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多功能加濕器控制系統的設計與實現樊亞玲1楊宏亮2
2017年10月18日 14:56 中國干燥設備網
[br]  濕度與生產、生活、科研以及植物的生長等有密切的關系。夏季制冷時,人們生活在相對濕度為4080較為舒適,冬季采暖時,相對濕度在3060為宜;在紡織行業濕度低于40則易斷紗;煙草行業濕度高于70則易霉變;當濕度低于30時,極易產生靜電,對電子行業極為不利。隨之濕度檢測及控制系統成為加濕器設計的核心部分,隨著現代空調技術的發展,空氣濕度調節技術和各類加濕、除濕設備也得到發展?,F代人對居室空氣環境的要求不再滿足于溫度調節,開始追求濕度、潔凈度等可以改善人體舒適感的體驗。以后的加濕器會根據使用目的和條件,自動調節相對濕度,并將濕度控制在定范圍之內。而且濕度傳感器發展一方面是濕敏元件及制造工藝創新;另一方面是向集成化、智能化、微型化、網絡化及多參數檢測方向發展,為開發新一代濕度測控系統創造了有利條件,也將濕度測量技術提高到新的水平。[br]  本設計利用AT89C52作為微處理器與數據存儲器單元,結合外圍的濕度顯示模塊、溫度數據采集模塊、鍵盤設定模塊等電路模塊,采用C語言編程,編譯環境為主程序流程KeilC51,設計出一套多功能加濕器控制系統,經過對系統進行仿真及測試,此系統可實現自動加濕與報警等功能,其結構簡單、思路清晰、性價比高。[br]  2多功能加濕器的設計方案2.1設計要求多功能加濕器可以根據室內的溫度來自動調節濕度,當空氣中的水氣量一定時,提高溫度,濕度則會降低。設計的多功能加濕器可滿足以下要求:境的相對濕度值低于設定值時,系統將自動加濕;當環境的相對濕度值高于設定值時,聲光報警器發出報警信號。[br]  用戶可以根據所在環境自行設置濕度限值,采集的相對濕度值、溫度值和濕度限值,都可以在液晶顯示屏上顯示。[br]  有高中低水位開關,在沒有水的情況下,則LED亮,提示用戶加水,以防止干燒。[br]  2.2總體結構設計本次設計由DS18B20溫度傳感器、AT89C52單片、水位傳感器、1602LCD液晶顯示屏、聲光報警器、以及光電耦合開關等部分組成。多功能加濕器的工作如所示,其電路設計部分包括電源電路、蜂鳴器電路、晶振電路、復位電路、LCD顯示電路以及溫度傳感器電路。加濕器包括顯示模塊、加濕模塊、報警模塊。[br]  多功能加濕器工作2.3基本原理此設計的分信號主要由主控芯片AT89C52單片機輸出的控制信號和2個溫度傳感器的采集信號組成。首先由AT89C52單片機向溫度傳感器發出讀信號,使得溫度傳感器做出響應,AT89C52單片機等到DS18B20溫度傳感器采集到室內環境的溫度值,并將這些模擬量轉換為數字量后開始讀取溫度值,并對傳輸的信號做以處理使之達到用戶設置的相對濕度值,后通過1602LCD液晶顯示屏顯示室內環境的相對濕度值。另外,本次設計還有聲光報警系統、光電耦合開關的控制信號。[br]  整個硬件電路采用Protei畫出,在KeilC51編譯環境下編寫程序,并利用Proteus軟件對系統進行仿真分析,編輯過程可使用軟件仿真進行觀察,并對其進行調試。在程序編輯完成之后使用硬件仿真,終用燒錄器將程序寫入單片機進行實測。[br]  中國科技核心期刊3硬件電路設計3.1單片機小系統設計系統中采用AT89C52單片機,其CPU由控制器和運算器組成,主要進行運算及指令識別。存儲器為8K可擦寫閃存,工作電源為+5V.其內部有振蕩器的反相放大器,石英晶體和陶瓷諧振器共同構成自激振蕩器。引腳簡單可靠,功能強大,使用方便,并具有低功耗空閑和掉電模式。[br]  3.2溫度采集方式的選擇選用新數字溫度傳感器DS18B20進行溫度采集,溫度傳感器DS18B20具有線接口,使用簡單方便,在實際使用中無需外部元件,直接利用數據總線供電,測量溫度范圍較大。因此,使用范圍較廣,用途較大。[br]  3.3顯示方式的選擇采用工業字符型液晶LCD1602,可分兩行顯示32個字符,采用標準16腳接口,通用性強,使用過程方便。工作電源為+5V,對比度可調,內含復位電路,并且提供多種控制命令,指令碼簡單,易于操作,輕巧方便,因此,LCD1602可以作為合理的數據顯示方式。[br]  4程序設計4.1顯示方式的選擇本次設計采用C語言進行編譯,通過軟件主要實現以下功能:通過LCD顯示溫濕度值及水位;比較監測溫度發現超過上值時,啟動聲光報警,超過下值時,啟動加濕器進行加濕;根據相對濕度值控制加濕器的開關。[br]  根據監控系統功能要求,系統軟件流程圖設計如所示。[br]  國外電子測量技術設計主程序://顯示/設定溫度//溫度加//溫度減//蜂鳴器2DS18B20流程設計多功能加濕器系統共有2個DS18B20溫度傳感器,每個溫度傳感器的流程圖設計如所示。[br]  DS18B20模塊程序流程untemp1;//定義整型的溫度數據uinttemp2;//定義整型的溫度數據floatftemp2;//定義浮點型的溫度數據4.3 1602字符型LCD流程設計//液晶數據接口//Lcd1602液晶子函數光標針加1清0 5仿真與調試設計是屬于多功能加濕器,其采用以AT89C52單片機作為控制核心。軟件調試利用開發資源來調試用戶系統中單片機及其外圍電路模塊要實現的加濕功能,在?34?國外電子測量技術KeilC51編譯環境下用C語言進行編程,通過編程器將程序下載到單片機中進行調試。編程過程中利用軟件仿真調試系統,當軟件仿真通過則利用該仿真器仿真,并按順序檢查錯誤進行修改,終將程序的HEX文件加載進入單片機進行實測。設定相對濕度上限和下限后,相對濕度及溫度顯示在LCD1602液晶屏上,系統仿真如所示。[br]  系統仿真在中,相對濕度在設定值范圍(4065)內時,且不缺水的狀態下,兩側報警燈不亮,LCD1602顯示器實時顯示出該處的空氣相對濕度為42.0,此時溫度為38.0°C.當加濕器系統檢測的實時相對濕度小于40時,自動加濕空氣。同時,水箱若處于缺水狀態時,右邊報警燈發亮,應該給水箱加水,防止水箱干燒。當加濕器系統檢測的實時相對濕度大于65時,出現報警,左邊報警器發亮。[br]  此控制系統舒適性要求,可以設定相對濕度,當環境的相對濕度值低于設定值下限時,系統將自動加濕,當環境的相對濕度值高于設定值上限時,聲光報警器發出報警信號。同時,采集的相對濕度值可以在液晶顯示屏上顯示。[br]  另外,在缺水時,則LED亮,提示用戶加水,以防止干燒。[br]  6試驗測試系統在一室內進行相對濕度(RH)檢測,共選擇6個不同的測試點進行,室內溫度為20C左右,在相同點利用瑞士Rttonic濕度測量儀測得真實值,檢測的數據如表1所示。[br]  中國科技核心期刊國外電子測量技術表1相對濕度測試數據測試點系統測量值真實值相對誤差表1給出了利用本設計系統和瑞士Rotronic濕度測量儀在同一測試點測得的數據,可以看出,利用本方法設計的相對濕度檢測系統誤差小于2.5,此設計可以實現實時檢測空氣相對濕度的要求。該系統檢測精度高,成本低廉、高效節能、易于操作、輕巧方便,是可靠的加濕控制系統。[br]  7結論設計利用AT89C52作為微處理器與數據存儲器單元,選用合理的溫度傳感器,將采集的室內環境溫度值傳送到微處理器,并按比例轉化為相應的濕度值,通過LCD1602把相應濕度值顯示出來,根據濕度設定值的大小控制加濕器通斷,同時,水位傳感器對水箱水位可以進行實時檢測,并采用C語言編程,設計出一套多功能加濕器控制系統。[br]  仿真及測試結果表明,此系統誤差小、精度高、結構簡單、性價比高,可方便地實現自動加濕與報警等功能。[br]
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