【基于STC89C52單片機(jī)的加濕器設(shè)計與實現(xiàn)4900字（論文）】

系統(tǒng)總體設(shè)計方案1.1設(shè)計要求1）需要能夠?qū)崿F(xiàn)對于環(huán)境中的濕度進(jìn)行檢測，然后通過系統(tǒng)顯示出來。2）可以通過按鍵設(shè)置濕度的下限。3）一旦濕度低于設(shè)置的最低值，加濕器啟動1.2方案選擇方案一：HS1101是電容式濕度傳感器，可測相對濕度范圍在0%—100%RH，誤差為±2%RH。方案二：選擇DHT11作為溫濕度自動監(jiān)測模組。DHT11為一個數(shù)字輸出式的溫濕度復(fù)合傳感器,包含了一個電阻型溫度干事器件以及一個NTC式溫度測量器件,可以同時測量20—百分之九十五的RH濕度,誤差范圍為±百分之五RH,0—50℃,誤差范圍為±2℃?？偠灾m然第一種方案它在對于濕度的測量精確值方面更加優(yōu)秀和準(zhǔn)確，但是我們考慮到我們的設(shè)計主要測量的是普通環(huán)境里的濕度不需要如此高的準(zhǔn)確度。而且第二種方案也能夠滿足所要求的功能，價格較第一種來說也會更加便宜，所以我們選擇第二種方案最合適。2系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1整體方案設(shè)計1系統(tǒng)概述本文設(shè)計的系統(tǒng)核心是選用了STC89C52單片機(jī)并且與其他各個部分模塊一同組成的集成系統(tǒng)。其他幾個模塊大致有按鍵模塊，液晶顯示模塊，濕度傳感器模塊以及繼電器模塊；他們與最小系統(tǒng)一起共同完成設(shè)計的目的。其中濕度傳感器模塊使用DHT11濕度傳感器，負(fù)責(zé)收集濕度的數(shù)據(jù)并發(fā)送到單片機(jī)。因為本次設(shè)計需要對濕度最低值進(jìn)行設(shè)置所以有加減兩個按鍵來對濕度的下限值進(jìn)行調(diào)節(jié)，所用按鍵數(shù)量較少，故而選用較為簡單的輕觸按鍵。其他部分完成后最重要的就是如何顯示數(shù)據(jù)，我們選用了1602液晶板。選用它的原因是因為其可以顯示兩行16列的數(shù)據(jù)。當(dāng)我們檢測到的濕度值低于設(shè)置值那么繼電器會將開關(guān)吸附過來，從而霧化器啟動。最后的供電使用USB-5V電壓源。2系統(tǒng)框圖2.2系統(tǒng)最小模塊1STC89C52簡介STC89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線。其中P0到P4口用于連接外部電路，使得單片機(jī)完成對其他相關(guān)電路的控制。2最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)電路由單片機(jī)和一個復(fù)位電路以及一個晶振電路與一個上拉排阻構(gòu)成。如下圖：晶振電路原理圖如下：晶振電路由晶振和兩個30pF的電容相連，通過電容的充電與放電是的晶振產(chǎn)生的正弦波更加穩(wěn)定。它的一端接地，另一端與單片機(jī)的X1,X2連接在一起。復(fù)位電路原理圖：復(fù)位電路相當(dāng)于無論程序執(zhí)行到那個位置都會從頭開始執(zhí)行。它的遠(yuǎn)離主要是通過電容的充放電來達(dá)到自動復(fù)位，它的一端與單片機(jī)的reset連接。當(dāng)電容充電時reset為高電平此時無法執(zhí)行，隨著電容放電電壓降為0也就是低電平，程序執(zhí)行。此處使用自動復(fù)位電路是因為其可以起到一個延時作用，使得電壓穩(wěn)定時在執(zhí)行防止出錯。此外單片機(jī)的P0口還需要連接一個上拉排阻，這是因為P0口只能輸出低電平和高阻態(tài)無法輸出高電平，所以連接一個上拉排阻和電源十七可以正常輸出低電平與高電平。2.3DHT11傳感器電路1DHT11簡介DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連接。2DHT11模塊電路圖DHT11的模塊電路圖如下圖所示：該模塊一共有四個接口，接口三不用外接任何接口。接口1，4分別連接電源和地，接口2可直接連到單片機(jī)接口來傳輸濕度數(shù)據(jù)。因為連線過短故需要增加一個電阻。傳感器模塊會將采集到的濕度參數(shù)發(fā)送給單片機(jī)。2.4液晶顯示電路11602液晶簡介此次設(shè)計采用了1602液晶板，移動能顯示2行，每行16個字符，能夠非常容易的顯示一些常見的數(shù)字，字母和符號。甚至通過一些程序的設(shè)計可以輸出一些簡單的漢字。2液晶顯示模塊電路LCD1602液晶塊總共有16個引腳，其中1，2和15，16各位一組需要連接電源與GND。1,2引腳負(fù)責(zé)給液晶塊工作供電，15，16引腳則是給液晶背光接電從而使液晶板發(fā)光。RS引腳與單片機(jī)相連，通過高低電平來控制輸入的是數(shù)據(jù)還是命令。同理RW是用來控制讀數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)的，EN接入使能端。3引腳接入一個滑動變阻器目的是調(diào)節(jié)液晶板的對比度，可以讓顯示的文字和數(shù)字更加清晰。D0到D7直接連到單片機(jī)P0口，來接受單片機(jī)的信號。2.5按鍵輸入模塊按鍵模塊在本次設(shè)計中主要是來對最低的濕度范圍進(jìn)行設(shè)置，我們的設(shè)計中采用了兩個按鍵分別來對最低的濕度范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)置。它們分別于單片機(jī)的P32,P33l連接；其中K1用來增加最低濕度上限的設(shè)置值，K2用來降低最低濕度上限。每按一下K1設(shè)置的最低濕度值就會增加1%，同樣每按一次K2鍵就會使得設(shè)置值減少1%。按鍵的選擇上也有要求，按鍵有獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤兩種，矩陣鍵盤能夠節(jié)省下來許多按鍵接口但是編程麻煩。而本設(shè)計中需要的按鍵很少故優(yōu)先考慮獨(dú)立鍵盤。2.6繼電器電路和加濕模塊繼電器在系統(tǒng)中相當(dāng)于一個自動的開關(guān)，通過單片機(jī)的高低電平實現(xiàn)對霧化器工作狀態(tài)的控制。我們使用的使電磁式的繼電器，他一般是由線圈和鐵芯構(gòu)成。當(dāng)三極管導(dǎo)通時線圈中會通過電流，從而產(chǎn)生磁性將簧片開關(guān)吸引到左邊霧化器不工作。三極管一端與單片機(jī)P20口相連，當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時三極管不導(dǎo)通霧化器開始工作。在途中二極管的作用是為了保護(hù)電路而設(shè)計的，因為線圈會產(chǎn)生一定的反電動勢影響電路而二極管會將產(chǎn)生的反電動勢抵消進(jìn)而保護(hù)電路。2.7電源模塊電源模塊與一個開關(guān)相連接，其中接口1，2，3和4，5，6各為一組我們可任選一組。當(dāng)開關(guān)按下時1，2口接通輸出5V電壓。此處電容同樣是起保護(hù)電路作用，防止電壓快速變化而損傷器件。3軟件設(shè)計3.1主程序設(shè)計本次設(shè)計的主要步驟如下，首先打開電源對液晶的顯示屏進(jìn)行初始化，這一部分包括了兩個部分分別是對它所顯示的內(nèi)容進(jìn)行初始化和對功能進(jìn)行初始化。初始化完成后會從單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM中讀取已經(jīng)設(shè)置好的濕度最低值并顯示，之后延時一段時間后會進(jìn)入循環(huán)。首先檢測濕度數(shù)據(jù)然后顯示濕度值，之后會判斷檢測到的濕度值與設(shè)置值的大小，若低于設(shè)置值則會啟動霧化器進(jìn)行加濕。隨后系統(tǒng)對于是否按下按鍵進(jìn)行檢測，如果按鍵按下則進(jìn)入濕度最低值設(shè)置經(jīng)過一段延時后輸出，并進(jìn)入下一次循環(huán)。它的流程圖如下：3.2濕度傳感器程序設(shè)計在讀取濕度傳感器的數(shù)據(jù)之前首先會發(fā)送一個起始信號，在短暫的延時之后傳感器會進(jìn)入工作狀態(tài)。之后會進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，單片機(jī)會讀取傳感器測量的溫度濕度數(shù)據(jù)與校驗字節(jié)。如果校驗字節(jié)與讀取的溫度濕度數(shù)據(jù)可以相匹配則會保留結(jié)果并且顯示在液晶板上，否則會丟棄數(shù)據(jù)。3.31602液晶程序設(shè)計液晶在開始工作之前要進(jìn)行初始化，即通過數(shù)據(jù)手冊上的一些要求對其寫入一些命令，包括以下幾個命令一不顯示光標(biāo)，二寫入數(shù)據(jù)后地址加一也就是光標(biāo)右移一位和三清屏。之后就會進(jìn)入到液晶顯示內(nèi)容的部分，在其開始顯示內(nèi)容之前，首先會確定一個需要顯示的位置，即它在哪一行哪一列顯示。在完成光標(biāo)定位之后就可以在液晶板上顯示內(nèi)容了，它在顯示的時候是一位一位完成的。比如顯示233，那么會先顯示百位之后才是十位最后顯示個位。本設(shè)計中因為濕度不會達(dá)到百分百所以只需要能夠顯示十位以及個位即可。而要是想顯示一串字母或漢字的話，也是同樣的道理。比如顯示“l(fā)ove”，會從“l(fā)”開始之后光標(biāo)右移一位顯示“o”直到“e”。雖然顯示的是一串字符或數(shù)字，但是我們只需要在最開始完成一次光標(biāo)的定位即可，而不是沒顯示一個數(shù)字都要重新進(jìn)行光標(biāo)定位。3.3按鍵程序設(shè)計按鍵的掃描程序本質(zhì)上是用來對我們設(shè)置的最低濕度值進(jìn)行設(shè)置，首先判斷加鍵有沒有被按下，如果有且已有的設(shè)置值大于1那么就會使設(shè)置值減去1并且刷新新的設(shè)置值。接著判斷加建是否被按下若是且濕度值低于99就會在原來的基礎(chǔ)上加1，再刷新顯示值。4系統(tǒng)組裝與調(diào)試空氣加濕器系統(tǒng)如果想要正常工作，那么就離不開硬件與軟件系統(tǒng)之間的結(jié)合，如果軟件部分沒有出錯但是某些硬件出現(xiàn)了問題就會使整個設(shè)計無法正常工作，從而導(dǎo)致系統(tǒng)紊亂。所以為了能夠更好的完成設(shè)計，不前功盡棄，我們要確保軟件不出錯的情況下對每個硬件部分進(jìn)行調(diào)試，來保證系統(tǒng)正確運(yùn)行。4.1電路的調(diào)試1調(diào)試方法一般對于電路的調(diào)試總的有兩種方法。第一種是在硬件模塊安裝的同時對于整個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。另外的一種是在我們將硬件電路完全焊接好之后，再進(jìn)行調(diào)試。對于前者，其實更加適合一些創(chuàng)新的電路設(shè)計但是對于我們的設(shè)計選用后者更好。2通電調(diào)試（1）通電前檢查在通電之前最好不要立刻通電，因為若是電路連接過程中出現(xiàn)了錯誤很有可能會造成元件的損壞，導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法完成預(yù)想的功能。所以我們要對整個系統(tǒng)的電路連接進(jìn)行檢查，尤其是要檢查一些焊接的地方有沒有短路。除此之外還要看一下有沒有連線連接錯誤或者連線缺漏，檢查完畢還可以用萬用表對元件的正負(fù)極連接正確與否進(jìn)行確認(rèn)。（2）通電調(diào)試把設(shè)計好的硬件通過USB接口插入電源，之后系統(tǒng)的每個部分都開始正常工作，液晶板顯示出當(dāng)前空氣中的濕度值以及之前設(shè)置好的最低濕度值。另外還可以通過開關(guān)來實現(xiàn)接通與斷開，霧化器能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。最低濕度值也能夠通過按鍵值來實行加減設(shè)置。3整機(jī)聯(lián)調(diào)盡管我們對于每個部分的電路都進(jìn)行了調(diào)試，但是這整體系統(tǒng)的要求未必會完美達(dá)到，所以還需要進(jìn)一步來調(diào)試。這一步的調(diào)試的根本方法是對其動態(tài)性能的觀察與研究，換句話來說就是將我們測得的結(jié)果來與原本的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較來發(fā)現(xiàn)整體的系統(tǒng)是否會有問題，并逐漸修改。4.2軟件調(diào)試本文所用設(shè)計使用Keil來測試程序在運(yùn)行過程中是否會出現(xiàn)錯誤，這一類軟件在單片機(jī)的學(xué)習(xí)中會起到非常重要的作用。除了這一點(diǎn)Keil所用的編程語言是C語言，在編程語言中較為容易理解。4.3功能實現(xiàn)1濕度測量功能系統(tǒng)接入電源之后，1602液晶板上會顯示兩行數(shù)值，第一行是目前空氣中的濕度值，第二行是我們預(yù)先設(shè)置好的最低濕度值。當(dāng)空氣中的濕度低于設(shè)置值會起到駕駛功能，空氣中的濕度也會隨之變化。2按鍵功能空氣中的濕度值會隨時改變不夠穩(wěn)定，但是為了穩(wěn)定啟動加濕器那么就需要通過按鍵來實現(xiàn)。按鍵有加減兩個按鍵，可以隨時調(diào)整最低濕度范圍來實現(xiàn)啟動加濕器的功能。3加濕器功能實現(xiàn)系統(tǒng)通電后傳感器會測量空氣中的數(shù)據(jù)并傳輸?shù)揭壕О屣@示出來，如果空氣中的濕度低于我們已經(jīng)設(shè)置好的濕度時繼電器觸發(fā)加濕器啟動，從而起到對空氣加濕的作用。6總結(jié)隨著社會的發(fā)展以及氣候越來越嚴(yán)峻的變化，人們對于加濕器的需求也越來越高。但是現(xiàn)今市面上的加濕器都價格較為昂貴且容易滋生細(xì)菌，無法滿足普通人的需求。因此我們真的需要設(shè)計出一種能夠滿足日常需求，安全以及較為便宜的加濕系統(tǒng)，通過本設(shè)計可以來提供思路發(fā)展出滿足市場的產(chǎn)品?？傊畬嵺`要和理論相互結(jié)合才能夠達(dá)成我們的要求。通過自查相關(guān)資料并廣泛搜集了相關(guān)方面的相關(guān)文章,訓(xùn)練提高了自己的自學(xué)的能力水平與實際動手能力。并且從由原來單純的學(xué)習(xí)被動的接受外界知識逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥膶で笞陨碇R,這也可以說這是在學(xué)習(xí)思維方式上進(jìn)行的又一次的重要突破。在你以往所學(xué)的這種傳統(tǒng)的教學(xué)思維模式指導(dǎo)下,你現(xiàn)在或許只會只記得那一些的書本知識,可是現(xiàn)在經(jīng)過這次畢業(yè)的設(shè)計,你又學(xué)到了怎樣才能把自己所學(xué)到的這些東西真正變成你自己需要的知識,學(xué)習(xí)到了如何才能更好有效的去解決理論知識如何與工作實際情況相結(jié)合這樣的實際問題,抓住知識要點(diǎn),攻克知識難關(guān),活用學(xué)活用。

在設(shè)計過程中由于時間倉促有很多地方難免存在不足之，但在以后的工作中，我們會嚴(yán)格要求自己最求完美。

參考文獻(xiàn)郭天祥.51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.劉建清.輕松玩轉(zhuǎn)51單片機(jī)C語言[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2011.張緒光，劉在娥.電