基于单片机的智能加湿器设计
1 绪论
目前加湿器被普遍应用于很多领域，随着科学技术的发展与进步，温湿度检测技术趋于成熟，以温湿度检测技术为设计核心的加湿器也朝着小型化、低功耗和智能化方向发展[1]。单片机以较高的集成度和稳定的性能，使其在智能加湿器的设计方面具备更加显著的优势。
1.1 选题背景和意义
随着经济的快速发展，人们的生活水平也逐渐提高，伴随着的是生活环境与工作环境的质量渐渐被人们重视起来。当空气中的湿度没有达到一定的湿度值时，会给我们的日常生活和工作带来负面影响。如果我们长期生活在干燥的空气环境中，人体的舒适度值会降到很低，甚至会对我们的身体健康带来许多未知的隐患；当我们在工作的时候还会提高产品的不良率从而降低生产产品的速度，引起各式各样的不良影响，此时加湿器就显得尤为重要，我们可以通过使用加湿器来有效地增加室内空气中的湿度，湿润干燥的空气。
水由于表面张力的作用，会主动形成水滴的形状，同时会吸附空气中的灰尘。当室内空气中的粉尘和漂浮的烟雾与水分子结合后，会形成一个个小的颗粒，使空气中的灰尘沉淀下来，而且可以有效的去除室内空气中的异味，使空气变得清新。在本次的设计中，主要是运用加湿器调节空气中的湿度，以达到提高人体舒适度的目的。研究发现，湿度不仅影响人们的生活质量，在工业制造和产品质量方面同样有着重要的影响。塑料薄膜大棚、厂房和办公室等室内封闭场所，一般都需要用智能加湿器来调节空气的湿度，使室内空气的湿度达到合适的程度。
在日常生活中我们经常用舒适度来描述环境质量，但是人体舒适度与大气探测仪器检测到的各种气象要素结果有很大的不同，它不是一个精确的数据参数，仅仅是人体对外界气象环境的一种主观感受。人体舒适度指数是人为制定的一种生物气象指标，通过人体舒适度指数我们可以更加清楚的了解我们所在环境下的舒适感，且可以显示出在不同的天气条件下，人体可以感觉到的舒适度值。在众多的影响因素中，温度、相对湿度、气压、风速这些气象因素，对
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人体的舒适度产生很大的影响。最佳的温湿度范围是40%RH～60%RH[2]，人体在此温湿度范围内的舒适度最佳。
经研究发现：生活在适宜湿度的空气环境下的生物体才能长期保持活力。将一些我们常用的木质家具长期放置在过于干燥的空气环境下，会对其造成一些不同程度的损坏，如乐器、家具和木质装修等很可能会出现变形、老化甚至干裂的情况。因此，我们在存放以上物品时要格外注意室内湿度，标准情况下应保持在40%-60%RH范围内，然而对于生活在河北地区的家庭来说，冬天的室内湿度平均为10%-15%RH，干燥的空气环境下，出现高压静电的情况十分普遍。家用电器及办公电器的广泛使用，使得静电出现在我们生活中的各个角落[3]。当静电情况十分严重时，对我们的生活环境也是一种污染。生活或工作在此环境下的人心情容易烦躁，有时甚至会出现头晕胸闷的情况，严重影响我们的身体健康。智能加湿器可以放出一些富含负氧离子的空气，既调节为适宜湿度的空气，这些空气均匀的布满整个空间，可以很大程度的消除静电现象，还可以过滤空气中异味，制造出更加清新、芳香的空气。因此，对空气中的湿度适当的进行调节，无论是对与我们的身心健康还是工作学习，都有着不可忽视的重要意义。
调节室内湿度的方法有很多，我们可以在室内洒水或者放置水族箱，但是这种调节空气湿度的方式是十分缓慢的，而且我们无法控制它的影响程度。如果加湿的程度过大，也会对人体造成不好的影响，如今大多数的家庭和公司都是应用加湿器来对空气加湿。
本次设计基于单片机技术，对智能加湿器的部分功能实施进一步的改动，使其可以根据用户的个人需求进行调节，而且拥有智能控制功能，其能够根据传感器检测到的实时湿度自动控制加湿器的工作状态。在本设计中，加湿器的智能控制能力得到了加强，完全可以满足用户对产品的简单要求，在产品开发方面具有十分重要的意义。
1.2 发展现状及前景
智能加湿行业在我国发展了将近20年，通过这些年空气质量概念的普及和人们对身体健康意识的提高，加湿器的功能和作用也渐渐被人们所了解，并逐渐被人们接受和青睐。可是，由于加湿器这一新兴行业在我国发展的比较晚，
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它相应的一些产品质量标准没有得到规范化，这为广大用户在选择上带来了一定的选择困难。众多厂商只跟风不跟质量的行为，导致了加湿器行业产品质量的参差不齐，使消费者的合法权益受到了侵害。
加湿器功能主要是增加室内空气的湿度，使湿度控制在相对健康的状态下。加湿器按其功能划分为三种：电热加湿器、超声波加湿器和净化加湿器。电热加湿器主要是对水进行加热使其蒸发，利用水蒸汽来加湿空气，此种加湿方式容易发生热蒸汽烫伤人的情况，已基本被淘汰。超声波加湿，主要是运用超声波的高频震荡原理，把水分子震荡、雾化为微小的雾状颗粒，然后应用风动装置把这些雾状颗粒吹送出去，实现加湿的功能。净化加湿，在空气循环系统中应用水幕洗涤的技术，可以有效的过滤空气中的尘埃，且把空气中的杂质吸附在高效过滤器上，再经过风动装置将过滤后的水分子稀释到空气中，使得空气得到净化且加湿，它是目前最新的加湿器产品。
我国的加湿器产业发展较晚，产品的人均占有率比日本、美国、韩国等国家低的多，我国民众对空气质量和加湿器、净化器产品的进一步了解，能够促进国内加湿器行业的发展，提升国民健康水平，更能提高国民的生活品质。
随着社会经济的快速发展，人民的生活水平也逐渐提高。同时，人们也更加重视生活质量和身体健康，空气加湿器也慢慢的走进了更多的家庭中，并且在干燥地区很受人们的欢迎。空气加湿器在国内仍是新兴的产品，加强对加湿器的开发和研究的力度，不但促进了我国加湿器行业的发展，而且能够提高人们的生活品质和健康水平。近年来，人们对加湿器的功能与审美设置提出了更高的要求，为了实现这些要求，加湿器的产品类型变得更加多样、材质处理更加细腻，且造型设置更加丰富多姿。
1.3 设计任务
本次设计的重点就是在现有的加湿器基础上，增加防干烧功能，提高加湿器系统的智能控制能力。该系统可以根据用户的需要，手动设置最佳相对湿度值，并且在室内空气湿度发生变化时，能够自动开启或关闭加湿器，使湿度值保持在设定的湿度范围内，达到智能加湿的目的。智能加湿器系统是通过温湿度传感器来采集空气中的温度和湿度的信号数据的，采集到的数据经过STC89C52单片机的分析和处理，在1602LCD上显示出当前湿度与设定的湿度
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值。另外再添加时钟电路、键盘电路和报警电路。该系统具备手动模式和自动模式，在手动模式里我们可以根据自己的实际需要来设定最佳湿度值；自动模式中的最佳湿度值是系统设计的初始值，这两种模式可以通过设定的按键来切换。在本次设计中加湿模块运用二极管模拟的方式，当系统检测到驱动加湿器模块的管脚出现低电平时，二极管点亮演示加湿；水位监测模块检测到低水位，既管脚电平变为低电平时，蜂鸣器发出报警信号，防止出现加湿器干烧的情况。4
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2 系统硬件设计
2.1 总体设计
根据设计要求确定了智能加湿器的整体设计方案，该设计方案由单片机、温度传感器、1602LCD以及按键输入等部分组成。智能加湿器需满足以下要求：
（1）系统直接由5V的直流电源提供电压； （2）用户能够自由设置系统的最佳湿度值； （3）环境湿度低于40％时系统会自动加湿； （4）检测得到的数据可以通过显示模块显示。 总体设计的智能加湿器功能原理图如图2.1所示。
温湿度显示模块温湿度传感器 按键输入模块 单片机加湿模块 图2.1 智能加湿器功能原理图
电路中设计了一个手动/自动转换键，选择自动模式，相当于按下复位键，系统恢复默认最佳相对湿度，温湿度传感器对空气中的温湿度进行检测，最后运用液晶屏将经过计算后的数据显示出来，如果检测到的湿度比最佳湿度范围低就开始加湿，超过最佳湿度范围就停止加湿。
在系统的显示模块中，STC89C52芯片的P0端的八个引脚分别与液晶显示屏的数据输入端口D1~D8相连，P2.7和P2.6口分别接到LCD的寄存器选择端和使能端，RW为读写信号选择端口，端口电平为高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。在本次设计中只进行写操作，所以读写信号选择端口接地。RS是寄存器选择端口，当RS=‘0’时系统进行写指令操作，RS=‘1’时进行写数据操作；E为使能端，当E端电平信号出现高脉冲即上升沿时，液晶屏
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报警模块