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引言
在當(dāng)下經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)不斷進(jìn)步，人類不斷進(jìn)化的今時(shí)今日，人們對(duì)生活品質(zhì) 的要求也隨之發(fā)生變化。而空氣質(zhì)量對(duì)人們生活的影響越來越深，濕度作為影響空氣質(zhì) 量的重要指標(biāo)之一，對(duì)人們的生活有重要的影響，如若不注意可能會(huì)引發(fā)皮膚病和免疫 力下降以及流失水分加速衰老等一系列問題。因此，有效的潔凈加濕已經(jīng)成為人們生活 當(dāng)中重要的要求。
選用單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的智能加濕控制器系統(tǒng)，是因?yàn)閱纹?機(jī)應(yīng)用在檢測(cè)、控制領(lǐng)域中，成本較低，可靠性較好、適應(yīng)范圍較廣，且具有高精度的 檢測(cè)及顯示，更重要的是單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。如此設(shè) 計(jì)出一個(gè)以單片機(jī)為核心的智能加濕控制器系統(tǒng)，以單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制部分， 能構(gòu)造出一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善的電路，設(shè)計(jì)出能滿足人體健康舒適度的基本要求的 系統(tǒng)，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。
研究發(fā)現(xiàn)，雖然市面上的加濕器應(yīng)用范圍廣泛，但大多數(shù)加濕器的工作狀態(tài)都是依 靠人們手動(dòng)調(diào)節(jié)的，有些還未能達(dá)到對(duì)空氣中溫濕度的精確檢測(cè)，畢竟人力有限，不可 能做到面面俱到，所以加濕器在應(yīng)用領(lǐng)域中難免出現(xiàn)意料之外的問題。既不能過度干燥， 也不能過度加濕，像一柄雙刃劍，因?yàn)橛幸恍┥矬w適應(yīng)一定程度的濕度環(huán)境，一些木 質(zhì)產(chǎn)品需要保證一定的干燥程度才不會(huì)腐爛，合理應(yīng)用加濕器的功能它才能有所作為。
因此，智能控制加濕系統(tǒng)的出現(xiàn)就決定了加濕器未來可觀的發(fā)展方向。 國(guó)內(nèi)加濕器雖然研究得較晚，產(chǎn)品占比人均比不上國(guó)外，但在研發(fā)加濕器的種類和 技術(shù)上已經(jīng)不落后于任何國(guó)外產(chǎn)品，在較為干燥的地域的人們非常歡迎加濕器的到來， 這也大大的激勵(lì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)對(duì)其的研究。
如今，伴隨著國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)，在一定程度的科學(xué)技術(shù)加持下，研究成功的加濕器 已經(jīng)深入人們的生活當(dāng)中，為人們的健康提供保障，設(shè)計(jì)智能加濕控制器系統(tǒng)為人類服 務(wù)也是順應(yīng)趨勢(shì)。加濕器本就是國(guó)內(nèi)外發(fā)展前景較好的一個(gè)產(chǎn)品，提升空間很大，適用 范圍很廣，古往今來給予人們的幫助不在少數(shù)。持續(xù)研究之后，加濕器必定會(huì)成為改變 人類生活的一個(gè)重要的家用電器。
- 系統(tǒng)概述
1.1本課題的目的及研究意義
日常生活中，合適的相對(duì)濕度會(huì)使人感覺非常舒適,對(duì)于維護(hù)人體的健康、提高工作效率、提升生活質(zhì)量，都有重要的影響。本畢設(shè)要求廣泛查閱和收集資料，綜合運(yùn)用所學(xué)的模擬電子技術(shù)、數(shù)字邏輯電路、C語言、單片機(jī)原理及應(yīng)用、傳感器等專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)智能加濕控制器系統(tǒng)，要求對(duì)室內(nèi)濕度進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)事先設(shè)定的濕度值控制加濕器工作，當(dāng)室內(nèi)濕度太大時(shí)給出警示。
課題的具體任務(wù)可概括為：要求用DXP或Protel設(shè)計(jì)硬件原理圖和制板圖；制作硬件電路板、編寫相關(guān)程序進(jìn)行調(diào)試；演示預(yù)期要求的功能；完成論文。
1.2 任務(wù)要求
課題要求設(shè)計(jì)并制作的智能加濕控制器系統(tǒng)，包括硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件的編寫。要求達(dá)到的性能指標(biāo)如下：
1、利用單片機(jī)和濕度傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)；
2、選取合適的液晶顯示屏，對(duì)測(cè)得的室內(nèi)濕度進(jìn)行顯示；
3、當(dāng)濕度低于人體健康舒適度時(shí)，啟動(dòng)加濕器工作，當(dāng)高于時(shí)，停止工作；
4、滿足人體健康舒適度的濕度可以設(shè)置；
5、當(dāng)室內(nèi)濕度太大時(shí)給出警示。
1.3 主要研究?jī)?nèi)容
本課題的主要研究?jī)?nèi)容是按照要求設(shè)計(jì)電路，制作硬件電路板和編寫軟件程序，實(shí)現(xiàn)一個(gè)以單片機(jī)為控制核心的智能加濕器。課題完成的主要內(nèi)容：
- 學(xué)習(xí)并掌握超聲波測(cè)距原理；
- 熟悉掌握單片機(jī)、C語音、傳感器等相關(guān)知識(shí)；
- 通過溫濕度傳感器進(jìn)行距離測(cè)量并在LCD顯示屏上顯示相關(guān)參數(shù)；
2? 設(shè)計(jì)方案及元器件介紹
2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
2.1.1主控模塊選擇
方案（一）：
選用80C51作為系統(tǒng)的主控芯片,80C51也是MCS-51系列一種單片機(jī),有2個(gè)外部中斷,2個(gè)定時(shí)器中斷,兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器,四個(gè)8位并行輸入口。51單片機(jī)如今也是我國(guó)目前使用得比較多的一款單片機(jī),也是一種最基礎(chǔ)的單片機(jī)。我們學(xué)習(xí)用的教材上也是選用51單片機(jī)作為講解。盡管51單片機(jī)也在不停的提升其功能,但是在數(shù)字信號(hào)處理（DSP）能力方面比較弱,并且還需要進(jìn)一步改善處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的能力,同時(shí)51單片機(jī)集成化的程度也不高。
方案(二):
選用STC89C52作為系統(tǒng)的主控制芯片。STC89C52是一種低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器。閃存有8KB和512字節(jié)的RAM。3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和4個(gè)外部中斷、32個(gè)通用I/O端口、存儲(chǔ)空間極大，且存儲(chǔ)速度快。STC89C52在以MCS-51為核心的基礎(chǔ)上做了大量的改善后使得其具備了更加豐富的的功能。
針對(duì)兩種主控芯片的比較，STC89C52涵蓋了80C51的功能并且兩者是相互兼容的，閃存和RAM都比后者要大，還多了一個(gè)定時(shí)器，也增加了中斷源。80C51也早已停止生產(chǎn)，而STC89C52較為容易買到，為此選用了方案二，把STC89C52作為主要控制的芯片。
2.1.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.2 主要器件介紹
2.2.2LCD1602液晶顯示
在考慮了多種顯示器件之后，打算使用LCD1602進(jìn)行系統(tǒng)功能信息的顯示，價(jià)格比較實(shí)惠也容易買得到?？梢燥@示兩行信息，每行可顯示16個(gè)字符，但不能很好的顯示圖形和漢字。系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要顯示的內(nèi)容能用英文字母和數(shù)字進(jìn)行表示，能滿足設(shè)計(jì)要求，因此使用LCD1602足矣?，F(xiàn)在通常使用有16 x 1、16 x 2、20 x 2和40 x 2等模塊。1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖2-4如下。
圖2-4 LCD1602實(shí)物圖
2.2.3STC89C52RC單片機(jī)
STC89C52RC是宏晶科技有限公司生產(chǎn)的低功耗、高性能8位CMOS微控制器，內(nèi)置8KB可編程閃存。STC89C52RC采用傳統(tǒng)的MCS-51核心，但是進(jìn)行了許多改進(jìn)，使得其具有傳統(tǒng)51微控制器所沒有的功能。單片機(jī)包括8位智能處理器和系統(tǒng)內(nèi)的可編程閃存，STC89C52RC為多個(gè)控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活高效的解決方案。STC89C52RC具有可以降低到0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并且支持兩種可編程節(jié)能模式。在待機(jī)狀態(tài)下，即使CPU不工作，RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行端口和中斷也可以繼續(xù)操作。在電源切斷保護(hù)模式中，存儲(chǔ)RAM的內(nèi)容，凍結(jié)振蕩器，在下一次中斷或硬件復(fù)位之前停止微控制器的所有操作。最大工作頻率為35MHz，可從6T/12T中選擇。其引腳圖如圖2-5所示。
圖2-5 STC89C52RC引腳圖
3? 硬件設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)各部分電路設(shè)計(jì)
3.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路
單片機(jī)最小系統(tǒng)，也稱最小應(yīng)用系統(tǒng)，它是指由最少元件組成能使單片機(jī)正常得到工作的系統(tǒng)。它由電源、復(fù)位、時(shí)鐘電路三部分構(gòu)成。電路如圖3-1所示。
圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)
電源電路：作為電子元器件，單片機(jī)也是需要供電的。單片機(jī)供電有一個(gè)范圍，此次設(shè)計(jì)使用的STC89C52單片機(jī)，它一般使用5V電源。在使用的時(shí)候，用USB接口把5V直流電源接入電路中，接入一個(gè)自鎖開關(guān)，它用于系統(tǒng)電源的開啟與關(guān)閉。5V電源電路圖如圖3-2所示。
圖3-2電源電路
復(fù)位電路：對(duì)于任何的一個(gè)電子設(shè)計(jì)，復(fù)位端是必須要有的，復(fù)位顧名思義就是使得單片機(jī)回到初始的狀態(tài)。此次的外部復(fù)位是外接與單片機(jī)復(fù)位端口（RST）的復(fù)位電路提供的。接入一個(gè)下拉電阻，電路中電阻的作用是控制復(fù)位的時(shí)間，而電容只有在上電的那一刻起作用，電容充電的瞬間有電流（電容充電時(shí)間與電阻、電容的值成正比），復(fù)位端口會(huì)有高電平，充電結(jié)束時(shí)復(fù)位端口會(huì)變?yōu)榈碗娖健?/p>
時(shí)鐘電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)正常工作是需要一個(gè)時(shí)鐘的，因此需要在晶振引腳外接一個(gè)晶振。單片機(jī)有兩個(gè)引腳為外部晶振的輸入口，晶振的兩端接這兩個(gè)I/O口。把晶振直接的連接在I/O口上會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，因?yàn)樵诰д駟⒄褚凰查g會(huì)產(chǎn)生電感，為了消除電感帶來的干擾，可分別在晶振的兩端接電容到地，這兩個(gè)電容取值在10~33P之間即可，從而讓晶振工作的時(shí)候更加穩(wěn)定。
3.1.2LCD1602顯示電路
LCD是并行傳輸，數(shù)據(jù)端口與單片機(jī)P0的I/O端口相連用于數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)/命令選擇RS利用單片機(jī)I/O進(jìn)行控制，讀/寫選擇接電源地線（為高電平時(shí)是“讀”狀態(tài)，為低電平時(shí)是“寫”狀態(tài)），本次只需要把內(nèi)容進(jìn)行“寫”的操作。通過單片機(jī)的I/O端對(duì)LCD使能端E進(jìn)行控制。LCD1602電路連接如圖3-3所示。
圖3-3LCD1602顯示模塊
4? 軟件設(shè)計(jì)
4.1 程序總體設(shè)計(jì)
4.1.3LCD1602顯示程序設(shè)計(jì)
液晶顯示的原理：利用液晶物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)進(jìn)行控制，有電就有顯示。字符的顯示可以通過控制器工作在文本方式，再根據(jù)LCD上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)地址，設(shè)立光標(biāo)送上該字符對(duì)應(yīng)代碼就能完成顯示。
利用LCD1602進(jìn)行信息內(nèi)容顯示，首先需要用sbit語句將數(shù)據(jù)/命令選擇端RS、讀/寫選擇端R/W、使能端E與單片機(jī)I/O口進(jìn)行位定義。此次需要用LCD1602顯示的每個(gè)按鍵下時(shí)顯示的功能信息，用到“寫”狀態(tài)，當(dāng)RS為高電平、R/W為低電平時(shí)，可以把數(shù)據(jù)進(jìn)行寫入，再把想要顯示的字符文本相對(duì)應(yīng)的寫入即可。要想讓LCD1602進(jìn)行工作，必須要給使能端E一個(gè)從高電平跳變?yōu)榈碗娖降?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1658448.html">使能信號(hào)，才能執(zhí)行命令。
5 ?系統(tǒng)測(cè)試
5.1系統(tǒng)調(diào)試
硬件調(diào)試：
從網(wǎng)上與書籍查找有關(guān)于數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)的相關(guān)資料,經(jīng)過對(duì)比與分析最終確定了方案，通過把查找到的資料進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，并畫出系統(tǒng)電路原理圖以及PCB圖,測(cè)量器件確定孔徑以及封裝大小,通過工業(yè)制板得到電路板。第一次焊接板子時(shí)，沒有把電源接口器件的孔徑尺寸測(cè)量準(zhǔn)確，導(dǎo)致無法把器件安裝下去，得重新二次制板。根據(jù)電路原理圖把器件焊接好固定在電路板上。首次上電，不要把芯片安裝上去，接通電源后,測(cè)量各芯片底座管腳的電壓值是否正常(主要為單片機(jī)5V供電電壓值,5V轉(zhuǎn)3.3V供電電壓值),再把芯片安裝到電路板上再向單片機(jī)燒錄一個(gè)能確定LCD1602正常工作的程序,同時(shí)也能檢查是否能把程序通過單片機(jī)下載端口把程序下載進(jìn)去，確定顯示模塊能正常使用。此時(shí)硬件電路部分就算完成了。
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