一种智能室内湿度调剂器的计划与实行

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所属分类:湿度调节器
Tag:  湿度调节器一种智能室内湿度调节器的设计与实现_电子/电路_工程科技_专业资料。科学理论探索 一种智能室内湿度调节器的设计与实现 金 新, 谷越凡 , 谭旭东 陕西理工大学电气工程学院 ,
一种智能室内湿度调剂器的计划与实行

一种智能室内湿度调剂器的计划与实行

  一种智能室内湿度调节器的设计与实现_电子/电路_工程科技_专业资料。科学理论探索 一种智能室内湿度调节器的设计与实现 金 新, 谷越凡 , 谭旭东 陕西理工大学电气工程学院 , 陕西汉中 723001 摘 要 本文介绍了一种智能室内湿度调节器的设计与实现。利用电容型

  科学理论探索 一种智能室内湿度调节器的设计与实现 金 新, 谷越凡 , 谭旭东 陕西理工大学电气工程学院 , 陕西汉中 723001 摘 要 本文介绍了一种智能室内湿度调节器的设计与实现。利用电容型湿度传感器、水位传感器、温度传感器、 换气扇、电磁阀、超声波高频震荡器、单片机等自动控制技术实现室内舒适湿度、温度的智能、合理的调整 , 最终 实现室内环境的智能控制 , 提供给用户较舒适的居住环境 , 体现了以用户体验为核心的设计理念。 关键词 智能家居 ; 模糊 PID ; 自动控制 ; 电容型湿度传感器 ; 湿度调节器 中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363(2016)16-0054-02 舒适是智能家居的主要问题之一 , 随着幸福指数 的提出 , 舒适度日渐成为人们关注的话题。本文以实用 与舒适为出发点对加湿器进行了智能化设计 , 旨在探索 一种对于传统加湿器的智能化设计及改进 , 尽可能使用 户更加舒适。 1 设计理念 中国南北纬度差大 , 领土兼容热带、温带两大气 候带。北方地区冬季空气易干燥 , 近年来城市雾霾严重 , 人们更加需要一个湿润、舒适的休息、办公场所 , 加湿 器的作用不言而喻。传统加湿器只能在开启时实现单一 的加湿效果 , 不能依据使用者的个人喜好或接受程度合 理调整室内湿度 , 且无法自主化智能化调控室内环境。 笔者设计了一款自动感知室内空气湿度、自动注水、自 动温度监测及模糊 PID 智能处理信息等以达到实现智能 湿度调节的加湿器 , 满足不同人群对不同环境的需求。 本文的设计理念在于由传感器对室内湿度、温度 感知 , 通过单片机运算并显示 , 与客户需求进行对比 , 当湿度过低时 , 启动加湿模块 ; 当湿度过高时 , 启动通 风模块加速空气流通 , 促使湿度降低 , 实现湿度的闭环 调节。通过加湿与通风 , 亦可达到控制温度的效果。 加湿器持续工作消耗水分大 , 用户稍不注意便易 发生“干烧” 、加湿无果等结果。对此 , 我们在设计中 加入了水位监测 , 当水位落至一定数值时 , 控制水阀予 以补水。 我们主要通过 PID 算法对湿度及温度进行控制 , 以达到系统的部分智能化。 图1 系统框图 2.1 湿度传感器模块 如 图 2,Hs1101 湿 度 传 感 器 是 电 容 类 的 传 感 器。 在不同的湿度下 ,555 多谐振荡器产生不同频率的矩形 波信号。将 555 的引脚 3 与单片机的 P3.5 口连接 , 用 来采集信号的变化 , 在单片机中用计数器检测一定时间 段的信号 , 进行计算处理 , 并通过数码管显示出来。 2 智能湿度调节器的硬件设计 智 能 湿 度 调 节 器 的 硬 件 构 成 如 图 1 所 示。 包 括 STC12C5A60S2 单片机、湿度传感器模块、温度传感器 模块、水位传感器模块、数码管显示模块、超声波高频 振荡器、换气扇模块、加热模块及电磁阀模块。 STC12C5A60S2 单片机的 P1^6-P1^7 IO 口监测 2 个 水位传感器的状态 ; P2^0-P2^4 IO 口分别监测 5 个温 度传感器的数据 ; P0^0-P0^3 IO 口分别控制加湿、 通风、 加热和电磁阀模块。 图2 电容型湿度传感器模块 2.2 数码管显示模块 为了最大程度地节省单片机的 I/O 资源 ,在数码 指导老师:王春侠。 作者简介:金新,陕西理工大学电气工程学院,研究方向为智能家居。 谷越凡,陕西理工大学电气工程学院。 谭旭东,陕西理工大学电气工程学院。 54 SCIENTIST 2016年第16期 管和单片机之间插入 SN74H595 串入并出芯片。所使用 的数码管为共阳数码管 , 阳极处接入N沟道增强型MO S管 , 用于 I/O 口电流的放大。数码管显示模块如图 3。 境温暖湿润。其间系统运作均由单片机控制 ,可见本 次设计的产品能稳定且可靠的工作并且可以保持舒适 环境。 图3 数码管显示模块 水位传感器模块。在最低水位和最高水位处分别 安置传感器 , 当水位信号均正常时加湿器工作 ; 当低水 位传感器电平异常且高电水位传感器电平正常时打开电 磁阀为蓄水箱加水 ; 当高水位传感器电平异常且低水位 传感器电平正常时蓄水完成 , 关闭电磁阀。 温度传感器模块。温度传感器以 5 个 DS18B20 为 核心 , 将 DS18B20 所监测温度的均值作为实时数据 , 进 行模糊 PID 算法处理 , 最终控制硬件模块运行相应动作。 超声波高频振荡器。考虑到成本与实现的方便性 , 选择了高频超声波加湿器 —— 雾化片作为核心加湿部 分。雾化片是超声波雾化器利用高频振荡 , 通过陶瓷雾 化片的高频谐振 , 将液态水分子结构打散从而产生自然 飘逸的水雾。 电磁阀模块。将电磁阀固定连接在一个水龙头上 , 单片机处理水位信息 , 实时对电磁阀进行控制 , 实现蓄 水箱内的水位保障 ,为加湿器智能化工作提供了必要 条件。 换气扇模块。由最简单的换气扇经可控硅连接在 单片机上加以控制。为环境的维持提供有效作用。 图4 流程图 3 智能湿度调节器的软件设计 智能湿度调节器的程序流程如图 4 所示。单片机 上电后系统初始化 , 优先判断一次是否更改设定值并做 出应有动作。之后循环 : 读取温度、湿度、水位传感器 的数据 , 并将所得数据与设定值对比 , 做出合理的判断 , 最终控制硬件模块做出相应的响应。 室内空气湿度的惯性较大 ,使用不完全微分 PID 算法可以提高除湿控制的响应速度 , 同时减小系统瞬时 偏差对系统的冲击。 温度模糊 PID 控制算法。对温度与设定值的偏差、 偏差变化率进行模糊化、然后进行模糊推理、去模糊化 及加热控制输出 , 使极易受环境干扰影响的系统具有较 强的适应性。 参考文献 [1]樊亚玲,杨宏亮.多功能加湿控制系统的设计与实现[J].国 外电子测量技术,2015,34