基于C51單片機加濕器的設計與制作

湖南商務職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計

目錄

1產(chǎn)品功能分析....................................................1

2設計方案遴選....................................................1

2.1單片機的選擇...............................................1

2.2藍牙通訊...................................................2

2.3系統(tǒng)框圖設計...............................................2

3產(chǎn)品硬件設計....................................................2

3.1STC89C52單片機核心電路設計................................2

3.2按鍵電路設計...............................................3

3.3液晶顯示部分...............................................4

3.4報警電路部分...............................................5

3.5繼電器.....................................................5

3.6傳感器.....................................................6

4產(chǎn)品軟件設計....................................................7

4.1主程序流程圖...............................................7

4.2液晶顯示模塊...............................................8

4.3溫度檢測控制...............................................8

4.4上位機APP..................................................9

5產(chǎn)品使用說明...................................................10

5.1產(chǎn)品裝配圖................................................10

5.2產(chǎn)品調(diào)試..................................................11

5.3產(chǎn)品使用說明..............................................12

6產(chǎn)品設計技術(shù)標準................................................12

參考資料..........................................................13

附錄..............................................................14

附錄1元器件清單............................................14

附錄2電路原理圖............................................15

I

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附錄3PCB設計圖.............................................16

附錄4產(chǎn)品實物圖............................................17

附錄5主程序代碼............................................18

II

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基于C51單片機加濕器的設計與制作

1產(chǎn)品功能分析

本次設計為基于51單片機的智能加濕器系統(tǒng)，以STC89C52和溫濕度傳感

器DHT11為設計核心，利用濕度傳感器將溫濕度信號進行采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信

號，利用單片機進行數(shù)據(jù)分析和處理，實現(xiàn)智能開啟和關(guān)閉加濕功能,用繼電器

控制加濕器以達到對濕度的調(diào)節(jié)，如果環(huán)境濕度過低就會開始加濕，當?shù)竭_一

定的濕度就會自動停止加濕，會將濕度控制在合適的范圍之內(nèi)。外接輔助電路

實現(xiàn)加濕器的防干燒以及室內(nèi)相對濕度的實時顯示功能，當加濕器中儲存水位

過低時自動停止加濕并報警，使加濕器實現(xiàn)智能化，有效地防止過度加濕和干

燒，實現(xiàn)加確保加濕器的安全性。系統(tǒng)電路簡單、讀取方便、檢測精度高，具

有較高的可靠性和實用價值。

2設計方案遴選

采用實時測量濕度，加濕器設置有自動擋和手動擋，用戶可根據(jù)自己的需

求設置自己喜歡的相對濕度。當加濕器將濕度達到用戶設置的濕度時，加濕器

自動停止加濕，以達到避免加濕器過度加濕的目的。在這整個加濕器運行的過

程中，如果加濕器發(fā)出水位低的信號，則負責監(jiān)測水位的蜂鳴器將會自動報警，

加濕器也會停止加濕，以達到避免干燒的目的。設置了模式輸入、水位輸入和

濕度的按鍵輸入方便用戶操作，同時用指示燈顯示各狀態(tài)便于用戶查閱。

產(chǎn)品硬件電路在設計與搭建前需要選擇好我們產(chǎn)品所需要的各個零件，才

能把我們自作的產(chǎn)品功能能夠發(fā)揮出效果來。有效果的加濕器系統(tǒng)需要很多個

零部件組成的，有很多零件以及模塊可以讓我們選擇，需要我們根據(jù)實際以及

根據(jù)我們的經(jīng)濟水平和產(chǎn)品兼容性上來考慮的，產(chǎn)品的基本形式是由加濕器，

溫度顯示，蜂鳴器報警，數(shù)碼管顯示功能組成。

2.1單片機的選擇

本系統(tǒng)采用STC89C52作為控制電路的核心器件，STC89C52系列單片機是一

種帶8K字節(jié)閃爍可以編程和檫除只讀存儲器的低電壓，高性能的微小處理器，

與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

1

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2.2藍牙通訊

通過藍牙模塊與安卓手機進行連接將數(shù)據(jù)通過藍牙傳輸?shù)桨沧渴謾C上顯示。

藍牙設備是一個比較新型的連接設備，支持設備短距離通信無線電技術(shù)當

屬于是藍牙這款了，可以在大量外設等其他設備中通過無線信息交換與交流，

極大程度簡化了移動通信終端設備兩者之間的通信，主要是對于我做的產(chǎn)品而

言藍牙模塊是最佳的選擇了，因為對于學生的經(jīng)濟水平來說藍牙模塊性價比很

高，而且相對于我們專業(yè)來講，藍牙模塊的使用比較頻繁，產(chǎn)品用藍牙模塊上

手會很容易一點，所以選擇使用了藍牙模塊。

2.3系統(tǒng)框圖設計

系統(tǒng)框圖設計如圖1所示。

按鍵設置LCD160顯

示

蜂鳴器報警

單片機處理單

水位傳感器檢測元

藍牙串口通信

繼電器控制加濕

DHT11溫濕度采集

器

圖1系統(tǒng)框圖

3產(chǎn)品硬件設計

單片機是系統(tǒng)的控制核心，所以此單片機的性能關(guān)系到整個系統(tǒng)的硬件和

軟件設計。單片機采用燒寫容易的STC89C51。由于SHT11不方便手工焊接，焊

接的時候很容易因為溫度過高損害傳感器，因此傳感器選擇性能基本一樣但是

焊接方便的DHT11。顯示部分選用1602LCD。報警采用蜂鳴報警。加濕通過綠色

LED小燈進行模擬，燈亮代表開始加濕。

3.1STC89C52單片機核心電路設計

本系統(tǒng)采用STC89C52作為控制電路的核心器件，STC89C52系列單片機是一

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種帶8K字節(jié)閃爍可以編程和檫除只讀存儲器的低電壓，高性能COMOS8的微小

處理器，簡稱單片機。STC89C52系列單片機，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸

出管腳相兼容，使用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造。

STC89C52單片機原理圖如圖2所示。

圖2STC89C52單片機原理圖

STC89C52單片機實物圖如圖3所示。

圖3STC89C52單片機實物圖

3.2按鍵電路設計

鍵盤分為矩陣式按鍵和獨立式按鍵兩種。但是本次設計中由于所需要的按

鍵不多，因此我們選擇獨立式的按鍵，所有按鍵都是在按鍵與單片機之間的引

腳處于高電平時彈起，在按鍵處于低電平時按下：

3

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（1）硬件系統(tǒng)總開關(guān)：用來控制所有硬件系統(tǒng)的開關(guān)；

（2）K1（自動擋與手動擋狀態(tài)選擇按鍵）：K1模式選擇鍵按下一次后，系

統(tǒng)將轉(zhuǎn)化為手動模式，用戶可以根據(jù)自己喜歡的需要輸入自己滿意的相對濕度，

如果再按一次按鍵，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)化為自動模式，系統(tǒng)將根據(jù)系統(tǒng)默認的最佳相對

濕度40%RH開始加濕任務；

（3）數(shù)字設置鍵：在系統(tǒng)為手動擋模式時，按下設置鍵K2按鍵后濕度進

行加1，按下K3按鍵每按一次濕度減1。

按鍵電路原理圖如圖4所示。

K1

切換模式S1

KEY1

K2

GND

濕度加S2

KEY1

鍵設置

按K3

濕度減S3

KEY1

圖4按鍵電路原理圖

3.3液晶顯示部分

本系統(tǒng)使用的是1602字符型液晶顯示屏，它是一種點陣LCD，可專門用于

數(shù)字、字母、符號等點陣。目前我們常用的點陣有16*1，16*2，20*2，40*2行

等點陣模塊。它們通常有14或16條引腳線，還有一條背光電源線VCC和一條

地線，和14腳的LCD的控制原理相同。在單片機系統(tǒng)中我們使用的顯示元件為

液晶顯示器。1602型LCD有D0-D7一共8位據(jù)線總線和R/W/RS/EN一共有三個

控制端口，可以顯示16個字符占用2行。5V是它的工作電壓，它還具有背光功

能和字符對比度調(diào)節(jié)。LCD1602原理圖如圖5所示。

圖5LCD1602原理圖

4

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3.4報警電路部分

報警器部分采用的是蜂鳴器報警電路，源蜂鳴器發(fā)聲簡單，只要通電就能

持續(xù)不斷的發(fā)聲。報警電路的主要任務就是在水位過低時，將水位信號發(fā)送給

單片機后，報警系統(tǒng)進行報警，以達到避免干燒的目的。蜂鳴器的發(fā)聲原理是

當有一定的電流通過電磁線圈時，電磁線圈會產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲，但

是由于單片機I/O引腳輸出的電流較小，所以單片機輸出的TTL電平基本上驅(qū)

動不了蜂鳴器，因此我們還需要設計一個將電流放大電路。放大驅(qū)動蜂鳴器可

以通過添加一個Pcx0076NP型三極管來完成。在本系統(tǒng)中報警電路由一個1K

電阻，一個三極管和一個蜂鳴器組成，三極管用來放大電路中的電流，驅(qū)動蜂

鳴器發(fā)聲,電阻用來限流防止以控制放大電流。報警電路和單片機的P2.0口相

連，當單片機檢測到水位低時，就會給P2.0置低電平0，此時三級管導通，蜂

鳴器報警，如果水位正常，P2.0置高電平1，三極管截止。報警電路模塊的電

路圖如圖6所示。

VCC

U7

R5PNP

1K

U8

蜂鳴器報警

BELL

GND

圖6蜂鳴器電路原理圖

3.5繼電器

本設計采用的為電磁繼電器，它通常由線圈，鐵芯，觸點，銜鐵，簧片等

零件組成。只要在線圈兩端增加一定的電壓，就會有一定的電流流過線圈，從

而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵

芯，從而驅(qū)動銜鐵的動態(tài)接觸和靜態(tài)接觸（正常開放接觸）吸合。當線圈關(guān)閉

電源時，電磁吸力也會一起消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回到原來的

位置，使動態(tài)接觸與原來的靜態(tài)接觸（正常閉合觸點）釋放。這樣的吸合和釋

放，使繼電器達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“正常開放、

正常閉合”觸點，可以這樣來區(qū)分：“正常開放觸點”就是繼電器線圈處于斷

5

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開狀態(tài)未通電時的靜觸點；“常閉觸點”就是處于接通狀態(tài)的靜觸點。繼電器

一通常有兩條電路，一條是低壓控制電路，另外一條是高壓工作電路。繼電器

的原理圖如圖7所示。

VCC

GND

R9

U21

D11KR17

IN4148JDQ

U9LED31K

U1152LED

3

2VCC

41

1GND

濕器

加JDQ-5

圖7繼電器原理圖

3.6傳感器

傳感器模塊的功能分別是：1.對整個電路進行信號采集和2.對整個電路進

行信號初步處理。DHT11的正常工作電壓范圍是3—5.5V。在使用DHT11傳感器

時，為了避免不穩(wěn)定的狀態(tài)，我們需要等待一秒并且在此期間不能發(fā)送任何指

令。DATA可以幫助我們實現(xiàn)DHT11和微處理器之間的通訊和同步。為了防止干

擾增加穩(wěn)定性，我們可以使DATA和單片機的P2.0口相連，使用4.7K電阻。使

用單總線的數(shù)據(jù)格式，接口非常簡單，不需另外的校準。單獨一次的通訊時間

一般為4ms。分辨率一般是8bit，可以完全能夠達到日常環(huán)境溫濕度的檢測要

求。但是因為濕度的監(jiān)測受周圍溫度變化的影響，所以氣體的相對濕度，也會

依賴于溫度的變化。我們要在相對穩(wěn)定的環(huán)境中去檢測環(huán)境的相對濕度，因在

同一溫度下進行濕度測量的工作。在與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線路

板的情況下，我們在安裝時應盡可能的避免將DHT11與電子元件安裝在一起，

同時應該盡可能的保持外殼的良好通風。我們應該將DHT11與印刷電路板其它

部分的銅鍍層應盡可能的減小，并在它們之間留出一道縫隙，來降低熱傳導。

傳感器的接口如圖8所示。

U25

4

3

DATA1R3

2

110K

DHT11

圖8DHT11傳感器接口電路

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4產(chǎn)品軟件設計

系統(tǒng)的程序設計分以下幾個模塊:1.濕度檢測模塊2.濕度控制模塊3.按鍵

輸入模塊4.顯示模塊5.水位檢測模塊。系統(tǒng)通電初始化后，會讀取水位的信號，

根據(jù)水位信號來判斷是否所有蜂鳴器系統(tǒng)進行報警，選擇自動擋和手動檔模式

后，傳感器讀取濕度并將讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機，單片機在來進行數(shù)據(jù)的比

對，判斷是否進行加濕任務。在此過程中如果加濕器接收到水位過低的信號，

那么蜂鳴器將會進行報警且停止進行加濕。

4.1主程序流程圖

主程序流程圖如圖9所示。

圖9主程序流程

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4.2液晶顯示模塊

液晶顯示模塊在執(zhí)行指令之前，都會提前確認模塊的標志位，在低電平時，

表示不忙，但是為高電時則表示此指令失效。如果要輸入顯示字符首先要輸入

顯示字符的地址，告訴模塊在那里顯示這個字符。1602LCD直接和單片機的P0

口通過排阻連接，無需再加驅(qū)動。

LCD1602顯示數(shù)據(jù)是首先進行液晶初始化，初始化完成之后執(zhí)行延時程序，

等待數(shù)據(jù)采集完畢，演示完成后先寫入一些指令和顯示字符的地址，之后單片

機向LCD發(fā)送數(shù)據(jù)即寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，LCD就會將讀取寫入的地址顯示

出來，最后返回。軟件流程圖如圖10所示。

圖10顯示程序流程圖

4.3溫度檢測控制

根據(jù)傳感器的通訊協(xié)議，首先由單片通過I/O口主動產(chǎn)生激發(fā)信號，然后

由傳感器控制數(shù)據(jù)線，單片機通過while語句不間斷的檢查I/O口的高低電平，

8

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得到準確地傳輸數(shù)據(jù)。DHT11傳感器模塊的軟件流程圖如圖11所示。

圖11溫濕度采集流程圖

4.4上位機APP

上位機是一個藍牙串口的APP，在與藍牙模塊進行連接是，數(shù)碼管上顯示的

濕度會傳輸?shù)剿{牙串口上顯示。上位機上有三個按鍵對應產(chǎn)品上的三個按鍵其

功能一致，分別為設置鍵、濕度數(shù)值加鍵、濕度數(shù)值減鍵。操作界面如圖12所

示。

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圖12APP操作界面

5產(chǎn)品使用說明

5.1產(chǎn)品裝配圖

產(chǎn)品是由單片機，液晶顯示模塊，報警模塊，繼電器模塊，報警模塊

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（LED顯示和蜂鳴器），藍牙模塊，加濕器，電源和按鍵模塊組成。

裝配圖如圖13所示。

圖13產(chǎn)品裝配圖

5.2產(chǎn)品調(diào)試

對各個模塊的部件進行測試與調(diào)節(jié)，將散件的各個部件手工的焊接到萬能

板上，對照程序原理圖將各個部件的聯(lián)系用線連接好，焊接完成后需要對每一

個焊點進行仔細的檢查，確保沒有虛焊漏焊以及是否有毛刺等。使用萬用表進

行測試各個點之間的焊接狀況是否合格，再檢查各電源線與地線是否有短路的

現(xiàn)象，是著對產(chǎn)品進行通電，看看效果是否和預想的一樣。

將編譯好的程序燒錄到單片機中，程序燒錄成功界面如圖14所示。

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圖14程序燒錄圖

5.3產(chǎn)品使用說明

根據(jù)用戶需求選擇自動/手動加濕模式，確定最佳相對濕度值；采集周圍空

氣的濕度數(shù)據(jù)，送入主控模塊，主控模塊將實時的濕度和最佳相對濕度進行比

較判斷是否開始加濕；能夠在水位低的時候通過主控模塊控制報警，并且停止

加濕；液晶顯示器LCD用于顯示室內(nèi)相對溫濕度和最佳相對溫濕度，用戶通過

按鍵輸入的最佳相對溫濕度，也通過LCD演示出來；利用LED燈演示加濕和水

位高低。

6產(chǎn)品設計技術(shù)標準

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

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參考資料

［1］郭天祥.新概念51單片機C語言教程.北京：電子工業(yè)出版社,2009.P342-P354

［2］李建忠.單片機原理與應用.西安：西安電子科技大學出版社,2009.P16-P50

［3］閻實.數(shù)字電子技術(shù)基礎.北京：高等教育出版社,1983.P178-P182

［4］譚浩強.C語言程序設計(第三版).北京：清華大學出版社,2005.P49-P86

［5］陳杰,黃鴻.傳感器監(jiān)測與技術(shù).北京：高等教育出版社,2002.P15-P50

［6］張紅潤,張亞凡,鄧洪.傳感器原理與應用.北京:清華大學出版社,2008.P35-P38

［7］童師白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎.北京:高等教育出版社,1980.

［8］朱清慧,張鳳蕊.proteus教程.北京:清華大學出版社,2008.

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附錄

附錄1元器件清單

規(guī)格名稱標號數(shù)量

LM393比較器1

10uF電解電容C11

22pF陶瓷電容C2,C32

IN4148二極管D11

11.0592MHZ晶振J11

KEY1按鍵K1,K2,K33

LEDled指示燈LED31

10K電阻R1,R32

1K電阻R5,R9,R173

Res2R45,R462

10K電位器RT11

STC89C52單片機U11

LCD1602液晶U21

4.7K排阻U31

POW電源U51

PNP三極管U71

BELL蜂鳴器U81

JDQ-5繼電器U91

加濕器U111

SWITCH開關(guān)U131

CON2排針U181

S8550三極管U211

DHT11溫濕度傳感器U251

HC05藍牙U751

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附錄2電路原理圖

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附錄3PCB設計圖

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附錄4產(chǎn)品實物圖

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附錄5主程序代碼

#include"common.h"

#include"lcd1602.h"

#include"dht.h"

#include"uart.h"

\\27伍子垚20移動互聯(lián)3班

externunsignedcharU8RH_data_H;

externunsignedcharU8T_data_H;

sbitkey1=P1^0;//切換鍵

sbitkey2=P1^1;//加鍵

sbitkey3=P1^2;//減鍵

sbitRELAY=P3^7;//繼電器

sbitbeep=P2^0;//蜂鳴器

sbitShuiWei=P1^4;//水位傳感器

unsignedcharHumiMin=15;//濕度下限

unsignedcharsetn=0;//設置標志

bitmode=0;//模式：0是自動模式，1是手動模式

unsignedcharxdataRevBuf[COM_RX1_Lenth];//串口接收緩存

voidkeyscan()

{

memset(RevBuf,0,COM_RX1_Lenth);//清除緩存

uart_recv(RevBuf,90);//接受串口內(nèi)容

if(key1==0||(strstr(RevBuf,"k1")!=NULL))//切換鍵按下

{

delay_ms(10);

if(key1==0||(strstr(RevBuf,"k1")!=NULL))

{

beep=0;

delay_ms(100);

beep=1;

while(key1==0);//等待按鍵松開

mode=!mode;

if(mode==0)lcd_write_str(14,0,"Zd");

elselcd_write_str(14,0,"Sd");

}

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}

if(key2==0||(strstr(RevBuf,"k2")!=NULL))

{

delay_ms(10);

if(key2==0||(strstr(RevBuf,"k2")!=NULL))

{

beep=0;

delay_ms(100);

beep=1;

while(key2==0);

if(mode==0)//在自動模式下是加鍵

{