c语⾔设计温控系统，基于单⽚机的智能温控系统的设计与实现吴虹佳++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，
nhdt-471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。
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，由温湿度传感器模块和红外光电开关模块采集温湿度与红外信号，再运⽤脉冲的不同时延调节风扇(步进电机)的转速，调⽤液晶显⽰模块显⽰当前温湿度，调⽤加湿器(开关类)控制模块控制加湿器的开与关。
(⼀)主程序设计
主程序是整个程序设计的主体，也是整个系统中最重要的部分，它负责每个⼦程序模块的执⾏顺序、时序以及它们之间的关系。当按下开关键后，系统开机运⾏，显⽰当前温湿度，在检测到⼈体的情况下，若温度⾼于规定上限值，模拟调速类电器(风扇)开始全速转动；若温度在规定上下限值之间，风扇缓慢转动；若温度低于规定下限值，风扇停⽌转动；当湿度低于规定值时，模拟开关类电器(加湿器)开始⼯作。当检测不到⼈体时，风扇和加湿器都停⽌⼯作。
(⼆)温湿度传感器模块设计
新式的单总线温湿度数字传感器(DHT11)不需要外置的AD转换模块，具备标准接⼝，控制⽅便，易于实现。其部分算法设计原理：单⽚机发送⼀次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到⾼速模式，等待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发⼀次信号采集。总线为低电平时，DHT11发送响应信号，DHT11发送响应信号后，再把总线拉⾼80us，准备发送数据，每⼀bit数据都以50us低电平时隙开始，⾼电平的长短决定数据位是0还是1。
(三)液晶显⽰模块设计口香糖电池
液晶显⽰模块是⼀个缓慢性的设备，在执⾏每条指令之前要确认模块的忙标志为低电平，表⽰不忙，否则此指令失效。其部分算法设计如下所⽰：
1.display0[1]=温度的个位数字；
2.display0[0]=温度的⼗位数字；
3.调⽤显⽰函数显⽰出⼀个字节，即⼗位上的数；
4.调⽤显⽰函数显⽰出⼀个字节，即个位上的数；
室外1V2
带电清洗剂(四)风扇(调速类)转速控制模块设计
通过软件编程，⽤单⽚机实现脉冲分配，步进电机的不同转速通过设置延时函数参数来确定，在⼀定时延范围内，延时越短电机转速越快，反之越慢[5]。其部分算法设计如下所⽰：IF检测到⼈且温度在20～25度之间THENdo延时函数的参数设为500ms；srvcc
IF检测到⼈且温度不低于25度THENdo延时函数的参数设为70ms；
IF检测不到⼈或温度不⾼于20度THENdo延时函数的参数设为150000ms；
ENDIF
(五)加湿器(开关类)控制模块设计
单⽚机通过继电器的开闭控制加湿器的⼯作状态，将继电器设置为低电平触发，当单⽚机发送低电平
时，继电器开关闭合[10]，电器设备开始⼯作(即加湿器喷雾)；当单⽚机发送⾼电平时，继电器开关断开，电器设备停⽌⼯作(即加湿器不⼯作)。其部分算法设计如下所⽰：
IF检测到⼈且湿度低于45%THENdo发送低电平，加湿器⼯作；
ELSE检测不到⼈或湿度不低于45%THENdo发送⾼电平，加湿器停⽌⼯作；
ENDIF
三、系统的运⾏与测试
本系统是由多个模块集合⽽成的，为了保证整个系统正确运⾏，测试系统的正确性与可靠性时就要对系统的各个模块进⾏逐⼀测试，具体的测试⽅案见表1。
各个模块测试完成后进⾏整个系统测试，为了说明本系统的可靠性和通⽤性，对不同的电器设备进⾏了多次系统测试[11]。对于不同类型的设备，它们各⾃有不同的特征，但其本质的核⼼电路却是相似的，都可以通过本智能温度控制系统实现很好的智能控制，通过实验测试说明，该系统具有较⾼的测量精度和控制能⼒。
本系统的难点是对电路原理图的理解，以及对引脚的作⽤的熟悉。液晶显⽰屛出现闪烁和抖动最主要
的原因就是显⽰器的刷新频率设置低于75Hz造成的，只需把刷新率调⾼到75Hz以上，屏幕抖动的现象就不会再出现了，同时要做好清屏⼯作。在设计过程中遇到很多问题，但经过反复调试，最终可以使系统正常运⾏。
四、结语
本系统采⽤STC89C52为中央处理器，与各种外围设备构成整个单⽚机控制系统，采⽤E18-D80NK红外光电开关检测室内⼈体信号，⽤温湿度传感器DHT11来检测室内温度和湿度，通过1602液晶显⽰屏将温湿度显⽰出来，⽤风扇模拟调速类(使⽤步进电机的)电器设备，⽤加湿器模拟开关类电器设备，能够实现对⼤多数与温度和湿度相关的电器设备的智能控制，并达到很好的节能效果。本设计的局限性在于可以控制的电器设备的类型有限，在之后的研究中，将以扩⼤系统的通⽤性及增强系统的稳定性为⽬標，使其能更好地应⽤到更多不同类型的电器设备中。
【参考⽂献】
[1]李丽亚.智能控制技术在机电控制系统中的应⽤研讨[J].通讯世界，2016(12)：214.
[2]尹冬梅.基于单⽚机控制的PWM直流电机调速系统[J].科技传播，2015(24)：155-157.
[3]马骏.单⽚机实践教学实验开发板的设计与实现[J].轻⼯标准与质量，2016(02)：57-58.
[4]ArmstrongRL，BrodzikMJ.RecentNorthernHemisphereSnowExtent：AComparisonofDataDerivedFromVisibleandMicrowaveSatelliteSensors[J].GeophysicalResearchLetters，2015(19)：3673-3676.
[5]吴天强，朱剑，叶敏台.⼏种常⽤反射型红外光电传感器件的性能探析[J].中国⾼新技术企业，2016(14)：63-64.
[6]李晴.单⽚机控制的步进电机⽂检系统[D].北京交通⼤学，2014.
[7]赵⽂祥，唐建勋，吉敬华.五相容错式磁通切换永磁电机及其控制[J].中国电机⼯程学报，2015(05)：1229-1236.
[8]赵亮.跟我学51单⽚机(七)--LCD1602液晶显⽰模块[J].电⼦制作，2011(07).
[9]陈平.例说长时探究——以《初识家⽤电器和电路》为例[J].中学物理：初中版，2016(07)：33-34.
[10]杨光勇.探讨继电器在电⽓⼯程⾃动化低压电器中的应⽤[J].科技经济导刊，2016(20)：29-76.弹簧包
[11]沈亮.嵌⼊式软件的测试⽅法与技术[J].数字技术与应⽤，2015(11)：232.
作者简介：吴虹佳(1994.01-)，⼥，辽宁鞍⼭，⼴西⼤学计算机电⼦与信息学院在读研究⽣。研究⽅向：⽹络性能优化。林军(1993.05-)，男，辽宁⼤连，辽宁⼯程技术⼤学软件学院在读研究⽣。研究⽅向：⾼性能计算。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议