2010年第11期科技论坛简易智能加湿器设计宋元平（同济大学通信与电子工程系，浙江温州325000）1概述1.1超声波加湿器的工作原理。
超声波加湿器是利用超声波发生器产生频率为25KHz 以上的正弦或脉冲波，通过换能器将电能转换为高频机械振动产生的机械能，并将其传播到介质（清水）中。
超声波在水中疏密相间向前辐射，使水产生无数微小气泡，这些气泡破裂即产生大量水雾喷出，实现空气加湿。
1.2课题主要研究内容。
1）显示当前湿度：采用湿度传感器对当前湿度实时检测，并把模拟量转化为数字量，交给单片机系统处理，计算出当前的相对湿度，在LED 数码管上显示出来。
2）预设湿度：可以通过键盘手动设置期望的湿度值，单片机将采集到的湿度值与湿度设定值相比较。
当环境湿度测量值低于设定值时，单片机控制驱动使加湿器进入加湿状态，开加湿器；当环境湿度测量值高于键盘设定值时，键值清零，从新设值。
3）自动开关：为了确保安全，设计自动开关，控制加湿器的工作状态。
当加湿器的雾化池中无水或水量不足时，开关自动断开，防止加湿器“干烧”而损坏。
2系统结构2.1智能加湿器系统方框图及说明。
如图1所示，系统以凌阳16位单片机SPCE061A 为核心，实现室内空气的数据处理、监控和维护功能。
智能加湿器控制系统可分为四个部分：一是信号采集部分，包括采集空气中的湿度和扫描键盘。
二是信息处理部分，主要功能是将采集的信息转换成计算机可识别的标准量信息进行处理，输出决策指令。
三是数据显示部分，主要显示环境湿度测量值和键盘预设湿度值。
四是控制部分，控制加湿器的工作状态。
2.2信号采集部分。
1）数据采集部分主要是由湿度传感器构成，适用湿度范围：1～100%RH 。
本设计选择湿敏电阻EYHS77。
湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分子而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。
湿敏电阻的特点是基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。
2）键盘扫描：由于本设计需要的按键不是很多，所以选择最简单的独立式键盘，共有6个按键，分别控制预设湿度的十位加减、个位的加减、确定键和清除键。
2.3信号处理部分。
相对湿度计算：湿敏电阻的阻值是随着空气中湿度的变化而变化的，在电路中表现为电压的变化，经过A/D 转换成数字量。
根据电压与湿度的变化曲线，计算相对湿度。
图2是用湿度计测出的相对湿度与电阻值的关系曲线，把湿敏电阻与湿度计的传感器放在同一环境中，分别对不同湿度的空气进行测试，为了减少误差，共测试了5组数据，计算其平均值。
由图可知，在低湿的环境，灵敏度不高，阻值变化很小，在高湿的环境，即相对湿度在70%以上就变化的非常快。
为了更加准确的计算相对湿度，根据以上的曲线进行分段处理，处理后的直线和计算如图3所示：直线的表达式为：W=16.9*R+15.2电阻与电压的关系为：3.26*R/（47+R ）=V 计算出对应的电压值，然后画出相对湿度与电压的关系线如图4所示：其表达式为：W =233.33*V+18A/D 转换后的值就是电压的数字量，它们的关系是：V=AD*3.3/1023代入上式后得：W=233*（AD*3.3/1023）+18其中：W 表示相对湿度，AD 表示电压A/D 转换后的值。
后面几段的处理方法与此方法相同，以此类推，不再细述。
2.4数据显示部分。
LED 显示模块：显示模块是用四位的LED 数码管显示，共有两块，分别显示环境湿度测量值和键盘预设湿度值。
在单片机和数码管之间加三极管驱动，增加数码管的亮度。
在IO 口的分配上，IOB0-7负责输出显示环境湿度测量值的数码管的段码，IOA8-15负责输出显示键盘预设值的数码管的段码，IOB8-15负责选通八位数码管的位码。
2.5控制输出模块。
在控制输出模块，IOA7作为输出控制口，与外接的继电器相连，作为开关信号，控制加湿器的工作状态。
当预设湿度高于当前湿度时，按下确定键后，继电器的开关吸合，加湿器开始加湿；当预设湿度低于当前湿度，即使按下确定键，也不去控制加湿器工作，只有湿度值小于预设湿度值，才控制加湿器开始工作；当湿度到达预设湿度，开关断开，停止加湿。
3系统编程摘要：介绍一种以SPCE061A 单片机为核心的湿度控制系统，实现对空气湿度的自动检测及显示。
用湿度传感器采集空气中的湿度信号。
被采集的模拟信号通过A/D 转换后再根据传感器的湿度阻值曲线计算湿度值，并将其显示在数码管上。
关键词：SPCE061A 单片机；加湿器；超声波Abstract:This thesis introduces a humidity control system ，taking single-chip microcomputer SPCE061A as the core ，achieve the air humidi －ty automatic detection and display.Get the humidity signal in the air with the humidity sensor.The analog signal collected from humidity sensor through the A/D transformation and then according to sensor's humidity resistance number curve computation humidity value ，and displayed on the LED digital tube.Key words:SPCE061A microprocessor ；humidifier ；ultrasonicwave 图1系统框图图2相对湿度与阻值的关系图3相对湿度在25%-60%范围内阻值与湿度的关系a图4相对湿度在25%-60%范围内电压与湿度的关系图5主程序流程图（下转287页）图6中断服务子程序流程图2010年第11期建筑·规划·设计在本设计中，主要有四个子模块，分别是A/D转换模块，键盘扫描模块，数据显示模块和开关控制模块。
过程中需要用到中断。
系统的主程序流程图如图5所示。
3.1本设计用到的中断源。
本设计中应用了两个中断源IRQ4_1024HZ和IRQ6_TIMB2。
A/D转换子程序和湿度显示程序是在IRQ4-1KHz中调用的，在IRQ6-TIMB2中则调用键盘扫描和键值数据显示子程序，中断服务子程序的流程如图6所示。
3.2A/D转换模块的程序流程。
ADC工作方式分为手动和自动两种。
当ADC 工作在自动方式下，外部模拟电压信号由LINE_IN即IOA[0~6]输入，但是芯片内部只有一个A/D转换器，每次只能选择其中的一个通道进行转换，通道选择通过设置P_ADC_MUX_Ctrl单元完成，A/D转换后的10位数结果被送入缓冲器P_ADC_MUX_Data.当10位A/D转换完成时，P_ADC_MUX_Ctrl 单元的b15（RDY）位被置1，此时，读取P_ADC_MUX_Data单元可以获得10位的A/D转换数据，从改单元读取数据后，又会使RDY自动清零来重新开始A/D转换。
3.3软件调试。
1）A/D调试：A/D采样的是模拟信号，即电压值，经过A/D转换成数字量，为了确保A/D转换的过程是否正确，对其进行了调试，输入多个电压值，如0V、0.5V、2V，3.5V。
当输入大于3.3V的直流电压时，单步执行程序，在调试窗口的变量（Watch）窗口，看到转换后的值为1023，2V的转换值为618，证明A/D转换的参考电压为3.3V，2V的A/D理论计算值为620。
而测量值618对应的湿度值是：72.18，理论值620对应的湿度值为72.20。
误差只有0.02，而显示值的精度精确到小数点后一位，在精度的范围内不影响准确度。
2）中断调试：本设计使用了两个中断，即IRQ4-1KHz中断和IRQ6-TIMB2中断，为了判断中断是否执行，在中断服务子程序中设置断点，快速运行后，PC跳到中断处，执行相应的程序，说明中断的设置成功。
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