智能加濕器設(shè)計

1、    智能加濕器設(shè)計    葛亞齊 劉建粉摘 要基于智能家居理念，設(shè)計了一款基于stc89c52單片機的智能加濕器。智能加濕器有兩種模式，自動模式下通過傳感器采集周圍溫濕度數(shù)據(jù)并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的濕度閾值自動調(diào)節(jié)工作狀態(tài);手動模式下通過手機app查看溫濕度信息并遠(yuǎn)程控制加濕器工作狀態(tài)。該加濕器具備濕度閾值設(shè)置、自調(diào)節(jié)噴霧大小、防干燒、自啟停及實時顯示溫濕度等功能，使用便利，能提高人們的生活舒適度。關(guān)鍵詞智能加濕器;單片機;傳感器;wifi;android： tm925.1;tp368.1;tp212        

2、   ： adoi：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.15.0350 引言隨著人們生活水平的不斷提高，人們對室內(nèi)環(huán)境舒適度的要求也提出了更高要求，良好的室內(nèi)環(huán)境不僅有助人體健康，同時也能給工作生活帶來愉快的心情1。加濕器的使用可以有效改變空氣濕度，給人們提供舒適的環(huán)境。參考市面的加濕器，并對其進行升級改造。利用dht11采集溫濕度并通過lcd1602顯示，設(shè)置按鍵來控制環(huán)境濕度閾值并實現(xiàn)智能加濕，手機app通過esp8266wifi可以查看溫濕度信息并控制加濕器的運行和停止，防干燒功能使系統(tǒng)更安全可靠。1 工作原理根據(jù)用戶需求分析，設(shè)計的智能加濕

3、器應(yīng)滿足以下要求：采集周圍環(huán)境的溫濕度并實時顯示;按鍵設(shè)置濕度閾值，在閾值范圍內(nèi)實現(xiàn)自動加濕或停止;通過開發(fā)的手機app可以查看溫濕度，并可控制加濕器的工作或停止;當(dāng)加濕器即將發(fā)生干燒時，加濕器停止工作。為實現(xiàn)上述要求。本次選用搭載了stc89c52芯片的bst-m51開發(fā)板，dht11作為溫濕度采集模塊，lcd1602液晶屏為顯示模塊，按鍵為設(shè)置模塊，選用1路5v繼電器作為驅(qū)動模塊，esp8266-01s作用手機與單片機之間的通信模塊。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。在系統(tǒng)流程中可以看出，android  app終端和stc主控芯片作為客戶端，依靠wifi模塊服務(wù)端進行互相通信。stc主控芯片

4、檢測溫濕度發(fā)送給app顯示;app發(fā)送數(shù)據(jù)控制繼電器開關(guān);stc單片機控制lcd顯示溫濕度并通過按鍵掃描控制繼電器工作。2 硬件設(shè)計2.1 stc89c52主控芯片stc89c52芯片包含中央處理器（cpu）、程序存儲器（flash）、數(shù)據(jù)存儲器（sram），定時/計數(shù)器、uart串口、i/o接口、eeprom 、看門狗等模塊，是一款功能強大的系統(tǒng)芯片2。stc 89c52芯片采用5v供電，在xtal1和xtal2引腳兩端跨接頻率為11.0592mhz的晶振作為時鐘電路。為了使本次設(shè)計占用空間小且集成程度高，故本系統(tǒng)選擇了搭載stc89c52芯片的bst-m51主板，該主板集成了按鍵、燈光、通

5、信接口、lcd顯示屏接口以及多種電壓的接口，模塊定義io口即可使用。p3.0和p3.1作為通信接口連接esp8266wifi。p1作為led燈的io口，p2.2連接dht11傳感器，p2.1連接繼電器模塊。2.2 溫濕度采集模塊環(huán)境溫濕度采集使用dht11溫濕度傳感器。這是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，可以同時采集溫度和濕度。讀出溫濕度數(shù)據(jù)在進行校驗后可以進行使用，具有精度高、可靠性高的特點。使用時將data口接入單片機，5v供電即可。2.3 顯示模塊溫濕度信息顯示采用液晶屏lcd1602實現(xiàn)。lcd1602是一款藍(lán)屏、帶背光白字體的顯示屏，是專門用來顯示字母

6、、數(shù)字元、符號等的點陣型液晶顯示模塊。采用標(biāo)準(zhǔn)的16位引腳，通過rs、r/w和e端的電平控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀操作和寫操作。2.4 繼電器控制模塊本次采用1路5v繼電器控制電路通斷，繼電器最大的特點是可以通過很小的電流來控制大電流的通斷，一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成。輸入端有dc+、dc-和in三個接口，輸出端有no、com、nc三個接口。由于單片機io口電流很小，所以選擇低電平觸發(fā)方式，輸入端用單片機來控制，輸出端用來控制加濕器。2.5 wifi通信模塊本系統(tǒng)通信模塊為esp8266-01swifi模塊。該模塊共有8個引腳，3種工作模式，分別是ap模式、station模式以及混合模式。w

7、ifi模塊包含基礎(chǔ)網(wǎng)（infra）和自組網(wǎng)（adhoc）兩種類型的拓?fù)?。本次設(shè)計主要使用ap模式。ap 是一個無線網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建者，是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點。將wifi模塊作為服務(wù)器，單片機和手機作為客戶端，連接wifi模塊進行相互通信。wifi通信屬于串口通信，所以直接將esp8266與單片機直連，vcc連接3.3v電源接口，gnd與單片機共地，tx-rx，rx-tx，ch-po置高，連接3.3v電源。通過單片機向芯片寫入at命令進行wifi配置，然后開啟系統(tǒng)中斷，接收wifi模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)進行分析處理，判斷數(shù)據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的操作。3 軟件實現(xiàn)3.1 溫濕度采集實現(xiàn)溫濕度的采集分為3個步驟。第一步：主

8、機先發(fā)送開始信號，等待1s的延時后，從機會返回一個相應(yīng)信號進行應(yīng)答。第二步：主機信號線拉高準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。第三部：開始接收數(shù)據(jù)（一次接收40位）。最后，主機信號拉低讀取結(jié)束，開始校驗數(shù)據(jù)。在接收的40位數(shù)據(jù)中，前16位與濕度相關(guān)，中間16位與溫度相關(guān)，最后8位是校驗位，只有校驗成功后才能得到準(zhǔn)確的數(shù)值。校驗成功把接收到的溫濕度數(shù)據(jù)按位拆分，方便顯示和發(fā)送。3.2 溫濕度及閾值顯示當(dāng)溫濕度讀取成功后，將數(shù)據(jù)顯示在lcd1602上。經(jīng)過測試，lcd1602每一行最多可顯示16個字符，最多顯示兩行。于是我們將lcd的顯示操作專門寫為函數(shù)，按照數(shù)組的方式按位寫入顯示屏上。例如顯示濕度值在第一行直接調(diào)用l

9、cd1602_ char（1，7，dat_r0）;lcd1602_char（1，8，dat_r1）;dat_r0和dat_r1分別為濕度的十位與個位，方便使用和查看。3.3 智能加濕實現(xiàn)智能加濕功能是通過dht11采集的濕度與按鍵設(shè)置的濕度閾值來對比。初始化閾值為68，按下按鍵k2閾值加1，按下按鍵k3閾值減1。當(dāng)室內(nèi)濕度低于閾值時繼電器控制加濕器工作，濕度高于濕度閾值加濕器停止工作。將功能函數(shù)放入主函數(shù)循環(huán)中可以實現(xiàn)智能加濕。3.4 wifi通信實現(xiàn)本次wifi使用的ap模式，在使用之前要進行一系列at指令配置以符合單片機使用要求。wifi通信屬于串口通信，通信中數(shù)據(jù)的收發(fā)都是通過中斷的方式

10、來實現(xiàn)的。在串口初始化后，單片機通過系統(tǒng)中斷一位一位接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，將接受的消息全部存入數(shù)組recive_table中，經(jīng)過對wifi模塊的調(diào)試發(fā)現(xiàn)，wifi發(fā)送信息的格式為+ipd，x，y：+所發(fā)數(shù)據(jù)，即數(shù)組第10位也就是recive_table9為客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)recive_ table9數(shù)據(jù)為0時繼電器低電平被觸發(fā)，recive_table9數(shù)據(jù)為1時繼電器高電平關(guān)閉。3.5 android終端實現(xiàn)android終端主要任務(wù)是與單片機進行通信。當(dāng)兩個網(wǎng)絡(luò)程序需要通信時，它們可以通過使用socket類建立套接字連接。在客戶端使用socket類建立指定服務(wù)器ip和端口號連接的套接字，構(gòu)造

11、方法為socket（host_ip，port）。由于socket對象可能發(fā)生ioexception異常，因此在建立socket對象時要使用try-catch結(jié)構(gòu)處理異常4。socket對象建立完成后發(fā)送數(shù)據(jù)控制加濕器，接收單片機發(fā)來的溫濕度數(shù)據(jù)。其中按鍵監(jiān)聽和彈窗顯示是在主線程中完成，建立socket連接和收發(fā)數(shù)據(jù)都是在子線程中完成。android的發(fā)送數(shù)據(jù)是使用socket中的getoutputstream方法，通過wifi分配的ip和端口建立socket連接，客戶端的socket對象上的getoutputstream方法得到的輸出流，其實就是發(fā)送給服務(wù)器端的數(shù)據(jù)。新建一個打印輸出流，使用p

12、rint（數(shù)據(jù)）和flush（）方法將數(shù)據(jù)發(fā)到服務(wù)端。android的接收溫濕度是使用socket中的getinputstream方法，和getoutputstream類似，使用getinputstream方法得到輸入流其實就是從服務(wù)器端（esp8266）發(fā)回的溫濕度數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)讀出來使用控件textview的settext（）方法顯示溫濕度。具體流程如圖2所示。4 結(jié)論智能加濕器以stc89c52單片機作為主控芯片，通過傳感器和控制算法，顯示環(huán)境溫濕度并可以根據(jù)濕度自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)智能加濕。android開發(fā)的app終端可以通過esp8266wifi模塊和單片機雙向通信，既可以控制加濕器開關(guān)也可以接收環(huán)境溫濕度，滿足人們生活方便舒適需要。參考文獻1袁萌，王彥