基于单片机湿度控制系统的设计

摘 要： 湿度的有效控制与调节对人的生产生活有着重要的意义，通过利用单片机STC89C52RC控制湿度传感器SHT75，实现了实时检测室内空气湿度，并对获取湿度信息进行分析处理，再通过软件分析控制实现自动调整生活环境的湿度，使用户时刻感觉舒适。为了实现友好的人机交互，还设计了供用户自行预设湿度报警阀值按键电路和实时显示当前工作状态的液晶显示器。该项研究成果将对用户的生活、工作环境改善发挥积极的作用。

关键词： 湿度检测； 湿度调节； STC单片机

中图分类号： TP 368 文献标志码： A 文章编号： 1671-2153（2016）05-0087-04

0 引 言

随着科学技术的进步和发展，人们的生活质量不断提升，追求高品质生活的需求日益增强。生活中，人们看不见摸不着的隐形因素时刻干扰着人们理想的生活，那就是环境的湿度[1]。长期居住在此环境中易出现口干、唇裂、流鼻血和患呼吸道疾病等现象。相对湿底低，人体表皮水分大量散失，加速皮肤衰老，降低了皮肤抵抗病菌的能力。虽然家居环境的空气湿度检测仪器已经诞生，但价格太贵、维护要求高，人们迫切地需要一款便捷、便宜、节能的家用电器，基于此本文提出了一种基于STC89C52RC单片机控制的比较简单而实用的湿度检测及调控方法[2]。

1 系统整体设计

本系统的智能控制主要体现在单片机的应用上，以单片机为核心，搭建人性化的外围电路。系统控制结构框架如下图1所示。

系统控制结构框架中各个部分的功能：

★主控系统电路：采用智能控制芯片STC89C52RC单片机作为主控制器构建的主控系统，主要用于处理采集的信号及外围设备的控制。

★电源系统电路：用于对输入的220 V交流电压进行变压、整流，转换为系统需要的电压条件。本设计中的各个模块部分所需要的电压：STC89C52RC单片机的工作电压5.5～3.3 V；湿度传感器SHT75所需供电电压为2.4～5.5 V；其它集成元件供电电压约为5 V左右；调湿电器使用220 V交流电供电。因此电源系统需要设计5 V的供电电压电路。

★湿度检测电路：采用SHT75集成湿度传感器检测空气的相对湿度及温度，将采集信号输入给主控系统处理并调控湿度。选用SHT75作为检测器件，既能够检测湿度，也能检测温度，所以不再需要额外设计温度检测电路。

★LED显示电路：用于实时显示测量的相对湿度和温度。选择LED数码管显示测量的温度和湿度，是因为数码管的显示亮度高、显示清晰，而且数码管功耗较低，不宜损坏，对于数字的显示，数码管是非常合适的。

★LCD显示电路：用于显示人机交互的相关提示信息——温湿度的预设值。用户设定的预设范围值的显示，既显示数值，而且还显示字符信息，选用字符型液晶显示器就可以解决。

★键盘输入电路：用于人机交互输入信息等。键盘是可以使用独立按键方式，也可以选择矩阵键盘方式的，本系统使用的按键比较少，预设值的设定只涉及4个按键，所以选择独立按键的使用比较合适，电路的连接非常简单。

★声光报警系统：预设湿度的范围，提示检测的湿度是否超标，当超出预设范围，发出声光信号报警，可提示用户做人工调控处理。本系统采用普通的发光二极管和扬声器，硬件电路的搭建和控制程序的设计都比较简单便捷，功耗比较低。

★调湿电路：用于自动调控湿度——湿度过高，则根据温度的高低选择开启抽湿器或取暖器排湿；湿度过低，则开启加湿器增湿。这个部分的电路主要是通过继电器开关来控制电器的电源开关。

2 系统的硬件设计

2.1 电源系统

主控系统电路需要+5 V电压供电，采用集成三端稳压器7805设计了5 V稳压电源电路。电路图如图2所示。集成稳压芯片7805构成了稳压电路，当稳压器的输出负载变化时，输出电压V0保持不变。

2.2 主控系统

选用宏晶公司出产的52系列单片机——STC89C52RC，内部选用高速、低功耗、超强抗干扰的COMOS8微处理器[6]，与8051系列单片机的指令码、硬件结构完全兼容，而且相比更具有自身的突出特点，其存储设备采用ATMEL公司的高密度非易失技术，保密性能更好。

2.3 相对湿度检测电路

选用了数字温湿度传感器SHT7x，采用插针型封装，将敏感元件、转换元件和基本转换电路集成在一块微型电路板上，输出为数字信号。本系统的湿度、温度检测电路则采用SHT75湿度传感器元件，此元件是采用SCK，DATA进行通信，单片机系统对SHT75湿度传感器进行读写控制，测量湿度及温度值。单片机将采集的信号数据通过MAX7219这样的专用驱动芯片，驱动数码管显示相应的温湿度值。

2.4 预设范围值显示及调整电路

采用液晶显示器LCD1602显示预设温度、湿度的上、下限值，并能通过按键人为调整预设范围值，以适合于使用者本人不同的需求。

（1）单片机与LCD1602的接口技术。LCD1602是一款字符型液晶显示模块，如图3为16引脚的液晶引脚图。

LDC1602与单片机的连接电路如图4所示。图4中，P10～P17分别对应单片机的P1.0～P1.7端口，P25～P27分别对应单片机的P2.5～P2.7端口。

（2）单片机与按键的接口技术。键盘是计算机最常用的输入设备，是实现人机对话的纽带。如图5所示，本系统用了4个按键，分别控制温度上、下限及湿度上、下限的预设值调整，对应键按下1次，则相应的预设值加1，并在设置的值的范围内循环。图5中，P0_4～P0_7分别对应STC89C52单片机的P0.4～P0.7端口。

2.5 湿度报警电路的设计

本系统采用发光二极管和电动扬声器来模拟报警，当实测湿度值超出了预设范围，单片机则控制发光二极管闪烁、电动扬声器发出“嘟-嘟-嘟-嘟”的连续报警声，直到通过调控使得当前环境的湿度进入正常预设范围之内，则解除声光报警。声光报警系统电路如图6所示。图6中，SPEAK对应单片机的P2.3端口。

2.6 湿度调节电路的设计

当环境的湿度超出了用户设定的范围，则需要湿度调节[3]。本系统采取的调节方法：当前的环境湿度大于预先设定的湿度值时，判别当前温度，当前温度较高，则启动抽湿器（或风扇）抽湿；当前温度较低，则启动取暖器烘烤去湿；当前的环境湿度小于预先设定的湿度值时，利用单片机控制继电器开关电路，开启加湿器电源开关使其工作，从而增加当前环境的湿度。湿度调节系统的框架设计如图7所示。

根据湿度控制框架，设计了湿度调节电路，图中采用了两只光电耦合器件、两个继电器和两只发光二极管[36]。采用光电耦合器件的作用，是为了将单片机输出的信号转换为控制继电器开关的输入信号，这样通过单片机P3.5，P3.6，P3.7端口发出高、低电平信号控制继电器断、开，从而控制抽湿器、取暖器和加湿器与电源的断、通。其具体控制电路如图8所示。图8中，三个Port控制端口从上到下分别对应单片机的P3.5，P3.6，P3.7端口。

3 软件的设计及实现

本系统由硬件电路和软件系统共同实现控制功能，二者相辅相成，缺一不可，而程序的实现需要依靠流程图来理清逻辑思路，根据图1所示的系统结构设计本系统的软件体系，如图9所示。主控系统模块主要是主控芯片STC89C52单片机对湿度检测、阀值显示、湿度阀值预设及报警调湿各个模块的整体协调及数据的输入输出枢纽[4]。

本系统以单片机STC89C52为主控系统、传感器SHT75为主要检测器件，实现了湿度和温度的检测、调控及报警功能。在设计过程中，通过Proteus系统仿真，不断修改软件和硬件电路，进一步减少了实时测量误差。

4 结束语

本系统采用湿度传感器对环境湿度的采集，利用通过单片机控制作用，实现了对环境湿度信息的灵活监测，对湿度控制单元的控制实现对湿度的调节。整个设计电路力求设计简单、降低成本，减小功率损耗，使得其在湿度领域具有很好的应用价值。

参考文献：

[1] 李玉忠. 中国湿度与水分测量技术的现状[J]. 分析仪器，2003（1）：22-23.

[2] 夏方林. 一种基于单片机 AT89C51的温湿度控制仪的设计[J]. 工业仪表与自动化装置，1999（6）：5-7.

[3] LAHRMANN A，TSCHULENA G R. The increasing importance of sensors in household appliances[J]. Sensors in Household Appliances，2005（4）：20-24.

[4] 廖惜春. 基于AT89C52的温湿度智能监控系统的实现[J]. 现代电子技术，2003（10）：10-14.

Abstract： Humidity of effective control and regulation of people"s production and life has a important significance， through the use of stc89c52rc MCU control humidity sensor SHT75， the realization of the real-time detection of indoor air humidity， and to obtain the humidity information analysis and processing， through the software analysis control system realizes the automatic adjustment of the humidity of the living environment， users always feel comfortable. In order to achieve a friendly human-computer interaction is also designed for users to its own preset humidity alarm threshold key circuit and real-time display of the current state of the liquid crystal display. The results of this research will play an active role in the improvement of the life and work environment of the users.

Keywords： humidity measurement； humidity control； STC single chip

（责任编辑：徐兴华）

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