基于單片機的風扇溫濕度控制系統

西安石油大學電子工程學院 羅雪儀 王 龍 孔祥哲 程 龍 楊 超

1 緒論

溫度、濕度已經成為人類生活中重要的環境因素。隨著地球環境的惡化，人們的生活環境也面臨更大的危機。

在辦公環境中，有變頻空調；在農場中，有水泵；在車間中有換氣扇。不同的地點有不同的環境要求，在我們的設想中，能夠根據不同的要求改變環境中某種因素，人們的生活質量將得到很大的提升。

首先我們要對環境進行檢測，利用DHT11對環境的溫度、濕度進行檢測。對52單片機進行編程控制后，安裝按鍵和1602顯示屏，即可以在1602上顯示現在的溫濕度和對應的溫濕度上下限值，而且可以通過按鍵對限值進行調整。最后放大電路后設置4個繼電器，觸發限值報警時，對應的限值對應不同的繼電器，報警而且模擬不同效果。

2 系統總體方案設計

2.1 系統工作原理

設計溫濕度傳感器DHT11，對環境中的溫度、濕度因素進行實時檢測，通過單片機的控制，實現限值報警，安裝按鍵可以調節上下限值的具體數值，而且在1602上分行顯示。溫濕度上下限值共有4個，對應4個繼電器，不同限值觸發不同繼電器，繼電器吸合，電路導通，實現模擬不同效果的功能。

2.2 設計思路

以單片機最小系統為核心，加上傳感器與輸出端，形成一個控制系統。

主要模塊：單片機最小系統、傳感器模塊（dht11）、顯示模塊（1602）、按鍵及報警模塊（按鍵和蜂鳴器）、模擬效果模塊（放大電路和繼電器）。

根據原理圖，設計最小系統、傳感器和1602，檢測溫濕度信號經過單片機信號處理，傳輸到1602，并行顯示實時溫濕度和溫濕度限值，超過限值報警，如圖1所示。

圖1 系統原理圖

2.3 硬件設計

主要由4個大的模塊構成，分別是主控模塊、傳感器模塊、LCD液晶顯示模塊及報警模塊。主控模塊為STC89C52芯片及其最小系統。在整個系統中起到控制核心的作用，所有元器件在控制核心的存在下變得靈活起來。傳感器模塊使用DHT11，利用排座直插在PCB上；報警模塊使用三極管和蜂鳴器，超過限值會進行報警；LCD使用1602，顯示兩行：實時溫濕度和設置的限值。

2．3．1 單片機系統設計

STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。STC89C52具有以下標準功能： 256字節RAM，32 位I/O口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個2級中斷結構。在使用Altium Designer時，設計PCB，以單片機作為核心，在其附近安插其他器件：復位電路、晶振電路、按鍵電路和電源電路。在單片機最小系統設計完成之后，只需要設計其他的輸入輸出模塊就能完成整個系統的設計。

2．3．2 傳感器輸入設計

DHT11是一種溫濕度傳感器

測量范圍20% ～90%RH，0℃ ～50℃。測溫精度為-+2℃，測濕精度為-+5%RH。DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件應用電路如圖2所示，電路原理圖如圖3所示。

圖2 DHT11 典型應用電路

圖3 DHT11 電路原理圖

2．3．3 顯示器選型

在日常生活中，顯示方式有很多，其中有LED顯示（流水燈）；數碼管顯示；點陣顯示。

對比各種顯示方式，LED不能顯示數字，

數碼管顯示的數字和字母有限，點陣顯示需要驅動，還需要設計驅動的安裝。相比于這些現實方式，1602屬于集成模塊，而且能夠顯示：數字、字母、符號、文字。有更加全面的功能，總共16個引腳，直插在PCB上，相對于來說能達到效果而且不那么復雜，因此選用1602顯示屏。

2．3．4 報警模塊設計

蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器。采用直流電壓供電，可以連接單片機，單片機是直流5V供電。設計電阻和三極管9012，一端接GND，一端接VCC。原理圖如圖4所示。

圖4 蜂鳴器電路原理圖

2．3．5 繼電器設計

繼電器選擇6引腳的RELAY-SPDT，單刀雙擲開關。4、5腳是繼電器線圈，沒有正負極之分的，一個腳接三極管，另外一下腳接地。1—2是常閉，1—3是常開。圖下面有兩個1腳，是公共端，繼電器內部是接在一起的。封裝圖如圖5所示，引腳圖如圖6所示。

圖5 繼電器封裝圖

圖6 繼電器引腳圖

繼電器相當與一個開關，是否吸合來控制電力路開路或者通路。在經過9012三極管對電流的放大之后，如果超過報警限值就會吸合，四個繼電器分別模擬4個功能：去濕、加濕、降溫、升溫等功能。每個繼電器后面加了一個接口，能夠分別加入其他5V用電器。其中第三個繼電器有降溫功能，當溫度超過溫度上限之后，風扇開始轉動。升溫功能，可以連接升溫棒，在停止風扇的同時，開啟升溫棒，實現簡單的升溫控制器。

2.4 硬件設計

主程序首先要對整個系統進行初始化，然后將采集到的溫濕度指令傳給系統，然后采集溫濕度信號，傳送給單片機，進行判斷，根據控制方法，使不同的情況連通不同的繼電器，接通不同的繼電器，模擬不同的情況。主程序設計圖如圖7所示。

圖7 主程序流程圖

表1 測量電壓表

3 調試與測試

分別把每個模塊的電路和總體電路設計出來，使用Altium Designer軟件做出PCB板，把每個元器件焊接好，使用萬用表和測試電機進行測試。按照原理，經過三極管的放大之后，繼電器吸合，從而使外接風扇轉動。總共4個繼電器，分別模擬去濕、增濕、降溫、升溫等過程。結論：系統能顧通過按鍵調節溫濕度的上限限值，并且能夠檢測信號，發生報警。繼電器成功運作，能夠成功模擬四種不同的風扇效果。如表1所示。

4 結語

隨著時代的進步，科技的發展，人工智能與人們生活之間的距離越來越近，智能風扇只是一個課題，讓我們在這段時間內學習單片機最小系統加上傳感器與輸出端形成的一個小型模擬系，讓我們在學習的過程中體會到科技的力量，根據不同的環境模擬出不同的效果，相信在未來，風扇或者其他用電器能夠更加智能化！

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