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摘要：本文设计了以STC89C52单片机为控制平台的智能温控系统。 该智能系统能够根据温湿度控制电气设备的工作模式和工作状态。 用E18-D80NK红外光电开关检测人体信号，选择温湿度传感器DHT11采集室内温度和湿度，同时用1602液晶显示屏显示当前室内温湿度。 该系统性能稳定，响应快速，性价比高，具有一定的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，家电产品有自动化、智能化、环保化、人性化的趋势。 现实生活中，与温度相关使用步进电机的电器很多，温度变化需要手动改变工作模式和状态，但人离开或深夜熟睡就无法控制机器，有时忘记关闭电器电源，看不见很多为了解决上述问题，设计了该智能温控系统。 该系统采用高精度集成温湿度传感器，由单片机控制，能及时显示当前温度和湿度，并根据设定的温度和湿度，自动调节电气设备的工作状态和模式。
本文的设计思想最先来自我们的生活中，是为了实现粉丝智能化。 基于单片机的智能温控系统，不仅可以成功实现机器自动化，很好地节约电力，而且可以使产品更加人性化。 在现实生活中可以应用于许多与温度和湿度相关的电器，其设计具有非常广泛的使用和应用价值。
近年来智能控制理论发展迅速，出现了大量崭新的控制理论[1]。 目前国内外对智能温控系统的研究也不断创新，已经取得了很大的研究成果。 研究人员首先通过调整电阻的大小，调节充电容量的时间常数，通过调节晶闸管[2]的控制角来控制电器的工作模式。 然后，随着自动调整设计的出现，通过控制脉宽调制来控制三端双向可控硅，实现了智能控制。
本系统的创新之处在于选择了一种新的控制方式，通过控制脉冲延迟的长度来改变电器的转速，通过继电器来控制电器的工作状态。 此外，还增加了人体红外检测功能，实现人体、温度和湿度同时可控的效果，使冷电器更人性化、智能化。
一、硬件总体设计
本设计以单片机为控制核心，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]，使智能控制系统成为家用电器的分析单片机采集的数字温湿度信号，通过调节脉冲频率控制仪器是否工作。 由此，具有不需要人为控制就能够自动调节电气设备的转速和开关的效果。 整个系统的设计方案如图1所示。 为了使系统更加具体化，考虑最初思想的来源，本文用风扇模拟调速系统(使用步进电机)的电气设备，用加湿器模拟开关系统电气设备。
(一)温湿度检测电路设计
DHT11传感器与单片机连接相对简单，单片机的P3.7端口用于接收串行数据(即数据端口)，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分别连接到单片机的VDD和GND端，传感器的第三脚悬浮放置(4)。 DHT11接收开始信号，触发温湿度采集。 如果不接收主机发送的开始信号，DHT11就不会自动进行温湿度采集。
(二)电机控制电路设计
a相通电，b、c相不通电时，在磁场的作用下，齿1和a对齐。 b相通电，a、c相不通电时，齿2必须与b一致。 此时，转子向右移动1/3T，此时，齿3和c偏移1/3T，齿4和a偏移(T-1/3T )=2/3T。 c相通电，a、b相不通电时，齿3必须与c一致，此时转子又向右移动1/3T，此时齿4与a的偏移与1/3T一致[7]。 电机的位置和速度与导电次数(脉冲数)频率呈一对一关系。 定子的展开图如图2所示。
(三)红外光电开关控制电路设计
这是一种NPN光电开关，检测输出状态为0，1，即数字电路中的高电平和低电平，目标为低电平输出，正常状态为高电平[5]。 共3条线、电源、接地、信号线无需模数转换，可直接连接单片机IO端口。
(四)液晶显示模块电路设计
显示模块的电路图如图3所示，其中在Vo引脚，即3号引脚上增加了10K的滑动电阻器，该电阻器的目的是调节液晶的显示对比度，调节滑动电阻改变Vo的电压值，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附和释放控制。 加湿器的电源端子与继电器的常开连接口连接，加湿器的接地端子与扩展电源板的负极连接，继电器的公共端子与电源扩展版的正极连接，继电器的输入端子与单片机的指定端子[9]连接。
二、软件总体设计
该系统的运行程序用c语言编写，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个子例程模块温湿度传感器模块和采集红外信号，使用脉冲同时延迟调整风扇)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)开关模块
(一)主编程
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
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；
(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；
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。
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作者简介：ymdhy(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。
zrdcjl(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。