摘 要： 普通空氣加濕器加濕范圍有限，無法調(diào)節(jié)整個室內(nèi)濕度,。設計了智能家居小車可移動地對室內(nèi)加濕,，利用單片機控制技術、PID控制、模糊控制完成對整個室內(nèi)濕度的平衡,，并可以對溫度過高以及煙霧濃度進行監(jiān)測,，對室內(nèi)可能發(fā)生的火災預警。
關鍵詞： 智能,；家居,；小車
0 引言
氣候干燥，空氣濕度過小,，不僅令人不適,，還有利于一些細菌和病菌的繁殖和傳播。試驗表明,，50%~60%的相對濕度對人體最為舒適,，老人和小孩適合的室內(nèi)濕度為45%~50%，而目前市面上能買到的空氣加濕器無法準確達到此范圍,，而且也達不到室內(nèi)均勻加濕,。為此，本文設了智能家居小車,，可移動地對室內(nèi)加濕,，實現(xiàn)室內(nèi)溫度的平衡，而且增加了溫度及其煙霧預警系統(tǒng),。在沒有空調(diào)的辦公場所,，特別是寢室環(huán)境，造價低廉的智能家居小車是非常實用的,。
1 設計原理
本文設計的智能家居小車以STC12C5A60S2單片機作為主控芯片,，通過DHT22溫濕度傳感器采集空氣溫濕度信息，通過HC-SR04超聲波傳感器采集距離信息,，通過MQ-2煙霧傳感器采集煙霧信息,，將濕度信息傳輸至主控芯片，對加濕器進行模糊控制和PID精確控制以調(diào)節(jié)濕度到指定濕度,；同時將煙霧信息和溫度信息返回給主控芯片,，當室內(nèi)溫度或煙霧濃度不正常時，及時利用蜂鳴器報警,。主控芯片通過超聲波傳感器返回的信息控制電機,，使小車在室內(nèi)自動避障，并且利用采集回的濕度信息使小車趨于濕度低的片區(qū),。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示,。
2 硬件設計
2.1 MCU模塊
以STC12C5A60S2單片機作為主控芯片，這款單片機為增強型8051CPU,，1 280 B RAM,，2路PWM輸出,，8路高速10A/D轉(zhuǎn)換，工作電壓為3.3 V~5.5 V,，60 KB存儲空間,，4個16位定時器，MAX810復位電路,，雙串口,，7路外部中斷I/O口，通用全雙工異步串行口,。采用STC-ICP程序燒錄軟件對單片機燒錄程序,。對應電路如圖2所示。
2.2 自動加濕模塊
DHT22數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器,，它采用專用的數(shù)字采集技術和溫濕度傳感技術,。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連,，因此具有響應超快,、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點,。每個DHT22傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準,，校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù),。DHT22傳感器信號傳輸距離可達20 m以上,，其測量條件為-20℃~80℃，濕度精度為±5%RH,，溫度精度小于±0.5℃,；單總線接口，一次通信時間為5 ms,。直接使用MCU控制其空氣加濕器出霧量,。
2.3 煙霧及其溫度模塊
MQ-2煙霧傳感器應用于氣體泄漏檢測、十一液化氣,、丁烷,、甲烷、酒精,、氫氣,、煙霧等探測，其使用溫度為-10℃~50℃,，儲存溫度為-20℃~70℃,，相對濕度小于 ±95%RH。DHT22數(shù)字溫濕度傳感器返回的溫度以及MQ-2煙霧傳感器返回的煙霧濃度控制報警模塊是否報警,。
2.4 避障模塊
避障模塊主要通過HC-SR04超聲波傳感器采集距離信息,，判斷小車周圍障礙物位置，使小車及時躲避,，并向相對濕度低的方向移動,。HC-SR04超聲波測距模塊可提供2 cm~400 cm的非接觸式距離感測功能，測量角度為15°,，測距精度可達高到3 mm,。輸入觸發(fā)信號為10 ?滋s的TTL脈沖，超聲波時序圖如圖3所示,。
2.5 穩(wěn)壓模塊
利用7.4 V電池供電,。對于單片機，需要提供穩(wěn)定的5 V電源,，由于LM2940穩(wěn)壓的線性度非常好,，因此選用LM2940-5單對其進行供電。LM2596-5轉(zhuǎn)換效率高,，帶載能力大,，但缺點是其紋波電壓大，不適合做單片機電源,，而其他模塊則需要通過較大的電流,，對其他模塊供電能保證充電的電源。
2.6 顯示模塊
利用LCD12864顯示各個模塊采集回來的數(shù)據(jù),，用于人機交互,。LCD12864其分辨率為128×64，通信方式有串行,、并行兩種,，內(nèi)置漢子詞庫，使用非常方便,。
3 軟件設計
程序流程如圖4所示,。
在打開開關后，首先系統(tǒng)進行初始化,，之后LCD顯示,，整個程序中LCD一直工作，LCD會顯示輸入需要的濕度值,，輸入之后開始對溫濕度,、距離、煙霧濃度進行采集,，通知PWM控制電機轉(zhuǎn)動,，當煙霧濃度或溫度過高時蜂鳴器鳴叫。PID精確控制加濕器加濕,。
部分程序如下,。
?。?）增量式PID控制
void PID（）
{
error3=error2；
error2=error1,；
error1=E0,；
Motor_Past=Motor_PID；
Motor_PID=Motor_Past+P*error1+I*（error1-error2）+D*（error1-2*error2+error3）,；
Motor_PID=Motor_PID>Motor_Max?Motor_Max:Motor_PID,；
Motor_PID=Motor_PID<Motor_Min?Motor_Min:Motor_PID；
PWM（Motor_PID）,；
}
?。?）初始化LCD12864液晶
void initLCD（）
{
write_com（0x01）；//LCD清屏
delay（1）,；
write_com（0x38）,；//6×2顯示，5×7點陣,，8位數(shù)據(jù)
delay（1）,；
write_com（0x0c）；//關光標
delay（1）,；
write_com（0x06）,；//移動光標
delay（1）；
}
void init（）
{
Tx=0,；Rx=1,；
TMOD=0x01；
TH0=（65536-922）/256,；
TL0=（65536-922）%256,；
EA=1；ET0=1,；
delay（500）,；//啟動等待，等LCM進入工作狀態(tài)
initLCD（）,；//LCM初始化
}
4 結(jié)論
普通的加濕器加濕范圍有限,，無法調(diào)節(jié)整個室內(nèi)濕度，無法滿足需求,，而本文所設計的智能家小車可滿足所需,，且價格便宜，只與市面上中等檔次的加濕器同價位,，而且體積小,，使用安全。
參考文獻
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