《基于單片機(jī)的空氣智能加濕控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》14000字（論文）

基于單片機(jī)的空氣智能加濕控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要優(yōu)質(zhì)的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量一定程度上保障了人體的健康，同時(shí)也有利于人們保持心情舒暢。濕度是評(píng)價(jià)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，秋冬季空氣干燥致使?jié)穸绕?，?huì)增加患與呼吸系統(tǒng)相關(guān)的疾病的概率，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致皮膚細(xì)胞缺水，使皮膚皺裂。偏高的濕度則容易使室內(nèi)的建筑材料含有的有害化學(xué)物質(zhì)更易溶于空氣中的水分子中。故而偏高或者偏低的濕度都對(duì)人體健康造成了不良的影響?？諝庵悄芗訚窨刂葡到y(tǒng)使?jié)穸缺３衷诤侠淼姆秶鷥?nèi)，對(duì)改善室內(nèi)環(huán)境有著重要意義。本文搭建了一個(gè)空氣智能加濕控制系統(tǒng)，具備顯示濕度、自動(dòng)加濕、水位監(jiān)測(cè)及報(bào)警、手動(dòng)加濕等功能。硬件設(shè)計(jì)采用了STC89C52芯片作為主控單元，運(yùn)用模塊化的思想設(shè)計(jì)各功能電路。按鍵操作單元的三個(gè)按鍵起到切換系統(tǒng)工作模式和調(diào)整濕度閾值、手動(dòng)開(kāi)閉加濕器的功能。加濕驅(qū)動(dòng)單元核心組成部分是HF49FD繼電器和霧化片，該單元接收到低電平信號(hào)將會(huì)啟動(dòng)。濕度檢測(cè)單元通過(guò)DHT11傳感器檢測(cè)溫濕度，并把數(shù)值傳送給主控單元，通過(guò)顯示濕度單元的LCD1602實(shí)時(shí)顯示溫濕度。在水位檢測(cè)單元中，液位傳感器會(huì)把檢測(cè)到的水位數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)定的水位閾值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)LM339電壓比較器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳送給主控芯片。當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)低于水位閾值時(shí)，主控芯片將接收到低電平信號(hào)輸送給水位報(bào)警單元，則控制蜂鳴器啟動(dòng)報(bào)警功能。軟件設(shè)計(jì)部分主要依據(jù)空氣智能加濕控制系統(tǒng)的電路原理圖以及相關(guān)傳感器的時(shí)序圖進(jìn)行，依據(jù)電平信號(hào)的高低控制各單元的功能是否啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了各單元間的數(shù)據(jù)的收發(fā)。結(jié)合硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，完成了空氣智能加濕控制系統(tǒng)的仿真，仿真結(jié)果基本實(shí)現(xiàn)了上述功能。關(guān)鍵字：加濕系統(tǒng)；STC89C52；監(jiān)控濕度；調(diào)整濕度目錄第1章緒論 11.1研究背景及意義 11.2室內(nèi)加濕器的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 11.3主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo) 21.4論文的組織結(jié)構(gòu) 3第2章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 4第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 63.1數(shù)字主控單元 63.1.1單片機(jī)介紹 63.1.2復(fù)位電路 73.1.3時(shí)鐘電路 83.2濕度顯示模塊 83.2.1LCD1602液晶顯示器介紹 83.2.2濕度顯示電路設(shè)計(jì)原理 93.3按鍵操作模塊 103.3.1獨(dú)立按鍵原理 103.3.2獨(dú)立按鍵工作電路 113.4水位報(bào)警單元 123.5濕度檢測(cè)模塊 133.5.1傳感器選型 133.5.2濕度檢測(cè)電路 143.6加濕驅(qū)動(dòng)單元 153.6.1繼電器選型 153.6.2加濕驅(qū)動(dòng)單元電路原理 163.7水位檢測(cè)單元 173.7.1水位探測(cè)傳感器 173.7.2水位信號(hào)傳輸電路原理 17第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 204.1系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) 204.2系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 204.3按鍵選擇模塊子程序設(shè)計(jì) 214.4溫濕度檢測(cè)模塊子程序設(shè)計(jì) 224.5顯示模塊子程序設(shè)計(jì) 23第5章仿真以及系統(tǒng)測(cè)試 24結(jié)論 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29 第1章緒論1.1研究背景及意義當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量以及生活質(zhì)量提出了更高的要求，尤其注重生活的便捷性、健康性以及舒適度。WHO健康住宅標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定了室內(nèi)濕度數(shù)值范圍，室內(nèi)空氣濕度適宜與否也是決定室內(nèi)環(huán)境是否舒適的關(guān)鍵性因素。在環(huán)境干燥和室內(nèi)空氣濕度偏低時(shí)，灰塵在空氣中擴(kuò)散速率快，懸浮顆粒物比重也會(huì)相應(yīng)增加，有害病菌繁殖速度也會(huì)隨之加快?；覊m和細(xì)菌易進(jìn)入人體內(nèi)，從而致使人體免疫力下降，容易引起與鼻部、咽部、支氣管等和呼吸系統(tǒng)相關(guān)的疾病[1]。與此同時(shí)，空氣濕度對(duì)人體皮膚濕潤(rùn)度有不可或缺的影響。干燥的環(huán)境會(huì)使皮膚角質(zhì)層的細(xì)胞收縮脫水，故而皮膚缺少水分，嚴(yán)重的情況下還會(huì)使皮膚開(kāi)裂皺裂，不利于肌膚的健康。在空氣濕度偏高時(shí)，空氣中水分子含量偏高，而建筑材料中含有的甲醛、氨、氡等揮發(fā)性有機(jī)氣體將更易散發(fā)[2]，同時(shí)水溶性程度大大提高，因此也提高了空氣中有害氣體的濃度，有害人體健康。此外，過(guò)高的濕度還會(huì)使人體散熱不良引發(fā)身體的不適。綜上，過(guò)高和過(guò)低的濕度都影響了室內(nèi)空氣質(zhì)量以及室內(nèi)環(huán)境舒適度，很大程度上影響了人體健康，適合的空氣濕度將會(huì)避免上述由偏高或者偏低的空氣濕度引發(fā)的種種問(wèn)題，如何使室內(nèi)濕度不受季節(jié)影響隨時(shí)保持一個(gè)合理的數(shù)值范圍成為了一個(gè)重要的命題。為了避免偏高或者偏低的室內(nèi)濕度對(duì)室內(nèi)環(huán)境和人體健康造成的不良影響，空氣智能加濕控制系統(tǒng)起了重要的調(diào)節(jié)作用，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)并且根據(jù)用戶的需求自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，滿足了人們對(duì)良好的室內(nèi)空氣質(zhì)量的需要，為人體呼吸系統(tǒng)的健康建造了壁壘，也起到了肌膚護(hù)理的功效，滿足了不少人對(duì)皮膚補(bǔ)水保濕的需求，對(duì)凈化室內(nèi)環(huán)境有重要意義。1.2室內(nèi)加濕器的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)在我國(guó)二十世紀(jì)八十年代中期，加濕控制技術(shù)多用于食品行業(yè)儲(chǔ)藏和保鮮方面。八十年代后期，我國(guó)成功將以微機(jī)為核心的控制技術(shù)應(yīng)用于人工環(huán)境中，這也促進(jìn)了濕度控制系統(tǒng)的發(fā)展。隨著濕度控制技術(shù)的不斷完善，濕度控制技術(shù)也應(yīng)用在室內(nèi)居住環(huán)境中，許多便攜式加濕器和大型室內(nèi)加濕控制系統(tǒng)也逐漸出現(xiàn)在人們的日常生活中。根據(jù)加濕原理以及應(yīng)用場(chǎng)景的不同，加濕器一般共分為超聲波式加濕器、蒸發(fā)式加濕器、電熱式加濕器以及復(fù)合式加濕器[3]。市場(chǎng)上便攜式小型家用或者辦公用的加濕器主要是超聲波加濕器和蒸發(fā)式加濕器。超聲波加濕器的工作原理是運(yùn)用超聲波技術(shù)使液體狀態(tài)的水高頻震蕩形成下水霧，具備加濕均勻、節(jié)能省電、無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)，但它對(duì)水質(zhì)有所要求，若加入的是不純凈的水，因水中鈣鎂離子含量多，產(chǎn)生的水霧中會(huì)攜帶白色粉末進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)加濕器易形成水垢，不利清洗且易損傷機(jī)器。蒸發(fā)式加濕器采用比較特殊的加濕材料，通過(guò)滴水滲透蒸發(fā)加濕的方式，由風(fēng)機(jī)將適用于加濕的材料表面蒸發(fā)的水汽送入室內(nèi)[4]。其具備無(wú)雜質(zhì)、無(wú)水霧、對(duì)水質(zhì)沒(méi)有要求的特點(diǎn)，但它所用的材料比較昂貴，提高了產(chǎn)品的成本。當(dāng)下，加濕器也朝著智能化方向發(fā)展，技術(shù)的研究越來(lái)越注重濕度維穩(wěn)、無(wú)水霧、無(wú)白粉、范圍大、加濕快、節(jié)能等特點(diǎn)。產(chǎn)品的制造也更加注重實(shí)物的實(shí)用性和美觀性，市面上的加濕器的形狀大多小巧精致，也可作為室內(nèi)環(huán)境的裝飾品。這幾年來(lái)，加濕器中也逐漸應(yīng)用了Zigbee等無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，使得使用者可以利用第三方的電子設(shè)備遠(yuǎn)程操縱加濕器。此外，加濕器的功能并非一成不變的，它的研究緊跟時(shí)事，因2020年新冠疫情的爆發(fā)，室內(nèi)空氣加濕器也緊扣健康性這一概念進(jìn)行創(chuàng)新，完善其抗菌殺菌的功能，使得產(chǎn)品在被使用的過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)加濕和除菌雙重功能，具備此類功能的空氣加濕器也更受消費(fèi)者歡迎。1.3主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)本文是對(duì)空氣智能加濕控制系統(tǒng)的研究，目的在于設(shè)計(jì)出能夠檢測(cè)并且調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，改善環(huán)境質(zhì)量的小型家用型加濕系統(tǒng)。主要研究?jī)?nèi)容為以下幾點(diǎn)：（1）設(shè)計(jì)完善單片機(jī)最小系統(tǒng)（2）選擇功能齊全并且相關(guān)參數(shù)與系統(tǒng)匹配的元器件，比如溫濕度傳感器、水位傳感器、液晶顯示器。（3）設(shè)計(jì)完整的系統(tǒng)硬件電路圖，以模塊化的方式設(shè)計(jì)外部電路，包括按鍵控制電路、水位檢測(cè)和報(bào)警電路、顯示溫濕度電路、加濕驅(qū)動(dòng)電路。（4）結(jié)合芯片的功能特性，給各模塊電路分配STC89C52的數(shù)據(jù)輸出/輸入端口，使其能夠?qū)崿F(xiàn)外部器件和主控單元的通信。（5）依據(jù)電路原理，進(jìn)行各個(gè)模塊的程序設(shè)計(jì)，并且結(jié)合程序和原理圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。1.4論文的組織結(jié)構(gòu)在第一章緒論里，介紹完了空氣智能加濕的系統(tǒng)的研究背景、相關(guān)意義、發(fā)展趨勢(shì)。接下來(lái)，將采用“總-分”的結(jié)構(gòu)詳略得當(dāng)?shù)慕榻B空氣智能加濕的系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)。第二章主要闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，展現(xiàn)出系統(tǒng)較為清晰的架構(gòu)。第三章將總的硬件電路分為七個(gè)子模塊進(jìn)行介紹，具體有STC89C52主控單元、水位檢測(cè)單元、水位報(bào)警單元、按鍵操作單元、濕度檢測(cè)單元、濕度顯示單元、加濕驅(qū)動(dòng)單元。依據(jù)第三章闡述的電路原理和控制相關(guān)器件的工作原理，第四章分析了主程序以及各個(gè)模塊的子函數(shù)的思路。結(jié)合前兩章的內(nèi)容，第五章闡述了仿真的過(guò)程和功能的模擬。

第2章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)由STC89C52主控單元、水位檢測(cè)單元、水位報(bào)警單元、按鍵操作單元、濕度檢測(cè)單元、濕度顯示單元、加濕驅(qū)動(dòng)單元這七大單元構(gòu)成。后六個(gè)單元作為外圍電路與主控單元的不同I/O口連接達(dá)到通信的目的，它們與主控單元的連接方式可見(jiàn)圖2-1。P1.0-P1.2P1.0-P1.2P1.3P0P1.4P2.0P3.7STC89C52按鍵操作單元按鍵操作單元濕度顯示單元濕度檢測(cè)單元濕度顯示單元濕度檢測(cè)單元水位檢測(cè)單元水位檢測(cè)單元水位報(bào)警單元水位報(bào)警單元加濕驅(qū)動(dòng)單元加濕驅(qū)動(dòng)單元圖2-1系統(tǒng)框架圖單元之間有許多聯(lián)系，系統(tǒng)框圖的箭頭結(jié)構(gòu)也暗含了各單元與主控單元的輸入/輸出的主體關(guān)系。向主控單元輸送電平信號(hào)的有：按鍵操作單元和水位檢測(cè)單元，而這兩個(gè)單元對(duì)控制溫度顯示以及加濕驅(qū)動(dòng)和水位報(bào)警有條件性作用，在程序設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以通過(guò)判斷這兩個(gè)單元輸出的信號(hào)的電位來(lái)判斷是否啟動(dòng)其他單元。濕度檢測(cè)單元和濕度顯示單元存在著數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)接收的關(guān)系，向主控單元輸送溫濕度的數(shù)據(jù)的是濕度檢測(cè)單元，從主控單元讀取溫濕度的數(shù)據(jù)的是濕度顯示單元。主控單元向外圍電路輸送電平信號(hào)的單位有加濕驅(qū)動(dòng)單位和水位報(bào)警單元，在程序設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以通過(guò)給這兩個(gè)單元的P3.7以及P2.0賦值為低電位來(lái)啟動(dòng)該電路的功能。按鍵操作單元可以控制加濕驅(qū)動(dòng)單元能否啟動(dòng)。加濕驅(qū)動(dòng)單元只有當(dāng)P3.7端口輸出的是低電平信號(hào)才會(huì)開(kāi)啟加濕驅(qū)動(dòng)單元中的加濕霧化器件。水位檢測(cè)單元檢測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)與水位閾值相比較，若檢測(cè)到P1.4的電位是低電平則代表當(dāng)前值低于水位閾值，那么可以在程序中給P2.0端口的輸出信號(hào)的電平定義為低電平，啟動(dòng)報(bào)警電路。與此同時(shí)，將啟動(dòng)濕度顯示單元，屏幕會(huì)顯示缺水狀態(tài)。反之，若P1.4電位是高電平則不會(huì)啟動(dòng)水位報(bào)警單元。濕度檢測(cè)單元檢測(cè)到的濕度數(shù)據(jù)會(huì)輸送給濕度顯示單元。同時(shí)濕度檢測(cè)單元若檢測(cè)到實(shí)時(shí)濕度低于系統(tǒng)設(shè)定的濕度閾值將會(huì)啟動(dòng)加濕驅(qū)動(dòng)單元。系統(tǒng)有兩種運(yùn)行狀態(tài)，分別是自動(dòng)加濕工作狀態(tài)以及手動(dòng)加濕工作狀態(tài)。按鍵操作單元可以控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并決定是否啟動(dòng)加濕驅(qū)動(dòng)單元。按鍵是與用戶交互的不可或缺的第三方器件。下面將詳細(xì)介紹按鍵的相關(guān)具體細(xì)節(jié)，首先要啟動(dòng)按鍵操作單元，按鍵操作單元共有KB2、KB3和KB4這三個(gè)按鍵，通過(guò)是否按下或松開(kāi)KB2按鍵來(lái)控制它的電壓的高低電位，達(dá)到切換系統(tǒng)的工作狀態(tài)的效果，按下并且松開(kāi)一次就切換一次系統(tǒng)運(yùn)行模式。在KB2確定的工作模式的基礎(chǔ)下，若系統(tǒng)為自動(dòng)加濕工作狀態(tài)，按下并松開(kāi)一次KB3就代表閾值加1，按下并松開(kāi)一次KB4就代表閾值減1。若系統(tǒng)為手動(dòng)加濕工作狀態(tài)，按下并松開(kāi)一次KB3就啟動(dòng)了加濕驅(qū)動(dòng)單元的加濕器件，而按下并松開(kāi)一次KB4，加濕驅(qū)動(dòng)回路與主控單元的電路呈斷路狀態(tài)。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1數(shù)字主控單元3.1.1單片機(jī)介紹本系統(tǒng)選用的控制核心處理器是STC89C52芯片，該芯片由宏晶科技公司開(kāi)發(fā)。它具有成本低、抗干擾能力強(qiáng)、功耗小、控制功能強(qiáng)，易拓展等特點(diǎn)。特別地，該微處理器對(duì)外圍電路的控制性強(qiáng)，能夠方便并且靈活地構(gòu)成智能應(yīng)用型系統(tǒng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性同時(shí)提高了運(yùn)行效率，同時(shí)，它有足夠多的數(shù)據(jù)輸出/輸入端口，也滿足了本系統(tǒng)各個(gè)模塊與主控單元通信的需求。使用說(shuō)明書(shū)上有STC89C52芯片的具體功能特性的介紹，此處就不作詳細(xì)說(shuō)明。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)也依據(jù)使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行，主控單元的設(shè)計(jì)以及各個(gè)模塊的工作電壓等性能數(shù)據(jù)也與芯片的工作特性相符。圖3-1STC89C52內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3.1.2復(fù)位電路復(fù)位電路是單片機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)初始化功能的關(guān)鍵部分，可以使單片機(jī)內(nèi)部的寄存器的值恢復(fù)到初始狀態(tài)，特別是當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)障礙或者程序有問(wèn)題時(shí)，可以保證單片機(jī)重新運(yùn)行，每次都能從一個(gè)固定并且相同的狀態(tài)開(kāi)始工作。本系統(tǒng)選用的是手動(dòng)復(fù)位模式，電路圖由兩條支路構(gòu)成，一條支路為“VCC(+5V)-電容C3-電阻R1-地GND”，一條支路為“VCC(+5V)-按鍵KB1-電阻R-電阻R1-地GND”。電路設(shè)計(jì)原理將分為兩個(gè)過(guò)程詳細(xì)介紹，按下按鍵之前，給電路上電的時(shí)候，一旦單片機(jī)連接上電源，“VCC(+5V)-電容C3-電阻R1-地GND”則會(huì)形成通路。同時(shí)，電容開(kāi)始充電，支路電流增加，電流強(qiáng)度和充電時(shí)間呈反相關(guān)。電容充電完成后，“VCC(+5V)-電容C3-電阻R1-地GND”這條支路上的電流將降為0，RST的電壓也會(huì)回落到低電平。按下按鍵之后，“VCC(+5V)-按鍵KB1-電阻R2-電阻R1-地GND”支路起主導(dǎo)作用，電容C3開(kāi)始放電，RST端電位將轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，電壓值?00*VCC/（100+20）V。在電容C3放電的過(guò)程中，此刻電容儲(chǔ)存的電流過(guò)大，會(huì)給回路形成電磁干擾。為了達(dá)到抑制電磁干擾的目的，在放電回路中添加了一個(gè)20Ω的電阻。圖3-2復(fù)位電路3.1.3時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路能夠給單片機(jī)內(nèi)部提供一個(gè)時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)，使系統(tǒng)各個(gè)功能部件以該信號(hào)為基準(zhǔn)進(jìn)行工作并且保持同步的頻率。同時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行速度也受到晶振頻率的影響，因此時(shí)鐘電路在穩(wěn)定系統(tǒng)方面的重要性不容忽視。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)振蕩電路，該振蕩電路由反向放大器構(gòu)成，芯片上的XTAL1和XTAL2分別是振蕩電路的輸入端和輸出端[5]。完整的單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路絕大多數(shù)情況下有兩種組成方式：一種是由單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路和片內(nèi)振蕩器組成，另外一種由單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路和外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件組成。系統(tǒng)選用內(nèi)部時(shí)鐘方式，在反向放大器的輸入端XTAL1和輸出端XTAL2中間跨接一個(gè)頻率為11.052MHZ的晶體振蕩器，以此保證較快的單片機(jī)運(yùn)行速度。為了協(xié)助晶體振蕩器啟動(dòng)并且保持振蕩信號(hào)的穩(wěn)定，晶振兩端應(yīng)連接一個(gè)20pF的電容。與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡可能縮短晶振與電容之間的擺放距離，以達(dá)到增強(qiáng)振蕩器的穩(wěn)定性的效果。圖3-3時(shí)鐘電路3.2濕度顯示模塊3.2.1LCD1602液晶顯示器介紹本系統(tǒng)需要一塊電子屏幕以行驅(qū)動(dòng)的方式顯示“Humi、Minihumi”等字符串和溫濕度的具體數(shù)字，LCD1602型號(hào)的液晶顯示器能夠做到這些，符合本系統(tǒng)的需要。相對(duì)于發(fā)光管以及數(shù)碼管，它有許多優(yōu)勢(shì)：能夠保持恒定發(fā)光，不閃爍；方便連接[9]。下表3-1的主要內(nèi)容是液晶顯示器的主要性能參數(shù)。表3-1LCD1602性能參數(shù)性能名稱參數(shù)顯示容量16*2個(gè)字符工作電壓4.5V-5.5V工作電流5.0mA，最佳工作電壓5V情況下最佳工作電壓+5V字符尺寸寬：2.95mm、高4.35mm為了能夠準(zhǔn)確將LCD1602液晶顯示器的各個(gè)引腳端口與單片機(jī)串口相連接，需要詳細(xì)了解它的每個(gè)引腳的具體功能，接口說(shuō)明如下表3-2所示：表3-2LCD1602引腳及其功能引腳號(hào)名稱功能1VSS電源地2VDD電源正極，+5V3VL液晶驅(qū)動(dòng)電壓，對(duì)比度控制端4RS寄存器數(shù)據(jù)/命令選擇端，H/L5R/W讀寫(xiě)操作選擇端，H/L6E使能信號(hào)7-14DB0-DB7數(shù)據(jù)輸入/輸出端口15BLA背光源正極，+5V16BLK背光源負(fù)極，接地3.2.2濕度顯示電路設(shè)計(jì)原理濕度顯示單元的主要作用是將收到的溫濕度的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示在LCD屏幕上，并且將這些信息同步傳達(dá)給使用者。濕度顯示電路的核心器件是LCD1602,該單元設(shè)計(jì)的重點(diǎn)便是依據(jù)其接口說(shuō)明將LCD1602液晶顯示屏的16個(gè)引腳和單片機(jī)的數(shù)據(jù)端口一一連接起來(lái)。詳細(xì)連接方式和功能說(shuō)明如下：1號(hào)管腳接地，2號(hào)管腳連接+5V的電源。3號(hào)VL管腳主要起到對(duì)比度調(diào)整的作用[6]，能夠讓屏幕顯示更為清晰。在學(xué)校教學(xué)時(shí)，常用的方法是通過(guò)給3號(hào)VL管腳連接一個(gè)滑動(dòng)變阻器改變電壓。而在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，產(chǎn)品一般都是批量生產(chǎn)的，并且是不需要用戶撥動(dòng)滑動(dòng)變阻器來(lái)調(diào)整屏幕對(duì)比度的，所以更恰當(dāng)?shù)姆绞绞窃?號(hào)管腳處直接連接一個(gè)限定阻值的電阻。根據(jù)了解，市場(chǎng)上常用的下拉電阻的阻值范圍在1Ω至1500Ω，因此也可以直接在3號(hào)管腳處連接一個(gè)阻值為20Ω的電阻。4號(hào)RS管腳、5號(hào)R/W管腳、6號(hào)E管腳依次與芯片的P2.5-P2.7引腳相連接。隨著芯片引腳輸入的高低電平的不同，RS管腳、R/W管腳和EN管腳使用的效果也不同。D0-D7管腳是數(shù)據(jù)引腳，連接芯片的P0端口，P0端口輸出數(shù)據(jù)，液晶顯示屏寫(xiě)入數(shù)據(jù)到八位數(shù)據(jù)引腳并顯示。同時(shí)P0口作為I/O口時(shí)需要連接上拉電阻以此給負(fù)載提供電流，提高電流驅(qū)動(dòng)能力，穩(wěn)定輸出。15號(hào)管腳為背光源正極管腳，為了避免燒壞背光燈，此處連接了排阻COM端。16號(hào)管腳為背光源負(fù)極管腳，此處接地。圖3-4LCD1602連接電路3.3按鍵操作模塊3.3.1獨(dú)立按鍵原理單片機(jī)的I/O端口可獨(dú)立用作輸入和輸出。獨(dú)立按鍵作為外設(shè)與單片機(jī)的I/O口相連接，向單片機(jī)內(nèi)部輸入外部信號(hào)，通過(guò)高低電位的不同來(lái)控制單片機(jī)不同的運(yùn)行狀態(tài)。準(zhǔn)雙向I/O結(jié)構(gòu)如圖3-5所示，當(dāng)內(nèi)部輸出一個(gè)低電平時(shí)，經(jīng)過(guò)與非門取反，NPN的基極電位為高電平，NPN三極管導(dǎo)通，單片機(jī)的I/O輸入端口為低電平。此時(shí)，當(dāng)按鍵懸空時(shí)，I/O輸入端低電平，當(dāng)按鍵按下時(shí)，I/O輸入端依舊為低電平。相反地，當(dāng)內(nèi)部輸出一個(gè)高電平時(shí)，NPN基極電位為低電平，三極管不導(dǎo)通，此時(shí)單片機(jī)輸入端口為高電平。在這個(gè)情況下，當(dāng)按鍵按下時(shí)時(shí)，電源連接電阻再連接按鍵的這條電路導(dǎo)通，I/O端口的電位則為低電平，向單片機(jī)內(nèi)部輸入的是低電平，當(dāng)按鍵懸空時(shí)，則向單片機(jī)內(nèi)部輸入高電平。綜上所述，單片機(jī)內(nèi)部必須輸出高電平，這樣才能保證按鍵按下或者懸空兩種不同的狀態(tài)輸入的信號(hào)也是不同的電位。因此當(dāng)用戶松開(kāi)按鍵時(shí)，按鍵的電路為斷路狀態(tài)，I/O端口的電位則為高電平。圖3-5準(zhǔn)雙向I/O內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.3.2獨(dú)立按鍵工作電路根據(jù)獨(dú)立按鍵的工作原理，本系統(tǒng)設(shè)置了三個(gè)按鍵，按鍵被按下并松開(kāi)一次則表示外界向單片機(jī)內(nèi)部輸入一個(gè)低電平的信號(hào)，按鍵懸空，I/O端口將呈現(xiàn)高電位。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)到按鍵輸入信號(hào)的電平信息來(lái)控制系統(tǒng)加濕的方式和其他功能單元。本系統(tǒng)設(shè)置的三個(gè)按鍵分別代表了不同的運(yùn)行方式。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)中控制加濕的方式被設(shè)置為自動(dòng)加濕和手動(dòng)加濕，KB2的作用是更換模式，每按下并松開(kāi)一次KB2，則會(huì)更改一次加濕模式。KB3和KB4按鍵的功能隨用戶設(shè)定的系統(tǒng)控制加濕的方式而定，在自動(dòng)加濕模式下，用戶可根據(jù)自身需求選擇濕度閾值，每按下并松開(kāi)一次按鍵KB3則濕度閾值加1，每按下并松開(kāi)一次KB4則濕度閾值減1。在手動(dòng)加濕模式下，KB3代表開(kāi)啟加濕，KB4代表關(guān)閉加濕。圖3-6按鍵操作電路3.4水位報(bào)警單元整體而言，根據(jù)報(bào)警源的不同，常見(jiàn)的智能應(yīng)用設(shè)計(jì)報(bào)警方式大致可分成兩種，分別是發(fā)聲報(bào)警和發(fā)光報(bào)警，絕大多數(shù)情況下，發(fā)聲報(bào)警的方式主要運(yùn)用蜂鳴器，發(fā)光報(bào)警則是選擇LED等器件。本系統(tǒng)采用的是蜂鳴器報(bào)警方式，蜂鳴器報(bào)警依據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的差異分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器[7]。有源蜂鳴器內(nèi)部存在振蕩源，一旦通電，它就能夠產(chǎn)生聲響。無(wú)源蜂鳴器自身沒(méi)有振蕩源，驅(qū)動(dòng)得依靠脈沖頻率信號(hào)，程序設(shè)計(jì)起來(lái)更為復(fù)雜。有源蜂鳴器在驅(qū)動(dòng)模式方面較為簡(jiǎn)易的優(yōu)勢(shì)是無(wú)源蜂鳴器所不具備的，劣勢(shì)在于價(jià)格方面比較貴。無(wú)源蜂鳴器雖然驅(qū)動(dòng)起來(lái)復(fù)雜，但其獨(dú)有特征非常突出，它能夠依靠變換頻率控制聲音的音階，發(fā)出的聲音更加新穎，可以設(shè)置一些歌曲鈴聲，提升用戶體驗(yàn)感。為了設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔，水位報(bào)警單元采用有源蜂鳴器為主體來(lái)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)水位報(bào)警單元的目的在于防止液體干燒，損壞器件。該單元的整體啟動(dòng)原理如下：當(dāng)液體的水位低于系統(tǒng)設(shè)定的閾值5cm的時(shí)候，若水位檢測(cè)單元向P1.4口輸入一個(gè)低電平信號(hào)，主控芯片則會(huì)賦予P2.0口(水位報(bào)警單元連接的I/O口)一個(gè)低電平信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警功能。接下來(lái)闡述的是水位報(bào)警單元的電路設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，當(dāng)液體的水位低于一定的閾值的時(shí)候，P2.0輸出一個(gè)低電平信號(hào)，此時(shí)PNP導(dǎo)通，“三極管—電阻R4—蜂鳴器”這條支路也將導(dǎo)通，蜂鳴器將會(huì)發(fā)出連續(xù)的聲響，提示用戶水位過(guò)低。與此同時(shí)，蜂鳴器作為感性元器件，電感較大，它的電流強(qiáng)度和通電時(shí)間呈正相關(guān)。此時(shí)，若用戶加水，P2.0將會(huì)被給予一個(gè)高電平信號(hào)，PNP三極管不導(dǎo)通，“三極管—電阻R4—蜂鳴器”的這條支路將會(huì)被截?cái)?。蜂鳴器因?yàn)閮?chǔ)存的電流過(guò)大需要放電，因此需要在蜂鳴器旁邊設(shè)置一個(gè)續(xù)流二極管，續(xù)流二極管與蜂鳴器形成一條回路，釋放蜂鳴器累積的電流，從而達(dá)到保護(hù)電路和元器件的效果。圖3-7水位報(bào)警電路3.5濕度檢測(cè)模塊3.5.1傳感器選型濕度傳感器種類豐富，結(jié)構(gòu)各異，各具特色。依照濕度傳感器輸出信號(hào)的差異可分成兩種類別，一類是輸出模擬信號(hào)的模擬輸出傳感器，比如LCT2701溫濕度傳感器、HTG3515CH傳感器等，另外一類是輸出數(shù)字信號(hào)的數(shù)字輸出傳感器，比如SHT10傳感器、DHT11傳感器等。由于模擬輸出傳感器輸出的信號(hào)不是單片機(jī)內(nèi)部能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，倘若選用模擬傳感器，必須在濕度數(shù)據(jù)采集電路中添加一個(gè)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。倘若選用數(shù)字傳感器，它本身集成了A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，無(wú)須轉(zhuǎn)換信號(hào)便能夠直接與單片機(jī)通信。兩種傳感感器相比較而言，數(shù)字輸出傳感器有頗多優(yōu)勢(shì)特征，電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)易，數(shù)據(jù)傳輸也較為高效。如前所述，本系統(tǒng)宜用數(shù)字輸出傳感器作為檢測(cè)模塊的核心主體，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器相對(duì)于其他類型的數(shù)字溫濕度傳感器而言，應(yīng)用頻率較高，性能表現(xiàn)高效可靠，能夠同時(shí)精確測(cè)得溫度和濕度。此外，它的數(shù)據(jù)輸出端只需與主控單元的一個(gè)I/O端口相連接，節(jié)省資源空間，進(jìn)一步提升了端口的利用率，此單總線結(jié)構(gòu)也促使數(shù)據(jù)傳輸愈加簡(jiǎn)單方便。除此之外，DHT11傳感器還有數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能，這一功能也保障了數(shù)據(jù)的精確度。綜合看來(lái)，該傳感器不失為一個(gè)理想的選擇，它的關(guān)鍵參數(shù)見(jiàn)下表3-3：表3-3DHT11工作特性性能名稱數(shù)值范圍溫度測(cè)量范圍0℃-50℃濕度測(cè)量范圍20%-90%RH溫度測(cè)量精度+1℃/-1℃濕度測(cè)量范圍+5%RH/-5%RH響應(yīng)時(shí)間<5s3.5.2濕度檢測(cè)電路濕度檢測(cè)單元的關(guān)鍵任務(wù)是能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控濕度數(shù)據(jù)，并傳送給主控單元。通曉DHT11數(shù)字傳輸傳感器的管腳說(shuō)明是設(shè)計(jì)好檢測(cè)電路的基本前提，翻查該傳感器的使用說(shuō)明書(shū)，可以找到引腳的詳盡細(xì)節(jié)如下表3-4所示。表3-4DHT11管腳說(shuō)明引腳編號(hào)名稱解釋說(shuō)明1VDD供電3-5.5VVVDC2DATA串行數(shù)據(jù)3NC懸空4GND負(fù)極，接地結(jié)合引腳說(shuō)明表，4號(hào)管腳GND管腳接地，3號(hào)管腳則懸空。2號(hào)管腳DATA連接P1.3端口，這條支路能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。特別地，由于主控芯片STC89C52的P1口的灌電流最大值是6毫安，DHT11傳感器到主控芯片的電路的電流也不能超過(guò)灌電流最大值。因此在1號(hào)管腳旁邊放置了一個(gè)5KΩ的電阻起到保護(hù)I/O端口的作用。圖3-8濕度檢測(cè)電路3.6加濕驅(qū)動(dòng)單元3.6.1繼電器選型主控單元的輸出電壓和電流較小，僅憑單片機(jī)的主控單元是不能夠驅(qū)動(dòng)其他外部設(shè)備的。驅(qū)動(dòng)外部加濕設(shè)備還需要借助繼電器，驅(qū)動(dòng)繼電器需要的電流較小，單片機(jī)輸出的電壓和電流能夠同時(shí)達(dá)到繼電器的工作電壓以及工作電流的數(shù)值范圍。繼電器所在的回路通電與否也決定了繼電器能否產(chǎn)生電磁感應(yīng)效應(yīng)，并且它通過(guò)產(chǎn)生此效應(yīng)來(lái)控制機(jī)械觸點(diǎn)的閉合。器件選型得以單片機(jī)的工作電壓和電流以及外部加濕設(shè)備的工作特性為依據(jù)，此處加濕設(shè)備為簡(jiǎn)易霧化片，功率不大，工作電壓偏低。經(jīng)過(guò)篩選后，小型中功率繼電器能夠很好的符合本系統(tǒng)的需求，比如HF49FD繼電器、SRD-05V-DC-S-LC繼電器。3.6.2加濕驅(qū)動(dòng)單元電路原理加濕驅(qū)動(dòng)單元為啟動(dòng)霧化加濕器提供強(qiáng)大動(dòng)力，啟動(dòng)條件是P3.7口向加濕驅(qū)動(dòng)電路輸入一個(gè)低電平信號(hào)。下圖3-9是加濕驅(qū)動(dòng)單元電路圖，從圖中可以看到該模塊主要由繼電器、加濕霧化設(shè)備、三極管三部分組成。下面將重點(diǎn)闡述該單元電路的設(shè)計(jì)原理，當(dāng)I/O端口向PNP2基極輸出一個(gè)低電平的信號(hào)時(shí)，PNP2導(dǎo)通，LED燈閃亮。電流通過(guò)帶有鐵芯的線圈，線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)吸附銜鐵，使得觸點(diǎn)連接到加濕霧化器件的電線。而當(dāng)I/O端口向PNP的基極輸出高電平時(shí)，PNP呈現(xiàn)截止?fàn)顟B(tài)，電流不會(huì)流經(jīng)繼電器，從而加濕霧化器件不會(huì)工作。因此，控制P3.7口的輸出信號(hào)的高低電平便能控制加濕霧化器件是否工作。圖3-9加濕驅(qū)動(dòng)電路3.7水位檢測(cè)單元3.7.1水位探測(cè)傳感器本系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景一般是小型家用產(chǎn)品。市面上成型的小型便攜式采用的智能加濕器的專用液體水位傳感器大概率都是像SOC(賽元)公司生產(chǎn)的SCW8916專用傳感器一樣安裝在容器壁內(nèi)的一定高度處，SCW8916專用傳感器的基本原理是通過(guò)水位檢測(cè)銅箔對(duì)水位的靈敏度來(lái)檢測(cè)四個(gè)通道是否有水，以此判斷是否干燒。在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，選用SCW8916會(huì)使產(chǎn)品更加美觀，同時(shí)保證了產(chǎn)品的水位檢測(cè)性能。除此之外，在教學(xué)課程模擬過(guò)程中，水位檢測(cè)器件一般用直接采用能直接放入水中的液體檢測(cè)傳感器，比如微雪電子生產(chǎn)的LiquidLevelSensor、Zisenisc（知晟）公司生產(chǎn)的無(wú)接觸管道液位傳感器。但是在應(yīng)用模擬的過(guò)程中，本單元暫時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)將SCW8916傳感器安裝在容器壁內(nèi)的技術(shù)，而LiquidLevelSensor工作電壓范圍在2.0V-5.0V，與單片機(jī)工作電壓比較契合，使用起來(lái)也不太復(fù)雜，因此選用比較適合應(yīng)用模擬的LiquidLevelSensor。圖3-10LiquidLevelSensor實(shí)物圖3.7.2水位信號(hào)傳輸電路原理本系統(tǒng)采用的液位檢測(cè)傳感器輸出的是模擬信號(hào)，將此傳感器放入水中后，它會(huì)依據(jù)液體的深度的高低改變輸出電壓值，設(shè)計(jì)水位閾值要根據(jù)具體的輸出電壓和水位高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系而定，對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)下表3-5。表3-5液位傳感器輸出電壓和水位高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系水位高度(cm)輸出電壓值(V)水位高度(cm)輸出電壓值(V)00V31.770.51.33.51.8111.5341.841.51.624.51.8621.694.81.882.51.74水位檢測(cè)單元核心作用是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位數(shù)據(jù)，并將水位信息傳送給主控單元，主控單元以此為依據(jù)判斷水位是否偏低。本設(shè)計(jì)的對(duì)象是小型家用加濕器，高度一般在20cm-25cm左右，基于此情況，防干燒的水位閾值設(shè)置在5cm左右，此水位高度對(duì)應(yīng)的電壓值在2V左右。由于液位傳感器輸出的是模擬信號(hào)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)與主控單元之間的通信，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳感器旁邊放置一個(gè)電壓比較器或者運(yùn)算放大器便能達(dá)到此效果。它們的基本原理大致相同，電壓比較器和LM339是被包含和包含的關(guān)系，LM339內(nèi)包含四個(gè)電壓放大器，電路原理圖中用運(yùn)算放大器形式替代LM339。當(dāng)液面距離容器底部5cm時(shí)，會(huì)啟動(dòng)水位液面偏低的報(bào)警模式，將液位傳感器的AOUT信號(hào)輸出端與運(yùn)算放大器的同相輸入端相連接，反向輸入端連接到兩個(gè)不同阻值的電阻之間。因水位閾值為5cm時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值為2V，因此需將反相輸入端的電位設(shè)置在2V，則將靠近電源的R7電阻的阻值規(guī)定為60KΩ，靠近地的R8電阻的阻值規(guī)定為40KΩ。液面高度越高，傳感器輸出的電壓越大，同相輸入端的電壓為傳感器輸出的電壓，根據(jù)電壓放大器的原理，當(dāng)傳感器輸出的電壓大于2V時(shí)，將產(chǎn)生高電平數(shù)字信號(hào)，當(dāng)傳感器輸出的電壓小于2V時(shí)，將產(chǎn)生低電平信號(hào)。因此，可以根據(jù)電壓放大器最后產(chǎn)生的不同電平的數(shù)字信號(hào)來(lái)判斷液面高度是否偏低。圖3-11水位檢測(cè)電路第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)KEIL(C51)軟件功能全面、使用便捷。盡管KEIL內(nèi)不包括STC系列的芯片，但是其中包括的AT89C51等系列芯片的硬件配置和接口與STC89C52大致相同，適用于51架構(gòu)的單片機(jī)的開(kāi)發(fā)。同時(shí)KEIL（C51版本）的程序開(kāi)發(fā)可以選擇C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，相較于匯編語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，語(yǔ)言不繁瑣，能夠以較高的效率達(dá)到程序模塊化的效果，這一點(diǎn)與本系統(tǒng)電路模塊化和程序模塊化的特點(diǎn)十分適配。因此，KEIL（C51）軟件是本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的完美搭檔。4.2系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)空氣智能加濕控制系統(tǒng)的主程序開(kāi)機(jī)進(jìn)行初始化操作，包括定義上文提到的硬件電路中的各模塊連接的I/O口的位變量，定義溫濕度變量，定義過(guò)程變量mode（系統(tǒng)加濕模式）等參數(shù)的初始化等。首先調(diào)用按鍵操作單元中的按鍵控制函數(shù)，通過(guò)判斷KB2按鍵的電位是否從0變?yōu)?確定是否進(jìn)行了按下并松開(kāi)KB2這一過(guò)程，若KB2電平從0變?yōu)?，則切換自動(dòng)加濕/手動(dòng)加濕的工作模式。然后判斷按下并松開(kāi)的是KB3按鍵還是KB4按鍵，若KB2按鍵中選擇的是自動(dòng)加濕的工作模式（mode==0），那么倘若按下再松的是KB3按鍵則會(huì)觸發(fā)增大閾值的功能，倘若按下再松開(kāi)的是KB4按鍵則會(huì)觸發(fā)減小閾值的功能。若KB2按鍵中選擇的是手動(dòng)加濕的工作模式（mode==1），倘若按下再松開(kāi)的是KB3按鍵則會(huì)啟動(dòng)加濕驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)啟加濕功能。倘若按下再松開(kāi)的是KB4按鍵則會(huì)關(guān)閉加濕驅(qū)動(dòng)功能。通過(guò)調(diào)用DHT11檢測(cè)到的溫濕度的數(shù)據(jù)函數(shù)，讀取溫濕度的數(shù)據(jù)的整數(shù)部分。調(diào)用顯示溫濕度的數(shù)據(jù)的函數(shù)、顯示溫濕度位置的函數(shù)，將讀取到的溫濕度的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。若按鍵選擇的是自動(dòng)加濕模式（mode==1），如果讀取到的外界濕度低于設(shè)定的濕度閾值，則會(huì)啟動(dòng)加濕驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)啟加濕功能。同時(shí)，如果檢測(cè)到P1.4口（水位檢測(cè)單元連接口）為低電平，即液面水位高度低于5cm，將會(huì)給水位報(bào)警模塊輸出一個(gè)低電平以此啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警功能，并調(diào)用顯示模塊子函數(shù)把缺水狀態(tài)（Qs）提示給用戶。如果檢測(cè)到P1.4口為高電平，將會(huì)給水位報(bào)警模塊輸出一個(gè)高電平，關(guān)閉蜂鳴器報(bào)警功能。4.3按鍵選擇模塊子程序設(shè)計(jì)按鍵選擇模塊起到控制不同的工作模式、調(diào)整濕度閾值以及控制加濕驅(qū)動(dòng)的功能，同時(shí)也滿足了用戶自主選擇系統(tǒng)工作模式的需求。上文中已經(jīng)剖析了名稱為KB2、KB3和KB4的三個(gè)按鍵的電路原理，即按下它們其中之一的一個(gè)按鍵，就會(huì)向主控單元的I/O口發(fā)送低電平信號(hào)，按鍵懸空時(shí)，則呈現(xiàn)高電位。按鍵子程序的邏輯設(shè)計(jì)也緊扣這一原理進(jìn)行，三個(gè)按鍵功能不一，此處用“if…else…”語(yǔ)句體現(xiàn)選擇按鍵這一過(guò)程。（1）KB2按鍵程序設(shè)計(jì)思路在程序的開(kāi)頭，先定義mode=0(系統(tǒng)工作模式為自動(dòng)加濕模式)倘若按下KB2按鍵，即KEB2電位為低電平，用“while(KB2==0)”語(yǔ)句表示按鍵松開(kāi)，即按下了一次按鍵，則會(huì)跳出while循環(huán)，同時(shí)切換一次工作模式。依據(jù)mode為1還是為0，調(diào)用顯示子模塊中的顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容函數(shù)，以顯示系統(tǒng)工作模式是自動(dòng)還是手動(dòng)。（2）KB3按鍵程序設(shè)計(jì)思路和KB2判斷按鍵是否按下的原理相似，滿足KB2電位為0的條件才會(huì)啟動(dòng)這個(gè)按鍵的功能，同時(shí)用while語(yǔ)句體現(xiàn)按鍵從按下松開(kāi)即按下了一次按鍵的過(guò)程。KB3按鍵程序里面還鑲嵌了“if…else…”選擇語(yǔ)句，若mode為低電平，即通過(guò)KB2按鍵選擇了自動(dòng)加濕，則KB3的主要功能變?yōu)槭謩?dòng)提高濕度閾值，按一次KB3，閾值就加一。同時(shí)，調(diào)用顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容函數(shù)，此閾值數(shù)值也會(huì)在屏幕上顯示出來(lái)。若mode為高電平，即在KB2的按鍵過(guò)程中選擇的是手動(dòng)加濕的工作模式，按一次KB3，即給P3.7口（連接加濕驅(qū)動(dòng)模塊的I/O端口）賦予一個(gè)低電平信號(hào)，啟動(dòng)加濕驅(qū)動(dòng)。（3）KB4按鍵程序設(shè)計(jì)思路KB4和KB3按鍵程序設(shè)計(jì)思路大體一致，邏輯也基本一致，啟動(dòng)按鍵程序相同，不同之處體現(xiàn)在內(nèi)部的“if…else…”選擇語(yǔ)句的條件和執(zhí)行語(yǔ)句上，若mode為低電平，則KB4的主要功能是減小濕度閾值。若mode為高電平，則給P3.7口賦予一個(gè)高電平信號(hào)，關(guān)閉加濕驅(qū)動(dòng)。4.4溫濕度檢測(cè)模塊子程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)該子程序的主要目的是能夠在主程序中直接調(diào)用溫濕度的數(shù)據(jù)函數(shù)，并且方便后續(xù)在液晶顯示屏中顯示溫濕度的數(shù)據(jù)內(nèi)容。該模塊子程序的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合奧森電子2017年生產(chǎn)的V1.3版本的DHT11的時(shí)序圖，主要設(shè)計(jì)了讀8bit數(shù)據(jù)的函數(shù)以及讀取總的溫濕度的40bit的數(shù)據(jù)的函數(shù)。圖4-1DHT11的時(shí)序圖在設(shè)計(jì)關(guān)于讀取溫濕度的數(shù)據(jù)的主函數(shù)前，需要設(shè)置一個(gè)讀8bit數(shù)據(jù)的函數(shù)。DHT11向主控單元發(fā)送40bit數(shù)據(jù)，以8bit為間隔，這40bit數(shù)據(jù)從高位到地位輸出的依次是濕度高位、濕度低位、溫度高位、溫度低位、檢驗(yàn)位[8]?；诖饲闆r，此處用for循環(huán)讀取第8位到第1位的數(shù)據(jù)。結(jié)合位數(shù)據(jù)0/1的時(shí)序圖，可以發(fā)現(xiàn)，位數(shù)據(jù)0和1的發(fā)送過(guò)程的相同之處體現(xiàn)在低電平持續(xù)時(shí)間均為54微秒，不同之處體現(xiàn)在高電平的持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。位數(shù)據(jù)0高電平的持續(xù)時(shí)間最多27微秒，而位數(shù)據(jù)1高電平的持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于27微秒，因此在位數(shù)據(jù)低電平信號(hào)結(jié)束后，可以以大于27微秒為界定時(shí)間，此過(guò)程可以用延時(shí)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。倘若經(jīng)過(guò)30微秒后檢測(cè)到是高電平信號(hào)則為數(shù)據(jù)1，反之，則為數(shù)據(jù)0，此過(guò)程用“if…else…”選擇語(yǔ)句體現(xiàn)。圖4-2位數(shù)據(jù)1、位數(shù)據(jù)0的時(shí)序讀取總的溫濕度的40bit的數(shù)據(jù)的函數(shù)主要設(shè)計(jì)思路是通過(guò)依據(jù)高電平拉高信號(hào)或者低電平拉低信號(hào)持續(xù)的時(shí)間以及相關(guān)延時(shí)來(lái)判斷以下關(guān)鍵過(guò)程：讀取起始信號(hào)，觸發(fā)DHT11低電平響應(yīng)信號(hào)、調(diào)用讀8bit數(shù)據(jù)的函數(shù)寫(xiě)入自高位到低位的5byte數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束釋放總線。該過(guò)程可以結(jié)合時(shí)序圖來(lái)體現(xiàn)。具體流程圖如下。4.5顯示模塊子程序設(shè)計(jì)顯示模塊子程序緊扣了LCD1602的內(nèi)部RAM結(jié)構(gòu)，相關(guān)指令以及讀寫(xiě)時(shí)序來(lái)設(shè)計(jì)。首先需對(duì)顯示屏進(jìn)行初始化操作，創(chuàng)建初始化函數(shù)，結(jié)合相關(guān)指令設(shè)置顯示模式（指令0x38）、關(guān)閉顯示（0x08）、顯示光標(biāo)（0x0c）、設(shè)置光標(biāo)加一（0x06）、清屏（0x01）。本模塊的關(guān)鍵功能是將DHT11檢測(cè)到的溫濕度的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，單片機(jī)的主控芯片通過(guò)P1.3口收到濕度數(shù)據(jù)后，又將數(shù)據(jù)從P0寫(xiě)入LCD1602中。對(duì)于LCD1602來(lái)說(shuō)，該過(guò)程涉及到的操作時(shí)序包括讀取狀態(tài)以及讀取數(shù)據(jù)兩條指令，需要?jiǎng)?chuàng)建有關(guān)寫(xiě)入狀態(tài)的指令函數(shù)以及有關(guān)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的指令函數(shù)，并且RW、RS、EN的高低電平和延時(shí)的具體時(shí)間需在函數(shù)內(nèi)根據(jù)指令的規(guī)定和LCD1602的時(shí)序圖進(jìn)行設(shè)置。程序設(shè)計(jì)的核心也在于確定字符在液晶顯示屏上的顯示位置以及在已確定的位置顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容。本模塊中創(chuàng)建了確定顯示數(shù)據(jù)位置的函數(shù)以及顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容的函數(shù)，在函數(shù)中，x代表數(shù)據(jù)顯示在第幾列，y代表數(shù)據(jù)顯示在第幾行。倘若數(shù)據(jù)需顯示在第一行，調(diào)用寫(xiě)入狀態(tài)函數(shù)，形參設(shè)置為0x80+x，倘若數(shù)據(jù)顯示在第二行，根據(jù)LCD1602的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的第一行和第二行的RAM地址范圍的規(guī)律，第二行的地址都比第一行大0x40，那么寫(xiě)入狀態(tài)函數(shù)的形參設(shè)置為0x40+0x80+x就能將數(shù)據(jù)的顯示位置鎖定在第二行。然后，建立顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容函數(shù)，該函數(shù)包括了確定數(shù)據(jù)顯示的位置，同時(shí)調(diào)用了關(guān)于寫(xiě)入數(shù)據(jù)的指令函數(shù)，結(jié)合指針的思想來(lái)顯示字符串。第5章仿真以及系統(tǒng)測(cè)試Proteus軟件具備對(duì)51系列單片機(jī)主控芯片以及外部器件進(jìn)行仿真的功能，具有良好的兼容性，系統(tǒng)的仿真模