全國服務(wù)熱線13751010303
隨著社會的發(fā)展，人們對于舒適生活的要求越來越高，對智能家居的期待越來越迫切。夏季的空調(diào)給人們帶來涼爽的同時，干燥問題也隨之而來，到了冬季，北方的人們會由于環(huán)境中濕度不足感到身體不適，研究表明：50%~60%的環(huán)境空氣相對濕度對人體的健康最有利，人們的抗病能力也最強，人們也會感到舒適，因此，加濕器應(yīng)運而生。但是傳統(tǒng)的加濕器大多采用手動開啟模式，結(jié)構(gòu)簡單，功能單一，只能手動調(diào)節(jié)霧量的大小，無法實時精確了解溫濕度狀況，導(dǎo)致很難達到理想的舒適度感受，一款能自動控制超聲波加濕器的工作狀態(tài)、可以實現(xiàn)智能調(diào)控和人性化的定量設(shè)置的智能移動加濕器成為人們的真正需求。本文設(shè)計的加濕器以簡易機器人為平臺，擺脫了傳統(tǒng)固定式加濕器的束縛，運用嵌入式單片機原理，實現(xiàn)了加濕器的智能化工作，可以使室內(nèi)濕度保持均勻，符合現(xiàn)代人的生活方式。
一、智能加濕器工作原理
根據(jù)用戶需求分析，本文設(shè)計的加濕器滿足以下要求：在監(jiān)控到相應(yīng)的濕度范圍后自動開始或停止工作；可以實現(xiàn)在整個房間內(nèi)的自由移動，保證駕駛均勻；當(dāng)加濕器即將發(fā)生干燒時，啟動聲光報警；根據(jù)監(jiān)控到的濕度數(shù)值，自動調(diào)整噴霧大小；實時顯示室內(nèi)濕度；可以由用戶自定義設(shè)置最佳濕度值。為實現(xiàn)這些要求，加濕器主要分為7個模塊進行協(xié)調(diào)工作：以單片機為核心的中央控制模塊、以DHT11為核心的傳感器模塊、以L298N為核心的智能驅(qū)動模塊、以LED液晶屏為核心的顯示模塊、聲光報警模塊、電源模塊和外設(shè)獨立鍵盤，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。傳感器模塊將實時監(jiān)測室內(nèi)濕度，將其在LED顯示屏上顯示，并將數(shù)據(jù)傳送到中央控制器，一旦室內(nèi)濕度達到用戶所設(shè)定的最佳相對濕度，中央控制器將發(fā)送命令使加濕器和底部小車停止工作；當(dāng)室內(nèi)濕度下降到設(shè)定的最低濕度以下后，加濕器和小車將再次工作，在這期間，加濕器會根據(jù)室內(nèi)的濕度情況自動選擇適當(dāng)?shù)膰婌F大小，以保證室內(nèi)舒適；當(dāng)加濕器內(nèi)的水位下降到預(yù)設(shè)最低水位后，加濕器將停止加濕，并由聲光報警模塊發(fā)出警報，提醒用戶及時加水，防止干燒。
二、智能加濕器硬件設(shè)計
（1）中央控制模塊：基于單片機的中央控制模塊有兩個，一個負責(zé)控制加濕器的濕度監(jiān)測和加濕器的工作狀態(tài)，另一個則是控制底部簡易小車的相關(guān)功能，例如避障、轉(zhuǎn)彎、啟動、停止等，兩個單片機之間用一個繼電器連接控制，以加濕器上的單片機為主，控制簡易小車上的單片機發(fā)送命令。選用的單片機是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代51單片機，工作電壓為5.5~3.5V，內(nèi)部有8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，可以直接將溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)在單片機內(nèi)部進行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，省去了外部的A/D轉(zhuǎn)換模塊。
（2）智能驅(qū)動模塊：由于步進電機精度比普通電機高，易于控制，所以本文設(shè)計的加濕器采用步進電機和L298N電機驅(qū)動芯片。L298N為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，可直接對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉(zhuǎn)、停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求，調(diào)試時再依照芯片手冊，用程序輸入對應(yīng)的碼值就能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動作。驅(qū)動模塊的電路原理如圖2所示。
（3）電源模塊：本設(shè)計中用到的電源有5V的單片機電源、5V的電機驅(qū)動芯片電源和7.2V的電機電源，但是只用了兩節(jié)3.6V的鋰電池供電，因此，在電源模塊中還需增加一個7805壓降電路來降低電壓，維持電路的正常工作。
（4)報警模塊：報警模塊的電路如圖3所示，當(dāng)水位傳感器檢測到加濕器內(nèi)的水位下降到設(shè)定最低水位之后，由中央控制模塊發(fā)送命令，即發(fā)出低電平，則蜂鳴器發(fā)出“嘀嘀”的報警聲。
（5)傳感器模塊：傳感器模塊以DHT11為核心，DHT11是一個已經(jīng)存儲了校準數(shù)字信號的溫濕度傳感器，包括一個感濕元件和一個測溫元件，并且這兩元件在內(nèi)部與一個高性能的8位單片機相連接，完成溫濕度的采集。
（6）LED顯示模塊：本設(shè)計中采用了液晶顯示屏作為輸出狀態(tài)顯示，其具有穩(wěn)定性好、不易閃爍燈優(yōu)點。中央控制模塊接收到溫濕度傳感器發(fā)送的濕度信息后，在單片機內(nèi)部，利用已有的8位高速A/D轉(zhuǎn)換模塊將信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，輸入共陰極工作的液晶顯示屏上顯示。
三、智能加濕器程序設(shè)計
本文介紹的加濕器將軟件設(shè)計分為兩個大部分，一部分為底部簡易小車：小車左右兩邊各安裝了一個紅外避障傳感器。當(dāng)左右兩側(cè)都沒有檢測到障礙物時，則小車前進；如果左側(cè)檢測到障礙物而右側(cè)沒有障礙物，則讓小車右轉(zhuǎn)；若右側(cè)檢測到障礙物而左側(cè)沒有障礙物，則讓小車左轉(zhuǎn)；當(dāng)左右兩側(cè)都檢測到障礙物時，則讓小車先停止，再后退50ms；另一部分為加濕器：先初始化LCD屏幕、開機界面等；掃描按鍵，根據(jù)用戶選擇的模式進行工作。其中加濕器的工作模式分為監(jiān)控模式和濕度預(yù)設(shè)模式，其調(diào)節(jié)模式分為自動模式和手動調(diào)節(jié)模式。在監(jiān)控模式的自動控制模式下，繼電器根據(jù)預(yù)設(shè)濕度值上/下限與當(dāng)前濕度值的比較結(jié)果決定是否進行加濕，控制加濕器工作。本系統(tǒng)限定了預(yù)設(shè)濕度值的范圍為0~100%RH。利用1602LCD顯示出當(dāng)前濕度和預(yù)設(shè)濕度值。此外當(dāng)水位低于設(shè)定的最小值時，系統(tǒng)將會驅(qū)動蜂鳴器報警，以防止干燒。
結(jié)語
本文利用了模塊化的設(shè)計方法，成功設(shè)計了一款可在室內(nèi)自由移動、自動調(diào)節(jié)噴霧大小的智能加濕器，在保證室內(nèi)加濕均勻的條件下，又可以做到有效預(yù)警防止加濕器干燒、實時顯示室內(nèi)濕度。先用C語言編程，經(jīng)過Keil4、AltiumDisgner等軟件的仿真調(diào)試以及實際測試，證明本文設(shè)計的加濕器有效地解決了傳統(tǒng)加濕器的上述問題，使得加濕器向智能家居方向又邁進了一步，且其成本低、操作簡單，具有一定的實際應(yīng)用價值。
掃一掃添加微信