家用自动加湿器控制系统设计

基于单片机的智能自调节加湿器设计摘要：在秋冬季，气候干燥，干燥的空气对人的健康有很大影响，因此空气加湿器就显得尤为重要。

该文提出一种基于单片机的智能加湿器设计。

基于51单片机，利用语音识别模块、蓝牙模块、GSM报警模块、电机等多个模块组合实现一款能能被语音及手机控制的智能自调节加湿器。

加湿器可通过语音识别或手机控制自动运行，并具有监测环境和防盗的功能。

该设计能更加方便人们生活，提高人们生活质量。

关键词：加湿器；语音识别；蓝牙通信；51单片机；循迹1.引言随着科技发展，人们生活质量极大提高，各种智能家居层出不穷，加湿器已成为较为常见的家居设备。

但是通过调查，市场上的加湿器功能较为单一，如今家居设备的发展理念之一是多元化，因此需要一种新的设计思想，改进传统设计中的单一化。

此外，市面上的大型加湿器，在家庭中使用中移动不方便，且只有加湿功能，因此市场反响冷淡。

当今半导体产业的快速发展，市面上出现大量的高性能，低成本的芯片，如stm32系列，intel系列，51系列等，此外，还有各种成本不高的传感器，可用于各个方向实现人对自然量的监测。

将传统家居设备与这些结合，设计出具有实用性，功能更丰富的产品，能极大提高人们生活。

在此背景下，基于传统加湿器，将单片机与各种传感器及移动端设备结合，采样无线通信技术，语音识别技术，设计出一款新型智能加湿器，它具有监测环境，家庭防盗，语音及手机控制，自动行进的功能。

2.原理分析本设计的研究内容包括语音控制、手机控制、防盗系统设计、小车循迹、传感器工作方式以及单片机系统的软件和硬件设计。

（1）防盗：该产品加入红外防盗模块，当人出门时，可设置为防盗模式，当有人侵入，可通过防盗系统向主人发送短信，提醒主人家中可能有盗贼。

（2）循迹：通过三个光电对管，实现准确行进到指定位置。

（3）环境监测：加湿器上的多个传感器检测环境状态，并显示在液晶屏上。

（4）语音及手机蓝牙控制：通过语音识别芯片让加湿器自动行进；通过手机控制加湿器行走。

智能加湿器的系统设计与实现作者：马铭鸿刘莹来源：《卫星电视与宽带多媒体》2020年第06期【摘要】随着科技的发展，智能化的应用设备越来越广泛，为人们创造了许多的便利。

许多人开始对加湿器注意，无论是工厂、车间、仓库、还是卧室，加湿器随处可见，并且展现着非常重要的作用。

但是生活中常见的加湿器只能实现简易的持续加湿，对湿度的调节能力差，造成过度加湿。

在日常的生活中我们要求准确有效的控制湿度。

因此，本文设计了一种准确度高、操作简单的智能加湿器。

在智能加湿器中，最关键的是湿度控制方法。

传统的湿度控制方法完全是人工的，不仅费时费力，而且效率低。

本文旨在论述一种智能湿度控制系统的设计，该系统主要由单片机STM32、温湿度传感器DHT11、液晶显示屏 LCD1602等部分组成。

采用温湿度传感器DHT11来测量湿度。

它的精确度高，而且DHT11直接是输出数字信号，可直接与单片机相连。

显示部分使用的是LCD1602来显示湿度。

【关键字】温湿度传感器;LCD1602;上位机;下位机1. 硬件部分设计空气加湿系统是能够检测空气中的湿度浓度，还具有报警功能的仪器。

该报警系统的最基本组成部分应包括：信号采集及前置放大电路、声光报警电路、单片机控制电路、字符显示电路、模数转换电路与安全保护电路等部分组成。

1.1 单片机最小系统电路设计目前，许多的智能设备应用于各种生产领域，促进了现代社会科技发展的提升。

在此过程中，由于对智能仪器的大量需求，单片机的应用也在不断增加。

这其中的原因主要是因为单片机不仅尺寸小，操控灵活简单，还具有更强的可靠性，这归功于芯片的高集成度。

对于智能仪器，不仅需要在保持高灵敏度功能更需要保证测量数据的精准性，减少仪器的大小，从而降低整个设备的体积。

1.2 温湿度采集模块设计1.2.1 温湿度传感器的选型及特点温湿度传感器主要特性：温湿度传感器，单线数字输出，低耗能，体积小，稳定性高。

测湿范围：20%～90%RH，湿度测量精度为±5.0%RH。

温湿度控制系统总体设计1.系统组成(1)传感器：负责检测环境的温度和湿度值，并将数据传输给控制器。

(2)控制器：接收来自传感器的数据，并根据设定的目标值，通过控制执行器来调整环境温湿度。

(3)执行器：负责根据控制器的指令，调整环境中的温湿度。

常用的执行器包括加热器、制冷器、加湿器和除湿器等。

(4)人机界面(HMI)：提供用户与系统进行交互的界面，用户可以通过HMI设定目标温湿度值、查看当前环境温湿度等信息。

2.总体设计原则在进行温湿度控制系统总体设计时，需要考虑以下几个原则：(1)准确性：系统应具备高精度的温湿度监测和控制能力，能够满足用户的要求。

(2)可靠性：系统应具备稳定的性能和较低的故障率，能够在长时间运行中保持良好的工作状态。

(3)灵活性：用户应能够根据实际需求设定不同的目标温湿度值，并能够实现自动调整。

(4)可扩展性：系统应具备良好的扩展性，能够方便地对系统进行升级和扩展。

3.系统工作原理(1)传感器不断监测环境的温湿度值，并将数据传输给控制器。

(2)控制器接收来自传感器的数据，并与用户设定的目标温湿度值进行比较。

(3)如果当前环境温湿度值与目标值相差过大，控制器将通过控制执行器来调整环境温湿度。

(4)执行器接收到控制器的指令后，根据指令进行相应的操作，如打开加热器、启动制冷器等。

(5)当环境温湿度值接近目标值时，控制器将停止对执行器的指令，直到下次调整需要。

4.功能设计(1)设定目标温度和湿度值：用户可通过HMI设定所需的目标温湿度值。

(2)温湿度实时监测：系统能够实时监测环境温湿度值，并将数据显示在HMI上。

(3)自动控制：系统能够根据目标值自动调整环境温湿度，保持在设定的范围内。

(4)报警功能：当环境温湿度超出设定的范围时，系统能够发出警报，提醒用户注意。

(5)数据记录和分析：系统能够记录环境温湿度的变化，并提供数据分析功能，帮助用户了解环境变化趋势。

5.硬件设计6.软件设计温湿度控制系统的软件设计主要包括控制算法的实现和人机交互界面设计。

家用加湿器造型设计摘要随着生活水平的提高，人们对生活环境的要求更加严格。

家用加湿器因具有对室内进行加湿处理，清新空气，增添健康等功能而倍受青睐。

目前，在我国的市场上存在有较多的家用加湿器品牌，造型各异，其加湿原理也不尽相同。

因此，家用加湿器具有很强的创作性。

本课题通过对市场上已有的加湿器进行调研，运用缺点列举法，统筹现有加湿器在功能、造型、材质、色彩等方面的不足之处，分析国内外加湿器在造型和功能上的区别，熟悉加湿器的工作原理及结构特点。

本课题着重于家用加湿器的造型设计，运用仿生的设计方法，将对于植物、建筑的仿生运用于加温器的设计之中，使之造型新型、独特，并具有一定的语意含义，使产品更能满足人们的心理需求。

采纳超声波震荡的工作原理，使其具有超静音、大雾量、超大容量、持久加湿等特点，同时加入舒适、护肤、加湿三种功能调节选项。

选用塑料作为本课题加湿器的材质，通过不同色彩搭配，使加湿器更能满足人们的视觉需求，从而设计出适合家用的加湿器。

关键词：加湿器，造型设计，功能，适合HOME HUMIDIFIER DESIGNABSTRACTWith the improvement of living standards, the environment that people lived is demanded more strictly. It is very popular that the household humidifier has the function of humidifying, freshing air, enhancing health. At present, there are many household humidifier brands in the market of our country with different shapes and different humidification principle. Therefore, the household humidifier has strong creativity.This topic has researched the market of existing humidifier, using of the shortcomings of the list method. Co-ordinating the existing humidifier’s deficiencies in the function, shape, material, color, analyzing the difference between the shape and function at home and abroad and being familiar with the working principle and structure characteristics of the humidifier. This topic focuses on the design of household humidifier, using bionic design method, applying the bionic plant and architecture to the design of the heater and making it novel, unique, and has a certain semantic meaning, so that products can meet the psychological needs of has the characteristics of ultra quiet, heavy fog, ultra large capacity and lasting humidification with adopting the principle of ultrasonic vibration. At the same time, there are three kinds of function adjustment options with comforting, caring skin , humidifying. The plastic is used as subject of humidifier material, through collocating different color, the humidifier can better meet the needs of people's vision, thus we can design a suitable for household humidifier.KEY WORDS: humidifier,design, function, idoneity目录前言 (1)第1章绪论 (2)§家用加湿器设计的依据与意义 (2)§家用加湿器设计的方法 (2)§设计进度规划 (2)第2章家用加湿器的市场调查与设计定位 (4)§家用加湿器的功能简介 (4)§家用加湿器的分类 (4)§家用加湿器的市场调查 (5)§功能方面 (5)§造型方面 (5)§材料方面 (6)§使用方法 (6)§国内外同类设计概述 (7)§设计定位 (8)第3章家用加湿器造型设计开展过程 (10)§设计构思及手绘 (10)§主方案分析确定 (14)§三维建模与渲染 (14)§动画展示 (18)§尺寸图与展板 (19)§实物模型制作 (23)第4章家用加湿器造型设计综合评价 (24)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)前言快速的发展引起了过度的消耗，进而我们的生活环境也被改变了。

基于GSM的无线智能加湿器控制系统设计 王铭杰;吕春晓 【摘 要】针对家用加湿器只能近距离手动控制以及不能自动控制湿度的问题,设计了一种基于GSM的无线智能加湿器控制系统.该系统以单片机为控制核心,通过GSM模块获取机主是否开启智能控制的指令,在智能控制下可根据温湿度传感器获得的湿度来决定打开或关闭加湿器.经试验,该系统可以立即执行机主发出的短信指令,并最终将室内湿度保持在设定的湿度范围内.

【期刊名称】《山西电子技术》 【年(卷),期】2016(000)003 【总页数】3页(P30-32) 【关键词】单片机;GSM;温湿度传感器;智能控制 【作 者】王铭杰;吕春晓 【作者单位】山西农业大学信息科学与工程学院,山西太谷030801;山西农业大学信息科学与工程学院,山西太谷030801

【正文语种】中 文 【中图分类】TM925.1 室内空气质量正受到人们越来越多的关注，而湿度是影响空气质量的一个重要因素。研究表明，当相对湿度处于45%RH～65%RH之间的时候，人们会感觉很舒适[1]，并且细菌、病毒在空气中的存活率相对较低[2]。如果相对湿度很低，人体上呼吸道的水分就极易散失，使人的喉咙及鼻腔感到不适，甚至引起呼吸道疾病。而如果相对湿度很高，则会使人感到胸闷、抑郁，并且不利于关节炎患者的康复。目前市场上已有各式各样的加湿器，但都需要人工进行直接控制，不能根据空气相对湿度的高低来自行决定是否开启加湿。本文所设计的系统可以自动检测空气湿度并判断是否启动加湿，另外，它还可以接收远程控制，使人们能够在到家之前远程开启智能加湿，这样当人们回到家时室内湿度便可达到最佳，同时节约了能源。 智能加湿器控制系统主要由STC89C516RD+单片机、SHT10温湿度传感器模块、键盘模块、LCD显示模块、SIM900A模块及继电器组成，系统设计方案如图1所示。 在该系统中，由SHT10测量室内的相对湿度，并将湿度值送单片机进行分析处理。单片机在收到湿度值后，首先将湿度值送入LCD显示模块，使其显示当前室内的湿度，然后接收SIM900A模块的信息以决定是否开启智能控制。如果收到的短信中要求开启智能控制，单片机就会判断当前湿度值是否处于设定的湿度范围内，低于或等于允许的最小值，如小于或等于45%RH，则使继电器导通，处于设定范围之内，如在45%RH～65%RH之间，则不改变继电器状态，高于或等于允许的最大值，如大于或等于65%RH，则使继电器断开。由于只有继电器导通时，加湿装置才可工作，否则，不工作，所以可自动使室内湿度处于最佳范围内。 2.1 单片机STC89C516RD+ STC89C516RD+是整个控制系统的核心。它有32个I/O口，可实现对各个模块的管理及数据传输，其中P3.0和P3.1是两个UART口，该口在系统中与SIM900A模块相连，以便获取短信控制指令，进而通过对短信指令的分析做出相应的操作。图2为系统控制主电路。 2.2 温湿度传感器模块SHT10 SHT10由Sensirion公司设计[3]。SHT10的温度测量精度为±0.5 ℃，重复性为±0.1 ℃，工作范围为-40 ℃～123.8 ℃，漂移小于0.04 ℃/yr。SHT10的相对湿度测量精度为±4.5%RH，重复性为±0.1%RH，测量范围为0～100%RH，漂移小于0.5%RH/yr。其中相对湿度测量精度是在温度等于25 ℃，相对湿度处于20%～80%RH之间时测得的，而室温一般不会刚好等于25 ℃，因此为防止精度降低需在软件中进行湿度补偿。 图2中SHT10的DATA引脚与P2.3连接，SCK引脚与P2.2连接，其中DATA与P2.3之间传输测量命令或数据信号，SCK与P2.2之间传输同步时钟信号。 2.3 SIM900A模块 SIM900A模块由SIMCOM公司生产[4]。它可工作在两个频段[5]，睡眠模式下功耗仅4 mW，是一种使用方便、性价比高的模块。 SIM900A模块上电后，按下与PWRKEY相连的开关KEY5并保持1秒以上便可使其开机，关机时按下KEY5并保持1秒以上即可。TXD和RXD通过电平转换电路分别与单片机的P3.0和P3.1相连。P30～P34与SIM卡接口相连，以实现二者的通信。NETLIGHT指示灯受P52输出电平的控制，可根据其闪烁情况获知当前SIM900A模块是否关机或是否成功注册到网络。 2.4 LCD显示模块 LCD显示模块选用绘晶公司的HJ1602A。HJ1602A内含专用控制器和存储器，能够显示200个不同的字符，其中有8个可以自行定义。HJ1602A与STC89C516RD+的连接简单可靠，连接方式如图2。 2.5 键盘模块 键盘模块包括模式、选择、减少和增加4个按键。按一下模式键，系统会由监测界面转为调节湿度阈值界面，再按一下则返回监测界面。选择键用来切换操作对象，即在调节湿度阈值界面中选择是对上限值进行操作还是对下限值进行操作。增加键用来增加湿度的阈值，减少键与之相反。模式键与单片机P3.2相连，以产生中断。 2.6 继电器 由于STC89C516RD+不能直接提供足够的功率使加湿装置正常工作，因此必须通过继电器才能实现对加湿装置的控制。当STC89C516RD+的P1.0输出低电平时继电器吸合，加湿指示灯点亮，加湿器被开启，反之指示灯熄灭，加湿停止。 系统程序包括温湿度程序、LCD显示程序、键盘程序、SIM900A程序和主程序。图3为主程序流程。 初始化后，调用温湿度程序以获取当前室内的温度和相对湿度，执行LCD显示程序，将当前温湿度数值予以显示。初始化时相对湿度的上限值设为65%RH，下限值设为45%RH，如果需要修改湿度阈值，可以按键盘的模式键，通过执行键盘程序来进行操作。是否允许开启智能加湿决定于加湿标志AddHum的状态，初始化时AddHum=1。若允许开启智能加湿即AddHum=1，则开始判断当前的相对湿度是否大于允许的最小相对湿度。不大于则使继电器吸合以打开加湿装置进行加湿，这样当加湿装置第二次自动打开时相对湿度才不会小于允许的最小值。大于则需判断当前相对湿度是否小于允许的最大相对湿度，若小于则不对加湿装置进行操作，否则，关闭加湿装置。 3.1 温湿度程序 测湿度时先启动传输，然后向SHT10发送测量湿度命令并检查是否被正常接收，之后等待测量完成，最后读测得的湿度数据并在之后送确认信号。测温度与测湿度的区别仅在于向SHT10所发送的命令不同，测湿度命令为0x05，测温度命令0x03，其余程序完全相同。在获得温湿度数据后需应用SHT10技术手册提供的相应公式算出温度值并对湿度进行非线性补偿和温度补偿。 3.2 LCD显示程序 先对HJ1602A进行初始化以设置其显示方式，然后判断SetMode的状态，若SetMode=0，则输出固定字符串“Temperature:”和“Humidity:”，之后输出温度值和湿度值。若SetMode=1，则输出固定字符串“lower limit:”和“upper limit:”，之后输出湿度上限数值及下限数值。另外，在输出字符时，需先给定字符的显示位置再给出字符内容。 3.3 键盘程序 键盘程序包括中断程序和设置程序两部分。中断程序的作用是修改设置标志SetMode的状态，每按一下设置键SetMode的值就变动一下，由1变为0或由0变为1。当SetMode=0时不执行设置程序，而当SetMode=1时才会执行设置程序，初始化时SetMode=0。设置程序的作用是修改相对湿度的阈值，默认先对上限值进行修改，每按一下增加键上限值加1%RH，每按一下减少键上限值减1%RH。按一下选择键则开始对下限值的修改。 3.4 SIM900A程序 SIM900A程序的作用是修改智能加湿标志的状态。在SIM900A程序中，先发送AT+CMGR=1指令读取最新的短信，然后使用strstr()函数来确定短信内容是否含ON，若含ON则使加湿标志AddHum=1，不含则判断是否含OFF，如果含OFF则使加湿标志AddHum=0，否则，AddHum的值不变，最后发送AT+CMGD=1，4将短信删除并清除SIM900A直接返回的所有数据以利于对之后的短信进行判断。 本文所设计的系统不仅可以对加湿器进行智能控制，也可以接收远程控制信息从而使人们可以对家用加湿器实现远程智能控制，与此同时也让加湿器的使用变得更加人性化。本系统并不局限于对家用加湿器的控制，也可经扩展对其它电子设备进行控制，为实现人们随时随地控制家用电器的愿望提供了基础，另外，本系统对其它远程控制系统的搭建也具有参考价值。

目录1.课题意义 (1)2.设计方案 (1)2.1 总体设计 (1)2.2 器件选型及清单 (2)2.3 系统工作原理 (2)3.硬件电路设计 (3)3.1 传感器 (3)3.2 A/D 转换器 (4)3.4 LED 显示电路 (6)3.5 按键电路 (7)3.6 报警及加湿除湿电路 (7)3.7 上位机接口 (8)3.8 抗干扰 (9)3.9 总电路原理图及子程序电路图 (10)3.9.1 系统电路框图 (10)3.9.2 总电路原理图 (10)3.9.3 湿度采集电路部分 (11)3.9.4 A/D 转换器与单片机连接部分 (11)3.9.5 单片机最小系统部分 (11)4. 软件设计 (13)4.1 系统软件流程图 (13)4.2 系统各子程序 (14)4.2.1 数据采集部分 (14)4.2.2 键盘部分 (15)4.2.3 报警及加湿除湿部分 (16)5. 心得体会 (17)6. 参考文献 (17)1.课题意义随着科学技术的不断发展，尤其是传感器技术的显著进步，在生产生活的许多领域都需要对环境湿度进行测量及控制。

并且随着人们生活水平的提高，人们对居住环境有了更高的要求，在家居环境中如果湿度过大，极易导致衣物受潮发霉，也会导致电器精密程度受损；对人来说，人的生存环境的湿度以50%—70%为宜，冬季最好不低于40%，夏季最好不大于80%。

相反，环境太过干燥人更容易感到不适，所以随着人们越来越注重生活品质，在家居环境湿度的控制是十分重要的。

然而，在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。

为此，我们需要使用专门测量湿度的传感器对湿度进行测量。

众所周知，空气是多种气体的混合物，其主要成分是氧气、氮气、二氧化碳以及总数不到1%的稀有气体。

此外，空气中还有一种重要的、数量上经常变化的成分——水汽。

通常空气中水汽的含量用湿度来表示。

空气湿度与人类关系密切，人们的日常生活和生产活动以及动植物的生存都与周围环境的湿度信息息息相关。