基于单片机的风扇温湿度控制系统

西安石油大学电子工程学院 罗雪仪 王 龙 孔祥哲 程 龙 杨 超

1 绪论

温度、湿度已经成为人类生活中重要的环境因素。随着地球环境的恶化，人们的生活环境也面临更大的危机。

在办公环境中，有变频空调；在农场中，有水泵；在车间中有换气扇。不同的地点有不同的环境要求，在我们的设想中，能够根据不同的要求改变环境中某种因素，人们的生活质量将得到很大的提升。

首先我们要对环境进行检测，利用DHT11对环境的温度、湿度进行检测。对52单片机进行编程控制后，安装按键和1602显示屏，即可以在1602上显示现在的温湿度和对应的温湿度上下限值，而且可以通过按键对限值进行调整。最后放大电路后设置4个继电器，触发限值报警时，对应的限值对应不同的继电器，报警而且模拟不同效果。

2 系统总体方案设计

2.1 系统工作原理

设计温湿度传感器DHT11，对环境中的温度、湿度因素进行实时检测，通过单片机的控制，实现限值报警，安装按键可以调节上下限值的具体数值，而且在1602上分行显示。温湿度上下限值共有4个，对应4个继电器，不同限值触发不同继电器，继电器吸合，电路导通，实现模拟不同效果的功能。

2.2 设计思路

以单片机最小系统为核心，加上传感器与输出端，形成一个控制系统。

主要模块：单片机最小系统、传感器模块（dht11）、显示模块（1602）、按键及报警模块（按键和蜂鸣器）、模拟效果模块（放大电路和继电器）。

根据原理图，设计最小系统、传感器和1602，检测温湿度信号经过单片机信号处理，传输到1602，并行显示实时温湿度和温湿度限值，超过限值报警，如图1所示。

图1 系统原理图

2.3 硬件设计

主要由4个大的模块构成，分别是主控模块、传感器模块、LCD液晶显示模块及报警模块。主控模块为STC89C52芯片及其最小系统。在整个系统中起到控制核心的作用，所有元器件在控制核心的存在下变得灵活起来。传感器模块使用DHT11，利用排座直插在PCB上；报警模块使用三极管和蜂鸣器，超过限值会进行报警；LCD使用1602，显示两行：实时温湿度和设置的限值。

2．3．1 单片机系统设计

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52具有以下标准功能： 256字节RAM，32 位I/O口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个2级中断结构。在使用Altium Designer时，设计PCB，以单片机作为核心，在其附近安插其他器件：复位电路、晶振电路、按键电路和电源电路。在单片机最小系统设计完成之后，只需要设计其他的输入输出模块就能完成整个系统的设计。

2．3．2 传感器输入设计

DHT11是一种温湿度传感器

测量范围20% ～90%RH，0℃ ～50℃。测温精度为-+2℃，测湿精度为-+5%RH。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件应用电路如图2所示，电路原理图如图3所示。

图2 DHT11 典型应用电路

图3 DHT11 电路原理图

2．3．3 显示器选型

在日常生活中，显示方式有很多，其中有LED显示（流水灯）；数码管显示；点阵显示。

对比各种显示方式，LED不能显示数字，

数码管显示的数字和字母有限，点阵显示需要驱动，还需要设计驱动的安装。相比于这些现实方式，1602属于集成模块，而且能够显示：数字、字母、符号、文字。有更加全面的功能，总共16个引脚，直插在PCB上，相对于来说能达到效果而且不那么复杂，因此选用1602显示屏。

2．3．4 报警模块设计

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器。采用直流电压供电，可以连接单片机，单片机是直流5V供电。设计电阻和三极管9012，一端接GND，一端接VCC。原理图如图4所示。

图4 蜂鸣器电路原理图

2．3．5 继电器设计

继电器选择6引脚的RELAY-SPDT，单刀双掷开关。4、5脚是继电器线圈，没有正负极之分的，一个脚接三极管，另外一下脚接地。1—2是常闭，1—3是常开。图下面有两个1脚，是公共端，继电器内部是接在一起的。封装图如图5所示，引脚图如图6所示。

图5 继电器封装图

图6 继电器引脚图

继电器相当与一个开关，是否吸合来控制电力路开路或者通路。在经过9012三极管对电流的放大之后，如果超过报警限值就会吸合，四个继电器分别模拟4个功能：去湿、加湿、降温、升温等功能。每个继电器后面加了一个接口，能够分别加入其他5V用电器。其中第三个继电器有降温功能，当温度超过温度上限之后，风扇开始转动。升温功能，可以连接升温棒，在停止风扇的同时，开启升温棒，实现简单的升温控制器。

2.4 硬件设计

主程序首先要对整个系统进行初始化，然后将采集到的温湿度指令传给系统，然后采集温湿度信号，传送给单片机，进行判断，根据控制方法，使不同的情况连通不同的继电器，接通不同的继电器，模拟不同的情况。主程序设计图如图7所示。

图7 主程序流程图

表1 测量电压表

3 调试与测试

分别把每个模块的电路和总体电路设计出来，使用Altium Designer软件做出PCB板，把每个元器件焊接好，使用万用表和测试电机进行测试。按照原理，经过三极管的放大之后，继电器吸合，从而使外接风扇转动。总共4个继电器，分别模拟去湿、增湿、降温、升温等过程。结论：系统能顾通过按键调节温湿度的上限限值，并且能够检测信号，发生报警。继电器成功运作，能够成功模拟四种不同的风扇效果。如表1所示。

4 结语

随着时代的进步，科技的发展，人工智能与人们生活之间的距离越来越近，智能风扇只是一个课题，让我们在这段时间内学习单片机最小系统加上传感器与输出端形成的一个小型模拟系，让我们在学习的过程中体会到科技的力量，根据不同的环境模拟出不同的效果，相信在未来，风扇或者其他用电器能够更加智能化！

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