显示模块、温度数据采集模块、键盘设定模块等电路模块，采用C语言编程，编译环境为主程序流程KeilC51，设计出一套多功能加湿器控制系统，经过对系统进行仿真及测试，此系统可实现自动加湿与报警等功能，其结构简单、思路清晰、性价比高。
2多功能加湿器的设计方案2.1设计要求多功能加湿器可以根据室内的温度来自动调节湿度，当空气中的水气量一定时，提高温度，湿度则会降低。设计的多功能加湿器可满足以下要求：境的相对湿度值低于设定值时，系统将自动加湿；当环境的相对湿度值高于设定值时，声光报警器发出报警信号。
用户可以根据所在环境自行设置湿度限值，采集的相对湿度值、温度值和湿度限值，都可以在液晶显示屏上显示。
有高中低水位开关，在没有水的情况下，则LED亮，提示用户加水，以防止干烧。
2.2总体结构设计本次设计由DS18B20温度传感器、AT89C52单片、水位传感器、1602LCD液晶显示屏、声光报警器、以及光电耦合开关等部分组成。多功能加湿器的工作如所示，其电路设计部分包括电源电路、蜂鸣器电路、晶振电路、复位电路、LCD显示电路以及温度传感器电路。加湿器包括显示模块、加湿模块、报警模块。
多功能加湿器工作2.3基本原理此设计的分信号主要由主控芯片AT89C52单片机输出的控制信号和2个温度传感器的采集信号组成。首先由AT89C52单片机向温度传感器发出读信号，使得温度传感器做出响应，AT89C52单片机等到DS18B20温度传感器采集到室内环境的温度值，并将这些模拟量转换为数字量后开始读取温度值，并对传输的信号做以处理使之达到用户设置的相对湿度值，后通过1602LCD液晶显示屏显示室内环境的相对湿度值。另外，本次设计还有声光报警系统、光电耦合开关的控制信号。
整个硬件电路采用Protei画出，在KeilC51编译环境下编写程序，并利用Proteus软件对系统进行仿真分析，编辑过程可使用软件仿真进行观察，并对其进行调试。在程序编辑完成之后使用硬件仿真，终用烧录器将程序写入单片机进行实测。
中国科技核心期刊3硬件电路设计3.1单片机小系统设计系统中采用AT89C52单片机，其CPU由控制器和运算器组成，主要进行运算及指令识别。存储器为8K可擦写闪存，工作电源为+5V.其内部有振荡器的反相放大器，石英晶体和陶瓷谐振器共同构成自激振荡器。引脚简单可靠，功能强大，使用方便，并具有低功耗空闲和掉电模式。
3.2温度采集方式的选择选用新数字温度传感器DS18B20进行温度采集，温度传感器DS18B20具有线接口，使用简单方便，在实际使用中无需外部元件，直接利用数据总线供电，测量温度范围较大。因此，使用范围较广，用途较大。
3.3显示方式的选择采用工业字符型液晶LCD1602，可分两行显示32个字符，采用标准16脚接口，通用性强，使用过程方便。工作电源为+5V，对比度可调，内含复位电路，并且提供多种控制命令，指令码简单，易于操作，轻巧方便，因此，LCD1602可以作为合理的数据显示方式。
4程序设计4.1显示方式的选择本次设计采用C语言进行编译，通过软件主要实现以下功能：通过LCD显示温湿度值及水位；比较监测温度发现超过上值时，启动声光报警，超过下值时，启动加湿器进行加湿；根据相对湿度值控制加湿器的开关。
根据监控系统功能要求，系统软件流程图设计如所示。
国外电子测量技术设计主程序://显示/设定温度//温度加//温度减//蜂鸣器2DS18B20流程设计多功能加湿器系统共有2个DS18B20温度传感器，每个温度传感器的流程图设计如所示。
DS18B20模块程序流程untemp1；//定义整型的温度数据uinttemp2；//定义整型的温度数据floatftemp2；//定义浮点型的温度数据4.3 1602字符型LCD流程设计//液晶数据接口//Lcd1602液晶子函数光标针加1清0 5仿真与调试设计是属于多功能加湿器，其采用以AT89C52单片机作为控制核心。软件调试利用开发资源来调试用户系统中单片机及其外围电路模块要实现的加湿功能，在?34?国外电子测量技术KeilC51编译环境下用C语言进行编程，通过编程器将程序下载到单片机中进行调试。编程过程中利用软件仿真调试系统，当软件仿真通过则利用该仿真器仿真，并按顺序检查错误进行修改，终将程序的HEX文件加载进入单片机进行实测。设定相对湿度上限和下限后，相对湿度及温度显示在LCD1602液晶屏上，系统仿真如所示。
系统仿真在中，相对湿度在设定值范围（4065）内时，且不缺水的状态下，两侧报警灯不亮，LCD1602显示器实时显示出该处的空气相对湿度为42.0，此时温度为38.0°C.当加湿器系统检测的实时相对湿度小于40时，自动加湿空气。同时，水箱若处于缺水状态时，右边报警灯发亮，应该给水箱加水，防止水箱干烧。当加湿器系统检测的实时相对湿度大于65时，出现报警，左边报警器发亮。
此控制系统舒适性要求，可以设定相对湿度，当环境的相对湿度值低于设定值下限时，系统将自动加湿，当环境的相对湿度值高于设定值上限时，声光报警器发出报警信号。同时，采集的相对湿度值可以在液晶显示屏上显示。
另外，在缺水时，则LED亮，提示用户加水，以防止干烧。
6试验测试系统在一室内进行相对湿度（RH）检测，共选择6个不同的测试点进行，室内温度为20C左右，在相同点利用瑞士Rttonic湿度测量仪测得真实值，检测的数据如表1所示。
中国科技核心期刊国外电子测量技术表1相对湿度测试数据测试点系统测量值真实值相对误差表1给出了利用本设计系统和瑞士Rotronic湿度测量仪在同一测试点测得的数据，可以看出，利用本方法设计的相对湿度检测系统误差小于2.5，此设计可以实现实时检测空气相对湿度的要求。该系统检测精度高，成本低廉、高效节能、易于操作、轻巧方便，是可靠的加湿控制系统。
7结论设计利用AT89C52作为微处理器与数据存储器单元，选用合理的温度传感器，将采集的室内环境温度值传送到微处理器，并按比例转化为相应的湿度值，通过LCD1602把相应湿度值显示出来，根据湿度设定值的大小控制加湿器通断，同时，水位传感器对水箱水位可以进行实时检测，并采用C语言编程，设计出一套多功能加湿器控制系统。
仿真及测试结果表明，此系统误差小、精度高、结构简单、性价比高，可方便地实现自动加湿与报警等功能。