婴幼儿房温湿度智能控制系统的设计

谢华奕　徐剑琴　李克讷

摘要：设计一种基于AVR单片机的婴幼儿房温湿度智能控制系统，该系统以ATmega16L单片机为主控芯片，利用SHT10温湿度传感器对房间的温湿度进行数据采集，通过按键可分别调节温度、湿度的上下阈值以获得一年四季最适宜宝宝生活的室内温度和湿度范围，通过单片机对继电器控制，分别控制冷气机、暖气机、加湿器和抽风机的动作，从而完成室内温湿度的自动调节。另外，系统还具有定时自动通风换气功能，通风时间和时长也可由用户调整。该系统充分利用了ATmega16L单片机资源，简化了系统设计，具有硬件结构简单、成本低、工作稳定等优点。

Abstract： This paper designs an intelligent control temperature and humidity system for the infant's room based on AVR microcomputer. The system uses ATmega16L microcomputer as the main control chip. It uses SHT10 temperature and humidity sensor to collect data on the temperature and humidity of the room. The thresholds of the indoor temperature and humidity can be adjusted by the keys for the most suitable baby's life throughout the year. The microcomputer can control the actions of air conditioners， heaters， humidifiers and exhaust fans， so as to complete the automatic adjustment of indoor temperature and humidity. In addition， the system also has a timing automatic ventilation function， the ventilation time and duration can also be adjusted by the user. This system makes full use of ATmega16L microcomputer resources， which simplifies the system design and has the advantages of simple hardware structure， low cost， stable work and etc.

关键词：婴幼儿;室内;自动控制;ATmega16L单片机;温湿度

Key words： infants and children;indoor;automatic control;ATmega16L microcontroller;temperature and humidity

中图分类号：TP273                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）12-0261-02

0  引言

婴幼儿由于免疫力较低，对环境温湿度要求较高。一般来说，婴幼儿房间的适宜温度保持在18-24℃，湿度保持在55%-65%之間。室温过高，易于引起发烧;室温过低，影响四肢活动和吸吮动作。另外，不恰当的湿度会引起婴幼儿呼吸道的不适，甚至引发呼吸道疾病。因此，适宜的环境温湿度是新生儿保暖保湿的最基本措施。但我国由于区域经济发展的不平衡，造成了大量劳动力的流动。他们的居住问题通常是通过租房解决，但对于低收入群体很难保障居所配备有空调设备。因此，设计一套具有温湿度和通风调节的控制系统显得尤为必要。

本文为此设计一种基于AVR单片机的婴幼儿房温湿度智能控制系统，可以根据室内环境温湿度的变化，自动控制降温、升温、加湿或除湿，实现室内温湿度的自动调节，以保证宝宝生活环境的舒适。另外，系统还设置了定时通风换气功能，以保持室内空气新鲜，更有利于婴幼儿呼吸系统的功能发育，保证身体健康。

1  婴幼儿房温湿度智能控制系统设计

本系统可通过按键输入不仅可以设定环境温度、湿度的上下阈值，还可以设置每日定时通风换气的时间和时长。通过温湿度传感器SHT10采集室内的温湿度数据[1，2]，分别与设定环境温度、湿度的上下阈值作比较，并进行控制。系统通过抽风机来实现通风换气。当设定的时间到，系统会自动开启抽风机，以实现室内换气。抽风机的运转达到设定的时长时，抽风机才会自动停转。

根据温湿度智能控制的方法，本系统可划分为相应几个模块进行设计，系统整体框图如图1所示。

2  系统的硬件设计

根据婴幼儿房温湿度控制系统的总体设计示意图，系统以ATmega16L单片机为控制核心，其它部分以模块化进行设计。

本设计的输出控制电路主要是使强电设备冷气机、暖气机、加湿器、抽风机能够运行和停止，通过输入信号的变化使继电器动作，从而对这些设备的控制电路进行接通和断开，实现设备的自动控制。考虑到单片机I/O口的驱动能力不强，因此加入了ULN2003A用于驱动继电器动作。系统还通过LCD1602作为显示模块，方便用户操作。本系统的主要单片机引脚资源分配如表1所示。

值得指出的是，ATmega16L单片机还预留有一定的引脚资源以扩展系统，能够多点采集温湿度，形成多点温湿度自动化控制调节。

3  软件设计

AVR单片机程序采用ATMEL公司推荐的ICCAVR编程软件开发[3]。婴幼儿房温湿度控制系统程序由主程序、子程序和中断程序组成。子程序主要负责温湿度的采集和转换、系统数字时钟的实现、按键的扫描和处理、LCD显示、温湿度的比较和输出控制、定时通风的开启等。定时器1中断程序负责产生数字时钟的秒信号、通风换气的定时、以及定时采集温湿度。外部中断INT0实现时间的时、分和时长的递增，以及温、湿度上阈值的调节。外部中断INT1实现时间的时、分和时长的递减，以及温度、湿度下阈值的调节。程序的编制和仿真在计算机上完成，仿真验证通过后把程序下载到ATmega16L进行调试和运行。

主程序采用模块化设计，除了多个初始化程序：端口初始化port_init（）、中斷初始化INT_init（）、LCD1602初始化Init_LCD（）和定时器1初始化Timer1_Init（）之外，还调用了温湿度采集和转换getTandH（）、温湿度显示showtemp_and_humi（）、系统时间调整shizhongjishi（）、时间显示LCDshowtime1（）、按键的扫描和处理changekey（）、温湿度的比较和输出控制compare（）、定时通风的开启kaiqitf（）等多个子程序。主程序流程图的设计如图2所示。

定时器1中断程序主要是为了实现逐秒计时功能，由于单片机采用8MHz晶振，因此，可设置16位定时器1的分频系数为256，计数寄存器TCNT1H为0x85，TCNT1L为0xEE，以使单片机每过一秒进入中断程序。考虑到温湿度的变化比较缓慢，因此可设置定时采集温湿度，例如每分钟采集一次。另外，用户在调节参数的过程中可能会没完成设置的步骤，系统会进行检测，当检查到超过30秒没有按键按下，恢复各功能键的标志位为初始值，以使得显示器更新显示当时的系统时间和室内温湿度。

4  结论

本文设计了一种基于AVR单片机的婴幼儿房温湿度智能控制系统，采集当前室内的实际温湿度，与设定的温湿度阈值比较，当超过设定的温湿度范围时，会相应发出控制信号，控制冷气机、暖气机、加湿器、抽风机的动作，实现温湿度的自动调节，以保证宝宝舒适的生活环境。系统还设置定时通风换气，保证室内空气的新鲜。系统硬件资源利用合理，可扩展性好。程序设计思路清晰、简单、可行。此系统还可以推广用于老人房、加护病房和实验室等场合的温湿度控制。经实践测试表明：该系统能自动控制降温、升温、加湿、除湿和通风，从而调整婴幼儿房的温湿度，实现婴幼儿最适宜的生活环境。

参考文献：

[1]王秉华，贾兰英，李丽华.基于ATmega16和SHT71的鸡舍温湿度测控系统[J].农机化研究，2010（02）：98-100，103.

[2]陈杰，黄鸿.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]马潮，詹卫前，耿德根.ATmega8原理及应用手册[M].北京：清华大学出版社，2003.