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基于单片机的智能温控系统的设计与实现

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吴虹佳++林军

摘要：本文设计了以STC89C52单片机作为控制平台的智能温控系统，该智能系统可以依据温湿度对电器设备的工作模式和工作状态进行控制。用E18-D80NK红外光电开关检测人体信号，选择温湿度传感器DHT11采集室内的温度和湿度，同时采用1602液晶显示屏显示出当前室内温湿度。该系统性能稳定，响应快，性价比高，具有一定实用价值和设计价值。

关键词：单片机；传感器；温湿度；智能系统

随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，家用电器产品更倾向于自动化、智能化、环保化、人性化。在现实生活中，有很多与温度相关的使用步进电机的电器设备，当温度变化时需要靠人工手动去改变其工作模式和状态，但是当人离开或者是深夜熟睡时就无法去控制机器，甚至有时还会忘记去关闭电器设备，因而无形中浪费了很多资源。为了解决上述问题，设计了这款智能温控系统。该系统采用高精度集成温湿度传感器，用单片机控制，能及时显示当前温度和湿度，并根据设定好的温度和湿度，自动的调节电器设备的工作状态和模式。

本文的设计思想最初来源于我们生活中，是为了实现风扇的智能化。基于单片机的智能温控系统，成功实现了机械的自动化，不仅可以很好的节约电能，同时也使产品更人性化。在现实生活中可以应用于很多与温度和湿度相关的电器设备，它的设计具有非常广泛的使用和应用价值。

近几年，智能控制理论发展迅猛，出现了大量新颖的控制理论[1]。目前，国内外对智能温控系统的研究也不断创新，已经取得了可观的研究成果。研究人员先是通过调整电阻的大小，调节充电电容时间常数，通过对可控硅[2]控制角α的调节来控制电器设备的工作模式。之后，随着自动调整设计的出现，通过控制脉宽调制来控制双向可控硅从而实现智能控制。

本系统的创新之处是选择了一种新的控制方式，即通过控制脉冲时延的长短改变电器转速，通过继电器控制电器的工作状态，而且增加了人体红外检测功能，能够实现由人体，温度及湿度同时控制的效果，从而使冷冰冰的电器更人性化，智能化。

一、硬件总体设计

本设计使用单片机作为控制核心，巧妙利用单片机控制技术[3]，温湿度传感器技术[4]，红外光电开关技术[5]、脉冲调节技术[6]，把智能控制系统应用于家用电器的控制中，将电器设备的转速和开关作为被控制量，由单片机分析采集到的数字温湿度信号，再通过调节脉冲频率对设备进行调速，通过继电器控制设备是否工作。从而达到无须人为控制便可自动调节电器设备转速和开关的效果。系统总体设计方案图，如图1所示。为使系统更具体化，并考虑到最初的思想的来源，本文用风扇模拟调速类（使用步进电机的）电器设备，以加湿器模拟开关类电器设备。

（一）温湿度检测电路设计

DHT11传感器连接单片机相对来说是简单的，单片机P3.7口用于接收串行数据，即数据口，连接到传感器的Pin2（单总线，串行数据），数据用于微处理器与DHT11单总线之间的通信和同步数据格式，传感器的电源端口Pin1和Pin4分别接单片机的VDD和GND端，传感器的第三脚悬浮放置[4]。DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集，假若没有接收到主机发送开始信号，DHT11不会自动进行温湿度采集。

（二）电机控制电路设计

当A相通电，B，C相不通电时，因为磁场的作用，齿1与A对齐。当B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3T，此时齿3与C偏移为1/3T，齿4与A偏移（T-1/3T）=2/3T。当C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3T，此时齿4与A偏移为1/3T对齐[7]。电机的位置和速率由导电次数（脉冲数）和頻率成一一对应关系。定转子展开图如图2所示。

（三）红外光电开关控制电路设计

这是NPN型光电开关，输出状态为0，1，即数字电路中的高电平和低电平，检测到目标是低电平输出，正常状态是高电平[5]。总共3条线，电源，地，信号线不需要进行AD转换，可直接接单片机的IO口。

（四）液晶显示模块电路设计

显示模块电路图如图3所示，其中Vo脚，即第三引脚加了一个10K的滑动变阻器，该变阻器的目的是调节液晶的显示对比度，经过调节滑阻改变Vo的电压值，从而使液晶显示在最清晰的状态[8]。

（五）加湿器（开关类电器）控制电路设计

加湿器的工作状态由继电器的吸合和释放来控制。将加湿器的电源引脚连接到继电器的常开接口，加湿器的接地引脚连接到扩展电源板的负极，将继电器的公共端连接到电源扩展版的正极，将继电器的IN引脚连接到单片机指定引脚[9]。

二、软件总体设计

这个系统的运行程序用C语言编写，采用模块化设计，包括加湿器（开关类）控制模块，风扇（调速类）转速控制模块，液晶显示模块，温湿度传感器模块，红外光电开关模块5个子程序模块，由温湿度传感器模