基于单片机的智能加湿器设计 - 图文(4)

基于单片机的智能加湿器设计

有许多方法来检测湿度，其中用湿敏元器件检测空气中湿度是人们常用的方法，湿敏元件分为电容式湿度敏感元件和电阻式湿度敏感元件两种类型。我们经常使用的湿度传感器有高分子电容式和高分子电阻式两种类别。其中高分子电容式湿度传感器的工作原理为：水和高分子材料的介电常数是不一样的，它们的介电常数之和为高分子电容式湿度传感器的介电常数，电容式湿度传感器的介电常数在不同的环境下会受到很大的影响。当被测的雾气状态的水分子通过带有多个孔洞的上电极，扩散到感应湿度的薄膜表面时，薄膜上的极性官能团会吸收这些水分子，进而诱发电容式湿度传感器的介电常数发生变化，改变了湿敏电容器的容量值。高分子电阻型湿度传感器的工作原理为：通常情况下，聚合物膜上的极性基团会对水会产生吸附力。湿度低，由于吸附量很小，不会产生带电离子，其电阻值是比较高的。当空气相对湿度增加，吸附量增大，吸附水的连通性成为导电通道，正、负离子聚合物电解质主要起载体作用。此外，这些被吸附到薄膜上的水分子会解离出氢离子和质子，增强电荷导通性，减小湿度传感器的电阻。湿敏电阻和热敏电阻的在可靠性和精度方面效果不是很好，如果温湿度传感器需要高精度的检测数据的话，选用湿敏电阻和热敏电阻就不是太适合。

方案二：采用集成温湿度传感器。集成温湿度传感器最大的优点就是它检测数据的精度高，自带A/D转换功能，可以把检测到的温湿度信号转化为数字信号，并且存放到自身携带的RAM存储器中，单片机系统能够很快的从中读取到数据，将其转换成十进制就是可以得到我们需要的温湿度数值，使用起来十分快捷、便利。DHT11温湿度传感器市面上最流行的，它响应迅速、抗干扰能力强，性价比很高。因此，我选择方案二。

2.3.2 DHT11数字温湿度传感器

本系统选用DHT11数字温湿度传感器作为温湿度检测元件，DHT11由一个NTC检测温度的元器件与一个电阻式的检测湿度的元器件组成，该传感器可以与高性能的8位单片机相连，是一块可以同时检测温度和湿度的数字传感器。通过单片机和一个简单的电路，它可以检测室内的温度和湿度采集并实时比较，具有性能稳定，响应速度快，抗干扰能力强、性价比高等特点。DHT11通过一个I/O口就可以与单片机系统进行通信，传感器内部的温湿度数

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据可以一次性的传给单片机。DHT11数字温湿度传感器不需要太大的工作电流，一般情况下最大电流为0.5mA。它的工作电压和单片机的工作电压一样，都是+5V。

DHT11外形及引脚说明和描述，如图2.6所示：

图2.6 DHT11外形及引脚排列

VCC连接到正电压，电压输入范围为3.5V到5.5V；DOUT为数据I/O口也是DATA口；NC为空脚，因为没有扩张，所以引脚未启用；GND为负极。DHT11能够同时对相对温湿度进行检测。DHT11数字传感器输出的是数字信号，减少了预处理信号这一步骤，降低了单片机系统的工作量，提高了系统的使用率。输出为单总线结构，能够有效减少对单片机的I/O口的占用，节省资源并且不用再额外的增加电器元件。湿度测量范围20%—90%RH，温度测量范围0~50℃；应用范围广泛，在湿度控制、温湿度检测、消费领域的家电市场都有应用。

单片机系统与DHT11数字温湿度传感器通过DATA进行通信，DATA选择单总线的数据传输格式，通讯时间为4MS。数据被分为两部分：整数和小数。在本次设计中只用到数据的整数部分，所以小数部分的数值始终为‘0’。具体的数据传输流程如下：

数字温湿度传感器DHT11在传输数据时，可以一次性的传输高达40位的数据。数据的传输样式为：8bit湿度整数部分+8bit湿度小数部分+8bit温度整数部分+8bit温度小数部分+8bit校验和[9]。

单片机向DHT11温湿度传感器发送低电平信号（开始信号）后，DHT11开始工作，等到单片机发出高电平信号（开始信号结束）后，DHT11发送应答信号，发送40位数据，并开始收集信号，用户可以有选择的读取部分数据。

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单片机系统发出开始信号，并被DHT11数字温湿度传感器接收到后，会激活传感器对温度和湿度信号进行采集，DHT11温湿度传感器只有在接收到单片机系统发出的开始信号后，才可以采集空气中的温湿度信号。采集信号结束后，传感器会主动把运行模式转换到低速运行模式。通信流程如图2.7所示：

图2.7 DHT11的通讯过程

在单片机系统中，总线电平是‘1’时为空闲状态，单片机把总线电平拉低等待DHT11响应时，总线被拉低的持续时间必须大于18毫秒，在本次设计的程序中拉低20MS，保证DHT11能够检测到起始信号。单片机系统拉高电平后，需要维持20us到40us的时间对系统进行延时，在本次的设计程序中延时的时间为40us。发送数据过程如图2.8所示：

图2.8数据传输

当总线的状态为低电平时，表明DHT11温湿度传感器发出应答信号，应答信号发出后，温湿度传感器把总线的电平拉高等待80us，做好传输数据的准备。每次开始传输1bit数据都会拉低电平50us，数据传输过程中，数字‘0’和‘1’用高电平的持续时长区分。数字‘0’信号的表示方法如图2.9所示。传输数据结束后，温湿度传感器把总线的电平变为低电平，且持续50us，最后上拉电阻把总线电平从低电平变为高电平，使温湿度传感器转换到空闲状态。

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图2.9 数字‘0’信号传输方法

信号‘0’的传输方式是：数据传输开始阶段结束后，总线电平被拉高，如果该高电平持续的时间为26us到28us，此阶段传输的数据就是信号‘0’。

数字‘1’的信号表示方法如图2.10所示：

图2.10 数字‘1’信号表示方法

信号‘1’传输方式是：数据传输开始阶段结束后，总线电平被拉高，如果该高电平持续的时间为116us到118us，此阶段传输的数据就是信号‘1’。

2.3.3 传感器电路

DHT11温湿度传感器能够在3V到5.5V的电压下正常工作，结合一些辅助电路可以检测信号，并且能够对检测到的数据进行初步整理。上电后，DHT11传感器为了通过不稳定的状态，需要等待一秒钟，在这段时间不发送任何指令。DHT11与单片机间的通信和同步是通过数据端口来实现，数据端口与计算机连接到P1.2端口，使用4.7K上拉电阻，防止干扰，提高稳定性。因为检测湿度时会受到环境温度的影响，所以我们应该在一个相对稳定的环境下进行湿度检

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测，在测量湿度的过程中，湿度传感器应在同一温度中。因此，在安装DHT11温湿度传感器时，我们应该注意把温湿度传感器放置到离发热快的元件较远的地方，同时能够保证传感器可以正常的工作。传感器电路如图2.11所示。在本次仿真中，由于仿真软件里没有DHT11温湿度传感器的仿真图，所以在图2.11中的DHT11元器件，只是本人在仿真软件里找的一个与DHT11有着相似管脚的元器件。在实际焊接时，仅仅按照这个仿真图里的管脚连接方式进行连接，元器件还是DHT11传感器，与此没有太大的关系。

图2.11 DHT11传感器连接电路

2.4 液晶显示模块

2.4.1 显示器的设计方案

方案一：采用数码管显示。在该设计中我们需要显示很多的信息，数码管数量少的话就很难达到要求，这样的话会加大我们在焊接和排版时会增加很大的负担。

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