超声波加湿器设计硬件部分
目 录
1引言 1
1.1选题背景 2
1.2发展现状及应用前景 2
2设计任务及系统框图 2
2.1设计任务 3
2.2系统框图 4
2.3主流程图 3
2.4整体原理图 4
3 加湿器原理图设计 5
3.1设计思想及设计方法 5
3.2加湿器原理图设计 7
3.3元器件的选择 8
3.4加湿电路调试 11
3.5调试结果 11
4 单片机模块设计 12
4.1温湿度传感器 12
4.2液晶显示屏 13
4.3按键模块 14
4.4单片机系统 15
4.5时钟电路 15
4.6 模数转换 16
4.7继电器 17
5加湿器PCB版图设计 18
5.1PCB设计流程 18
结 论 19
致谢 20
参考文献 21
附录1 22
附录2 23
1引言
室内人们的日常生活离不开清新空气，良好的空气质量离不开合适的湿度，所以室内适度的大小对人们的日常生活至关重要。普通的加湿器在很多家庭、办公室内都可以看见，随着科学技术的进步，国内外对温湿度的检测也是越来越准确，检测技术也越来越智能，也越来越节能。单片机具有高集成度、性能稳定且简便操作等优点，通过温湿度检测以及单片机控制的超声波加湿器在智能方面占据着优势。从现代科学角度看，生活环境很大影响着一个人的工作效率和生活健康，而空气质量直接决定着环境质量，提高环境中的空气质量对人的工作生活健康非常重要。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
/> 1.1选题背景
从研究数据中分析，空气越是洁净，湿度适宜，人们的生活就更加的舒适。冬季空气比较干燥，而且空气中的粉尘会超标，如果在这种环境中生活，人们会感到不适，甚至呼吸不通畅，而且会加快体内水分的消耗，身体皮肤干燥。在炎热的夏季，会加快汗液的排除，体内水分的减少，加速了细胞新陈代谢。生活在湿度很低的环境中，不仅工作效率降低，而且身心健康受到影响，甚至可能导致呕吐，头昏，口干都症状，而加湿器的主要用来创造湿润空气保持盎然生机，滋润肌肤，缓解干燥气候带来的危害，促进生命细胞的新陈代谢，放松神经、舒缓疲劳。在现代高速发展的工业体系中，很多木质装修材料含有有毒物质，随着时间推移，慢慢的挥发，对家庭集体成员造成或多或少的伤害，尤其是小孩，伤害更为严重，所以改善室内空气质量迫在眉睫。相反，良好的室内环境合适的室内湿度有利于维护木质家修，有利于给小孩提供良好的成长环境。根据调查发现，一般春天、秋天，人们的心情就会很好，从周围湿度分析，夏季炎热，水分被蒸发，空气中的湿度很低，冬季降雨量很少，温度普遍比较低，因此干燥。而春季秋季温度适中，湿度适宜，构成了良好的环境。检测证明，周围环境最佳湿度在45%至70%之间。
超声波技术是在世界各地都被广泛的应用，已经拥有相当成熟的技术。加湿技术可改善了人们生活的居住环境，提升了室内的湿度，营造了人与环境的和谐氛围。加湿器有着众多优点：喷雾量大，分散均匀，省电、节能，缺水自动断电，喷雾量自动调节等。
1.2发展现状及应用前景
目前淘宝上的普通加湿器只能够提供基本的雾量调节，水位报警，且大多只能手动来控制，当室内湿度在适宜值时，人体不能准确感知。夏天，由于气候整体干燥，室内空气湿度也变得干燥，不是人们理想的居住环境。冬天，雨水少，空气湿度明显变低，人们因此会感到干燥。当室内相对湿度过高时，家里办公室木质装修可能会发霉，电子器件内部会出现水雾甚至水滴，这会影响电子产品的使用寿命。另一方面，普通加湿器的持续工作，不仅增加了能量的消耗，而且增加了碳排放量，与当今节能减排、绿色低碳的绿色倡导相违背，所以缺少智能型产品。普通加湿器只能加湿跟手动调节喷雾量，很不方便。因此，在普通加湿器的基础上经过单片机控制，控制室内湿度更加的方便。
随着人们生活水平提高，人们对环境的要求越来越高，从住房角度来看，人们对住房的要求不仅仅满足于基本设施的要求，更注重于生活环境，空气质量，智能家电等等。长期住在空气不流通的环境中会导致患病，尤其是中老年人，因为体弱，很少外出走走，而室内的空气质量远不及室外的空气，更需要提高空气质量。在室内空气不流通的情况下，室内二氧化碳浓度只会升高，吸入过多只会感到不舒服甚至患病。其表现特征为胸闷、头痛、头晕、浑身无力、精神萎靡、夜里失眠、免疫力下降等等。由于室内空气质量严重，人们的工作效率会降低，生活质量会降低，一些空气不流通的地方改善空气显得更加重要。所以，家庭空气加湿器应运而生，作为改善室内空气质量的小型家电越来越受到人们的关注。
2设计任务及系统框图
2.1设计任务
选择恰当的换能片器件，确定它的频率，设计出能够产生与之相同频率的高频振荡电路。通过本课题的设计，培养学生独立的电路设计能力以及学会使用单片机。选用C51系列的单片机，高频换能器及其他元器件自选。提供电路设计原理图、PCB板图以及达到要求的实物。
2.2系统框图
本系统单片机选用的是STC89C52，DHT11进行湿度检测，采用1602液晶显示屏，换能片的固有频率为1.7MHz,DHT11温湿度检测，干簧管缺水检测，PCF8591模拟数字双向转换，振荡管BU406。系统框图如图1所示：
图1. 系统框图
总体工作过程：单片机通电，系统初始化，温湿度传感器检测信号传送给单片机，通过按键来提高或降低湿度的设定值。经过单片机信号处理，1602显示屏显示温湿度值，并且显示湿度设置值。当室内湿度的检测值低于湿度设置下限时，单片机上红色指示灯报警，并给输出继电器提供低电平，继电器动作，加湿器电路接通。喷雾量反馈电路：换能片的正极电压通过A/D转换成数字信号传送给单片机，单片机处理过后通过D/A转换成模拟信号加在功率管BU406的发射极，从而控制功率管的偏置电压，进而控制振荡频率，从而控制喷雾量。
加湿器工作过程：单片机输出继电器动作，加湿器电源电路得电，电感电容及功率放大器BU406组成超声波振荡电路产生高频振荡加在换能片两端，与换能片接触的水变成水雾粒子。在换能片两端检测电压反馈到单片机中，单片机处理过后通过改变功率管偏置电压，进而改变喷雾量。
2.3主流程图
系统各个模块：湿度检测模块、定时模块、显示模块、水位检测模块，继电器输出模块。系统得电初始化后，湿度检测的数据送至单片机，湿度检测值与设定的值进行比较，判断是否加湿。加湿中如果加湿器中水位过低，指示灯显示红色报警，通过干簧管断开电源电路停止加湿，主流程图如图2所示：
图2.主流程图
2.4整体原理图
单片机控制加湿器电源电路并给予加湿器喷雾量反馈电路，通过DHT11进行室内环境温湿度检测输送给单片机，单片机处理之后给予加湿器电路通断信号。加湿过程中，单片机对加湿器进行喷雾量的控制。整体原理图包括以下几个部分：单片机最小模块、温湿度检测模块、1602液晶显示模块、继电器模块、数模转换模块、加湿器模块。温湿度用来检测室内温湿度，1602显示器显示温湿度即设定值，模数转换模块用于加湿器反馈电路，继电器用于单片机控制加湿器电源电路，加湿器模块用于加湿电路。整体原理图如图3所示:
1引言 1
1.1选题背景 2
1.2发展现状及应用前景 2
2设计任务及系统框图 2
2.1设计任务 3
2.2系统框图 4
2.3主流程图 3
2.4整体原理图 4
3 加湿器原理图设计 5
3.1设计思想及设计方法 5
3.2加湿器原理图设计 7
3.3元器件的选择 8
3.4加湿电路调试 11
3.5调试结果 11
4 单片机模块设计 12
4.1温湿度传感器 12
4.2液晶显示屏 13
4.3按键模块 14
4.4单片机系统 15
4.5时钟电路 15
4.6 模数转换 16
4.7继电器 17
5加湿器PCB版图设计 18
5.1PCB设计流程 18
结 论 19
致谢 20
参考文献 21
附录1 22
附录2 23
1引言
室内人们的日常生活离不开清新空气，良好的空气质量离不开合适的湿度，所以室内适度的大小对人们的日常生活至关重要。普通的加湿器在很多家庭、办公室内都可以看见，随着科学技术的进步，国内外对温湿度的检测也是越来越准确，检测技术也越来越智能，也越来越节能。单片机具有高集成度、性能稳定且简便操作等优点，通过温湿度检测以及单片机控制的超声波加湿器在智能方面占据着优势。从现代科学角度看，生活环境很大影响着一个人的工作效率和生活健康，而空气质量直接决定着环境质量，提高环境中的空气质量对人的工作生活健康非常重要。
/> 1.1选题背景
从研究数据中分析，空气越是洁净，湿度适宜，人们的生活就更加的舒适。冬季空气比较干燥，而且空气中的粉尘会超标，如果在这种环境中生活，人们会感到不适，甚至呼吸不通畅，而且会加快体内水分的消耗，身体皮肤干燥。在炎热的夏季，会加快汗液的排除，体内水分的减少，加速了细胞新陈代谢。生活在湿度很低的环境中，不仅工作效率降低，而且身心健康受到影响，甚至可能导致呕吐，头昏，口干都症状，而加湿器的主要用来创造湿润空气保持盎然生机，滋润肌肤，缓解干燥气候带来的危害，促进生命细胞的新陈代谢，放松神经、舒缓疲劳。在现代高速发展的工业体系中，很多木质装修材料含有有毒物质，随着时间推移，慢慢的挥发，对家庭集体成员造成或多或少的伤害，尤其是小孩，伤害更为严重，所以改善室内空气质量迫在眉睫。相反，良好的室内环境合适的室内湿度有利于维护木质家修，有利于给小孩提供良好的成长环境。根据调查发现，一般春天、秋天，人们的心情就会很好，从周围湿度分析，夏季炎热，水分被蒸发，空气中的湿度很低，冬季降雨量很少，温度普遍比较低，因此干燥。而春季秋季温度适中，湿度适宜，构成了良好的环境。检测证明，周围环境最佳湿度在45%至70%之间。
超声波技术是在世界各地都被广泛的应用，已经拥有相当成熟的技术。加湿技术可改善了人们生活的居住环境，提升了室内的湿度，营造了人与环境的和谐氛围。加湿器有着众多优点：喷雾量大，分散均匀，省电、节能，缺水自动断电，喷雾量自动调节等。
1.2发展现状及应用前景
目前淘宝上的普通加湿器只能够提供基本的雾量调节，水位报警，且大多只能手动来控制，当室内湿度在适宜值时，人体不能准确感知。夏天，由于气候整体干燥，室内空气湿度也变得干燥，不是人们理想的居住环境。冬天，雨水少，空气湿度明显变低，人们因此会感到干燥。当室内相对湿度过高时，家里办公室木质装修可能会发霉，电子器件内部会出现水雾甚至水滴，这会影响电子产品的使用寿命。另一方面，普通加湿器的持续工作，不仅增加了能量的消耗，而且增加了碳排放量，与当今节能减排、绿色低碳的绿色倡导相违背，所以缺少智能型产品。普通加湿器只能加湿跟手动调节喷雾量，很不方便。因此，在普通加湿器的基础上经过单片机控制，控制室内湿度更加的方便。
随着人们生活水平提高，人们对环境的要求越来越高，从住房角度来看，人们对住房的要求不仅仅满足于基本设施的要求，更注重于生活环境，空气质量，智能家电等等。长期住在空气不流通的环境中会导致患病，尤其是中老年人，因为体弱，很少外出走走，而室内的空气质量远不及室外的空气，更需要提高空气质量。在室内空气不流通的情况下，室内二氧化碳浓度只会升高，吸入过多只会感到不舒服甚至患病。其表现特征为胸闷、头痛、头晕、浑身无力、精神萎靡、夜里失眠、免疫力下降等等。由于室内空气质量严重，人们的工作效率会降低，生活质量会降低，一些空气不流通的地方改善空气显得更加重要。所以，家庭空气加湿器应运而生，作为改善室内空气质量的小型家电越来越受到人们的关注。
2设计任务及系统框图
2.1设计任务
选择恰当的换能片器件，确定它的频率，设计出能够产生与之相同频率的高频振荡电路。通过本课题的设计，培养学生独立的电路设计能力以及学会使用单片机。选用C51系列的单片机，高频换能器及其他元器件自选。提供电路设计原理图、PCB板图以及达到要求的实物。
2.2系统框图
本系统单片机选用的是STC89C52，DHT11进行湿度检测，采用1602液晶显示屏，换能片的固有频率为1.7MHz,DHT11温湿度检测，干簧管缺水检测，PCF8591模拟数字双向转换，振荡管BU406。系统框图如图1所示：
图1. 系统框图
总体工作过程：单片机通电，系统初始化，温湿度传感器检测信号传送给单片机，通过按键来提高或降低湿度的设定值。经过单片机信号处理，1602显示屏显示温湿度值，并且显示湿度设置值。当室内湿度的检测值低于湿度设置下限时，单片机上红色指示灯报警，并给输出继电器提供低电平，继电器动作，加湿器电路接通。喷雾量反馈电路：换能片的正极电压通过A/D转换成数字信号传送给单片机，单片机处理过后通过D/A转换成模拟信号加在功率管BU406的发射极，从而控制功率管的偏置电压，进而控制振荡频率，从而控制喷雾量。
加湿器工作过程：单片机输出继电器动作，加湿器电源电路得电，电感电容及功率放大器BU406组成超声波振荡电路产生高频振荡加在换能片两端，与换能片接触的水变成水雾粒子。在换能片两端检测电压反馈到单片机中，单片机处理过后通过改变功率管偏置电压，进而改变喷雾量。
2.3主流程图
系统各个模块：湿度检测模块、定时模块、显示模块、水位检测模块，继电器输出模块。系统得电初始化后，湿度检测的数据送至单片机，湿度检测值与设定的值进行比较，判断是否加湿。加湿中如果加湿器中水位过低，指示灯显示红色报警，通过干簧管断开电源电路停止加湿，主流程图如图2所示：
图2.主流程图
2.4整体原理图
单片机控制加湿器电源电路并给予加湿器喷雾量反馈电路，通过DHT11进行室内环境温湿度检测输送给单片机，单片机处理之后给予加湿器电路通断信号。加湿过程中，单片机对加湿器进行喷雾量的控制。整体原理图包括以下几个部分：单片机最小模块、温湿度检测模块、1602液晶显示模块、继电器模块、数模转换模块、加湿器模块。温湿度用来检测室内温湿度，1602显示器显示温湿度即设定值，模数转换模块用于加湿器反馈电路，继电器用于单片机控制加湿器电源电路，加湿器模块用于加湿电路。整体原理图如图3所示:
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