摘 要： 普通空氣加濕器加濕范圍有限，無法調節整個室內濕度。設計了智能家居小車可移動地對室內加濕，利用單片機控制技術、PID控制、模糊控制完成對整個室內濕度的平衡，并可以對溫度過高以及煙霧濃度進行監測，對室內可能發生的火災預警。
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，而且也達不到室內均勻加濕。為此，本文設了智能家居小車，可移動地對室內加濕，實現室內溫度的平衡，而且增加了溫度及其煙霧預警系統。在沒有空調的辦公場所，特別是寢室環境，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精確控制以調節濕度到指定濕度；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。系統總體框圖如圖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數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它采用專用的數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，校準系數以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。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。輸入觸發信號為10 ?滋s的TTL脈沖，超聲波時序圖如圖3所示。
2.5 穩壓模塊
利用7.4 V電池供電。對于單片機，需要提供穩定的5 V電源，由于LM2940穩壓的線性度非常好，因此選用LM2940-5單對其進行供電。LM2596-5轉換效率高，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據，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。
（1）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）；
}
（2）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位數據
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
initLCD（）；//LCM初始化
}
4 結論
普通的加濕器加濕范圍有限，無法調節整個室內濕度，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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