湿度控制系统设计

湿度控制系统设计-1-湿度控制系统设计摘要：随着现代工农业技术的发展，空气的湿度在各个方面的应用也越加广泛，且对空气湿度的要求也越来越高了。本系统以STC89C52单片机为核心处理器，采用了DHT11湿敏电容数字式温湿度传感器在某特定环境下的湿度进行收集，将采集的数据传入单片机中进行处理，然后通过LED数码管令采集到的湿度值进行显示，接着将所测量值与设置的湿度范围进行对比，当所测得的环境湿度低于所设定的湿度范围的下限值时，驱动加湿器将会进行加湿；如果所测得的环境湿度高于设定的湿度的范围的上限值，驱动电吹风进行工作使环境的湿度下降，以减少所在环境的湿度。1前言湿度是表示空气潮湿程度的物理量，它主要是指设施内空气的相对湿度。在一定的温度下在一定体积的空气里所含有的水汽越少，则空气越干燥；相反，水汽越多，则空气越潮湿。人类的生产、生活等各种活动与湿度有着密切的关系，同时也是工业生产时最基本最常见的工艺指数。随着社会的不断发展，人们对自己的生存环境也越发关注，而且人体的舒适度和情绪都与空气中温湿度有直接的关系。现如今，湿度控制系统的种类有很多种，而且它的实现方式有很多样：可采取PLC、基于单片机和Labview语言等多种实现方式去体现它的功能。通过Labview语言和基于PLC来实现功能的方式虽然存在很多的优势。但基于我现在所了解的专业知识及对单片机的广泛认知度，采用单片机系统来设计湿度控制系统更方便此设计。2硬件系统设计此系统的硬件部分主要将由键盘控制、数字湿度采集模块、报警电路、控制模块、LED数码管显示电路等几大模块组成。系统通过数字湿度传感器来采集特定环境下的湿度，并将所采集的数据送入单片机中，将测量值与设置的湿度范围进行对比以此来控制环境的湿度。如图2-1所示。湿度控制系统设计-2-图2-1系统结构图2.2单片机STC89C52简介本设计系统所选的是STC89C52单片机。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。STC89C52单片机引脚图如图2-2所示。图2-2引脚图湿度控制系统设计-3-图2-3单片机电路模块2.3湿度采集模块该系统设计要求湿度测量范围在30~80%RH之间，测湿精度在±5％RH，DHT11温湿度传感器,它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4湿度控制系统设计-4-针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。2.3.3湿度测量电路图2-4DHT11与单片机连接原理图DHT11的供电电压为3-5.5VDC，DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间5ms左右,具体格式在下面说明,当前数据传输为40bit,高位先出。由原理图可得，湿度测量电路主要由温湿度传感器DHT11组成，如图2-5所示。123J2CON3VCCGNDR54K7DATA图2-5湿度采集电路模块2.4电源模块该模块主要通过两个10uf的电容及两个104的二极管构成的。湿度控制系统设计-5-C6104VCCC710UFC410UFC5104图2-6电源模块电路2.5键盘及LED显示图2-7显示模块电路图2.5.2键盘模块键盘电路采用独立式按键接口设计，一共设置了3个按键，按键的作用分别是加、减、设置选项。除此之外，在复位电路中，还有一个复位键。键盘电路如图2-8所示。湿度控制系统设计-6-S2S3S4GNDZFKEYJIAKEYJIANKEY图2-8键盘模块电路图2.6报警电路模块B1BEEPQ4PNP1GNDVCCR44K7BEEP图2-9报警电路原理图2.7湿度控制模块在本设计中，湿度控制模块和湿度检测模块一样，是较为关键及重要的一个环节。首先要完成单片机接收STC89C52检测到由特定环境下湿度转换而来的数字信号。接着在中断响应中，单片机要完成数据收集、数字滤波、判断是否越限、标度转换处理、继续显示当前湿度、与设定值进行对比、输出控制信号等一些功能，该模块主要实现加湿及除湿设备的控制。控制模块根据所测湿度的大小来控制所测环境的湿度。本设计采用两个装置来控制湿度，一个是超声波加湿器另一个是电机小风扇。一部分就是增加湿度的蒸汽机，也就是用来增加空气湿度的加湿设备；另一部分就是降低湿度的的吹风机，也就是用来减小空气中的湿度含量，这两个方面合起来共同实现空气湿度的自动调节。2.7.1去湿模块当所测湿度高于设定的湿度范围的上限时，单片机就发出指令使电吹风驱动，然后使环境的湿度降低。在本设计中，湿度的的调节还可以进行手动调节。当你按下JIAKEY键时，电机会加速运转；相反的，当你按下JIANKEY键时，电机则会湿度控制系统设计-7-减速运行；当你按下ZFKEY键时，电机将停止运行而不管湿度检测信号。并且在此过程中，湿度检测电路还会不断的将湿度信号送入处理器中。同时当前湿度值会通过数码管显示出来，但此时湿度检测信号不会改变吹风机的工作，直到满足湿度在要求范围内的时候。如图2-11所示为去湿电路模块，主要采用了一个驱动芯片L298。其引脚排列如图2-10中所示。图2-10L298引脚图2.7.2加湿模块当所测环境的湿度低于设定的湿度范围下限值时，单片机就会发出一条指令信号，驱动超声波加湿器开始加湿。采用的是G5V-1继电器。如电路图2-12所示。图2-11加湿模块电路图3软件设计湿度控制系统设计-8-系统的软件主要是采用C语言，对单片机进行编程实现各项功能。主程序对模块进行初始化，然后调用温度、处理温度、显示、键盘等模块。3.1主程序流程设计图3-1主程序流程图图3-1为该电路流程图，X为STC89C52所采集到的湿度值，Y为控制的定值，即50%RH。3.2DHT11的信号发送用户主机（MCU）发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，幵触发一次信采集。信号发送如图所示。图3-2发送信号图湿度控制系统设计-9-4、结束语通过自行设计的硬件部分，可以根据实际需要改变温湿度设定指数，其中单片机主要用来完成数据的采集，传感器通过A/D转换将数据传给单片机，然后微机通过串行异步通信与单片机相连，对单片机所采集的数据进行处理、分析并发出控制信号。由于缺乏实验设备，关于硬件部分只进行了设计。附录1：总体设计原理图附录2：总体设计PCB图湿度控制系统设计-10-