摘 要

随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高和人民消费意识的变化。人们越来越重视生活中的健康、养生等问题。伴随着科技的提高进步，湿度的控制现已成为了社会普遍的热门研究问题。人类对于湿度的变化比较敏感，并且随着工业的发展自己本地的环境变化相当的迅速，以及现在科技发达，越来越多的人们选择在外地发展自己。伴随而来的就是自己对于所在及的环境会有着明显的不适。湿度尤其突出。所以加湿器的出现和发展必不可缺。

所以，本次论文的主要研究目的是设计一款智能加湿器，能够根据室内湿度实时控制加湿过程。即设计出一款应用在室内的加湿器，并且加湿器要有着智能化的体现，方便人们的使用。现通过使用STC89C52作为主芯片、DHT11作为传感器、LCD1602作为显示，和按键模块作为控制开关等。一方面实现加湿功能；另一方面体现加湿器的智能化，加湿器可以人为的控制环境湿度的范围并且显示实时湿度，并设计防干烧的安全功能。

关键词：加湿器；智能；DHT11传感器；STC89C52RC

abstract

With the development of science and technology, the improvement of people's living standards and the change of people's consumption consciousness. People pay more and more attention to health, health and other issues in life. With the progress of science and technology, humidity control has become a hot research issue in society. Humans are more sensitive to humidity changes, and with the development of industry, their local environment changes quite rapidly, as well as the development of science and technology, more and more people choose to develop themselves in the field. Accompanied by that is their own environment and will have obvious discomfort. Humidity is particularly prominent. Therefore, the emergence and development of humidifier is indispensable.

Therefore, the main purpose of this paper is to design an intelligent humidifier, which can control the humidification process in real time according to indoor humidity. That is to design a humidifier used in the indoor, and humidifier should have an intelligent embodiment, convenient for people to use. Now we use STC89C52 as main chip, DHT11 as sensor, LCD1602 as display, Bluetooth and key module as control switch, etc. On the one hand, it realizes the humidification function; on the other hand, it embodies the intelligence of the humidifier. The humidifier can artificially control the range of environmental humidity and display the real-time humidity, and design the safety function of preventing dry burning.

Key words: humidifier; intelligence; DHT11 sensor; STC89C52RC

目录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景课题研究 1

1.2课题研究的目的和意义 1

1.3国内外研究现状 1

1.4课题研究的主要内容 2

1.5课题的具体措施和目标 2

第2章 系统总体方案的选择与设计 4

2.1设计系统功能 4

2.2方案选择 4

2.2.1加湿器方案的选择 4

2.2.2传感器的选择 5

2.2.3单片机主芯片的选择 5

2.2.4按键模块的选择 6

2.2.5显示模块的选择 6

2.2.6防干烧和报警模块的选择 6

第3章 系统硬件电路设计 8

3.1总体设计思路 8

3.2单片机最小系统模块 8

3.2.1主芯片STC89C52RC介绍 8

3.2.2单片机最小系统 9

3.3传感器模块 10

3.3.1 DHT11传感器介绍 10

3.3.2 DHT11传感器电路设计 11

3.4显示模块 12

3.4.1 LCD1602介绍 12

3.4.2 LCD1602电路连接 13

3.5按键电路设计 13

3.6 防干烧和报警模块电路设计 14

第4章 系统软件电路设计 15

4.1传感器模块的软件设计 15

4.2显示模块的软件设计 17

4.3防干烧模块的设计 17

第5章 系统分析与调试 19

第6章 结论 25

参考文献 26

附录 27

附录A 价格清单 27

附录B 原理图 28

附录C程序 29

附录D STCC52RC介绍 35

致谢 38

第1章 绪论

1.1课题研究的背景课题研究

湿度和人类的生命活动息息相关。人们在生活中将越来越多的消费来改善自己的生存环境。环境中的湿度的变化直接影响人体的舒适度和情绪，因此湿度的检测和控制是非常必要的。

伴随着科技的飞速发展和普及，出现了越来越多的高性能设备。家居室内的湿度从最开始只能检测，到传统的加湿器即只能加湿，基本没有反馈系统，加湿程度和开关只靠人为感觉检测。在这种模式下，不仅效率低，不利于人们生活水平的提高，而且缺乏科学性和安全隐患。而监测和反馈系统可以解决这些问题，因为它具有智能的设计。因此，这种设计对类似的项目也具有普遍意义。

1.2课题研究的目的和意义

该设计是以AT89C52微控制器为核心，其包含振荡电路，按键，LED显示，湿度传感器以及外加加湿装置，防干烧等外围辅助设备，该系统可以在单片机的控制下完成环境湿度信号的采集，转换和调节。用户可以根据自己的需要设置环境湿度值，并可以通过LED显示。增加加湿器的防干烧，智能检测当前湿度以及智能加湿等方面的智能功能。

一方面：由于目前市场上的家用室内加湿器通常不是高度智能化的，因此没有诸如环境湿度检测、恒湿控制和数字显示的功能。基于此，本主题旨在通过数字技术进行改进。在尽可能保持现有加湿器功能的基础上，采用单片机技术（包括湿度或定时显示，环境湿度检测，水位检测，防干烧报警等构成家用加湿器智能控制系统。达到实现湿度检测， 恒湿控制，数字显示，防止干烧等附加功能的目的。

另一方面：这个主题可以锻炼一个人在面对特定项目时，遇到问题，分析问题，解决问题力；运用独立计划和实施项目的能力，并按照既定计划开始项目，以及查找相关资料和文档的能力。 这个毕业涉及项目是对大学四年来所获知识的综合应用，对已完成项目的研究也是我能够更好地连接社会的生活。通过我自己的努力，我对MCU机控制系统有一个全面的而深刻的理解。为未来的工作奠定坚实的基础，并积累宝贵的经验。

1.3国内外研究现状

目前，家用室内加湿器的商业发展非常活跃，各大电气公司正在大力投资开发室内家用加湿器。家用加湿器也已成为电气领域的产业之一。在这种情况下，室内加湿器智能控制系统的学术研究一直受到了大学和科研机构的重视。目前国外对智能控制系统的研究主要从单片机转向ARM以及DSP与FPGA。

就目前来说，由于人们对于生活环境方面的重视，加湿器产品的需求量日益增加，相比于前年来说，加湿器的销量增长超过了一倍多。 在这个行业内，现在形成了传统家电，新兴行业和专业家电的三方代表。它们分别是飞利浦，小米和布鲁雅。并且随着人们的消费意思的提高，对于加湿器的选择在其产品的性价比以及产品力。为了拥有更好的市场，加湿器不仅要保证加湿器的质量，还要保证合理的价格。

1.4课题研究的主要内容

设计一款智能加湿器要求其可以实现以下内容：

1.可以对环境湿度进行实时、准确检测和显示。

2.用户可以人为的更改加湿湿度值的范围，并且加湿器可以把湿度控制在设定的范围

内。

3.具有防干烧等安全功能。

1.5课题的具体措施和目标

本次设计主体采用C52单片机，通过湿度传感器对环境湿度进行实时监控，并设计出加湿模块，可以通过单片机把使用者设定的湿度与当前湿度进行比较，执行加湿功能，并通过湿度传感器的检测模块，能够把湿度控制在用户预设的范围内；设计一个显示实时湿度和设定湿度的显示模块；并且设计出智能加湿器的防干烧功能。

本湿器主要由单片机，湿度传感器，按钮模块，报警模块，显示模块，加湿模块组成，其中单片机是系统的控制核心。

在加湿器工作的过程中，由湿度传感器对环境湿度进行检测，并由单片机把当前湿度与使用者通过按键模块设定的湿度做对比，低于则继续加湿，超过则停止加湿，并且使用者还可以通过按键模块设定加湿的程度。同时，通过设计的机械机构对加湿器内的水位进行检测，若水位低于设定值，则立即停止加湿，并进行报警。方便使用。

下面给出系统的整体框图：

图1.1 系统整体框图

第2章 系统总体方案的选择与设计

2.1设计系统功能

设计职能加湿器的功能：首先由湿度传感器对环境湿度进行检测，并由单片机把当前湿度与使用者通过按键模块设定的湿度做对比，低于则继续加湿，超过则停止加湿，并且使用者还可以通过按键模块设定加湿的范围。同时，通过设计的机械机构对加湿器内的水位进行检测，若水位低于设定值，则立即停止加湿，并进行报警。使用户可以通过手机等微端对加湿器进行操作，方便使用。

所以，本次智能加湿器的设计，一共可以细分为以下几个模块：加湿器模块、传感器模块、单片机模块、按键模块、显示模块、防干烧模块、报警模块。

在本章中，将设计每个模块并选择最好的解决方案来实现此设计。

2.2方案选择

2.2.1加湿器方案的选择

本次设计的为家用的智能加湿器，所以有以下几种加湿器供选择：

1. 超声波加湿器，其原理是采用超声波高频震荡1.7MHZ频率，可将水雾化为1-5微米的超微粒子，加湿环境。

优点是：加湿的强度大而且均匀，加湿效率高；节能、省电；使用的寿命长；它结合了医疗雾化，冷水浴和珠宝清洗等功能，可以净化空气，改善健康状况，营造舒适的环境。

1. 直接蒸发型加湿器，通常也称为纯净型加湿器。纯净加湿技术是加湿领域刚刚采用的一项新技术。在加湿过程中，通过去除钙镁离子，解决了“白粉”问题。在加湿的同时，可以过滤的净化空气中的细菌，灰尘和颗粒，然后通过空气移动装置将潮湿和清洁的空气送到室内，以改善环境清洁度和湿度

3.热蒸发式加湿器，又称电热加湿器。其原理最简单，是在加热体当中将水加热到100度以产生水蒸气，在通过风机将蒸气送出。所以电热加湿器是技术最简单的加湿方式，但其存在能耗较大，不能干烧，安全系数较低，加热器上容易结垢等等缺点。

比较上述三种方案，首先排除了缺点相对明显的第三种方案。并且由于本次的设计加湿器要经过多次的测试，以及各种调试。所以要求容易出现现象结果，并且还不易损坏。

所以最后选择使用寿命长，加湿强度大的超声波加湿器进行本次的设计。

2.2.2传感器的选择

在本次设计中，需要有一个湿度传感器，来对环境的湿度进行实时检测。根据查阅资料可以：生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。

1.线性电压输出式集成湿度传感器。代表产品有HIH3605/3610、HM1500/1520。主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。

2.线性频率输出集成湿度传感器。代表产品为HF3223型。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为8750Hz（型值），当相对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。

3.频率/温度输出式集成湿度传感器。代表产品为HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NTC端引出，配上二次仪表即可测量出温度值。

4.单片智能化湿度/温度传感器。Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化湿度/温度传感器，其外形尺寸小，仅为7.6（mm）×5(mm)×2.5（mm），体积与火柴头相近。每只传感器做过精密标准，标准系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在测量过程中可对相对湿度进行自动校准。分辨力达0.03%RH，最高精度为±2%RH。SHT11/15的产品互换性好，响应速度快，抗干扰能力强，不需要外部元件，适配各种单片机，可广泛用于医疗设备及温度/湿度调节系统中。

对于本次设计选用的加湿器，要求其能适用于单片机，且体积要小，价格要低，精度要高。因此，选用了智能化的湿度传感器 DHT11 作为本次设计用传感器。

2.2.3单片机主芯片的选择

本次设计的主体都是围绕着单片机进行设计，因此在主芯片的选择上，选择了STC89C52RC芯片作为主体芯片。好处是：在大学中此芯片被广泛的讲解，并且本人也有着多次的运用经验，熟悉STC系列的编程。在之后的设计种，无论是测试，还是模拟仿真，都会相对简单。并且此芯片也完全符合设计的思路和方案。

2.2.4按键模块的选择

按键模块现在基本分为独立按键和矩阵按键两种焊接方式。独立按键的按键数量少于矩阵按键，但由于每个按键单独借一个I/O口因此无需扫描。在编程上要比矩阵式按键简单。

由于本次设计只需要几个按键，并且为了简化程序，所以选了独立式按键的设计思路。

2.2.5显示模块的选择

对于显示模块，主要是液晶屏的选择，给出以下两种方案：

方案一：选用12864的液晶显示屏。该液晶屏显示器的显示模块是128✖64的点阵汉字图形液晶显示器。屏幕可显示汉字和图形，包括8192个汉字，128个字符和64✖256的点阵显示RAM。他可以与CPU直接连接，能够提供两种不同的界面来与微处理器连接（串行和8-位并行）。还具有多种的功能如下：画面位移、光标显示、睡眠模式等。

方案二：选用LCD1602的液晶显示屏。该液晶屏是一种工业字符型的液晶，他能够同时的显示出32个字符即16✖02（两行十六列）。1602相比于以上方案，他只能显示数字、字母和符号，显示效果也比较简单。

这两种方案，其编程方面的难度差别不大，原理相似，两者都是写地址，指令和数据等；就实现设计要求来说，两者都能够实现设计的要求，当然方案一的液晶显示比方案二来说，可以显示的更加形象、具体；价格方面来说，现今一个12864的液晶屏平均价格在四十元左右，而1602液晶屏的价格最近在六元左右，相差很大。所以综上考虑，还是选用了LCD1602液晶屏来完成本次设计。

2.2.6防干烧和报警模块的选择

对于防干烧模块的选择，智能加湿器的防干烧主要检测的是水是否用完，使加湿器在不知情的情况下继续工作，烧坏电路。对此有着两种不同的思路：

方案一：利用单片机工作原理，例如水位传感器或者是测距传感器以此来检测水的液位，算定好距离，通过变成来实现当水位到底是，通过单片机停止加湿器工作并报警。

方案二：直接采用机械结构原理。利用水导电的特性，设计一个双金属片，将其当成一个开关，当水位降到预设时，双金属片充当的开关断开，以此设计电路，控制加湿器和报警模块。

两种方案相比，方案一明显比方案二复杂，它可以实时的检测水位，并可以显示水位变化。方案二则直接采用机械结构，简单但使可以实现功能，并且因为不用经过单片机，写程序。其安全性相比于方案一要高，操作也简单。在价格方面来说，方案一需要，采购相关传感器，并设计程序；方案二仅需要几个继电器来实现该功能。

所以，选择方案二来实现防干烧。

报警模块则直接选用现在运用广泛的蜂鸣器和二极管来实现声光报警。

第3章 系统硬件电路设计

3.1总体设计思路

以STC89C52RC单片机为主体，以DHT11传感器来检测环境的实时湿度，以LCD1602来显示实时湿度和可以人为设定的上下限湿度，加湿方面则选用一个封装好的超声波加湿器作为加湿装置，按键方面，设计三个独立按键‘1’‘2’‘3’，要求实现1为选择按键，按下‘1’则可以在“调节上限湿度”，“调节下限湿度”，“取消调节”中转换。‘2’‘3’分别为加，减湿度。并且当按键‘1’选中取消调节时，按键‘2’还有着实现加湿器开关的功能。对于防干烧模块，设计单独的一个电路，以双金属片充当开关，在电路中并联两个继电器，利用继电器的常开、常闭开关来分别控制加湿器和报警电路。

3.2单片机最小系统模块

3.2.1主芯片STC89C52RC介绍

STC89C52RC是STC公司生产的一种功耗低、性能高的CMOS8位的微控制器，其使有着8K字节系统的可编程Flash存储器。STC89C52它使用经典的MCS-51作为内核，但是有着许多的改进，使得芯片具有传统的51单片机不具备的功能。并且在单芯片上，C52拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52做为众多嵌入式控制应用系统主芯片，能够提供超有效、高灵活的解决方案。

在此给出芯片视图和引脚图：

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