基于单片机技术的室内加湿器设计与研究

随着人们的生活水平不断提高，人们对建筑的居住环境、办公环境的舒适性要求越来越高，但随之而来的由于装修和室内家具不合格而导致的室内污染问题越来越严重。据国家有关部门的最新调查，每年由于空气污染要导致13.8万人死亡。

针对上述问题，利用单片机技术设计了一种室内增湿空气净化装置，通过气体探测模块对室内气体成分的检测将其传送给单片机来进行分析，并做出相应的处理，从而保证室内空气质量。同时，温、湿探测触头也会对室内的空气干燥程度做出检验，当室内空气干燥相对值超过所设定值，将通过此装置中的超声波雾化器来进行对空气的加湿。

1  系统模块化设计

1.1  温、湿度探测模块

该装置采用了DHT11温、湿度探测模块对室内空气的温度和湿度进行检测。需要注意的是，传感器上电之后，越过不稳定状态需要1S钟的时间，DHT11传感器，可直接与单片机的I/O端口连接，温、湿度模块工作电路如下图，以此对室内温、湿度的实时测量，DHT111接线电路如图如图1所示。 

图1  DHT11接线电路

1.2  气体探测模块

本装置采用MQ系列气体传感器，可选用MQ-2或者MQ-135。其均属于气体传感器的一种，可检测有毒气体、一氧化碳、硫化氢以及甲烷等可燃性气体的含量，并且它抗干扰能力比较好，比如水蒸气、油烟等对它的影响较小，

1.3  步进电机

根据该装置整体考虑，对步进电机要求就是体积大约在30mm3至60mm3之间，由于步进电机是带动花瓣的张开与合拢，所以需要其转距在2度之内，扭矩大约在0.59N.m左右,接线图如图2所示。 

图2  步进电机接线电路

1.4  超声波喷雾加湿装置

本系统通过外围电容电感与功率三级管组成三点式振动电路，超声波雾装置接线电路如图3所示，该电路可以将超声波强烈的振荡电能经转换成机械能，从而将液态的水打成水雾，从而起到对室内湿度调节的目的。图3即为超声波雾装置接线电路部分： 

图3  超声波雾化装置电路

为了防止水位低于安全水位时，喷雾装置仍在工作，同时设计了水位检测装置，水位低于设定位置喷雾装置将自动切换为停止工作状态来保护装置，达到反馈调节的目的。图4即为水位计控制部分有关电路： 

图4  水位计控制电路

1.5  紫外线消毒灯控制模块

紫外线消毒灯模块主要功能是通过紫外灯光发出的紫外线对室内起到杀菌和消毒作用，紫外线的强照射能够穿透微生物、细菌一系列微生物的细胞膜，从而起到破坏其结构，最后达到杀菌消毒的目的，紫外线消毒灯电路如图5所示。 

图5  紫外线消毒灯电路

消毒灯控制模块采用的是直流24V的工作电压，利用单片机，让其控制场效应管IRF630的通断，从而达到对紫外灯的空控制，其工作电路参考图6，单片机通过控制P22端口的输出电平，从而达到控制紫外灯的通断工作，即输出为低电平时，紫外灯管开始接通工作，可对室内存在的有害气体进行杀菌消毒，当端口输出为高电平时，紫外灯管就停止工作。 

图6  消毒灯控制模块

2  系统仿真测试

采用Proteus 软件，在ISIS环境下以直接绘制原理图来仿真，通过系统软件调试，系统可以稳定的实现各项功能。仿真测试如图5所示。本次试验选取在一特定房间进行，在做实验之前，人为使室内空气污染较重，该装置的显示器模块分别显示出了净化前的各参数：

（空气指标） Air： inferior（偏差）；

（空气温度）temperature: 23℃；

（空气湿度） humidity: 50%；

装置经过26分钟运行后后，检测到空气指标变为：（好：good）；

空气温度temperature：23℃；

（正常）normal。 

图6  LCD1602液晶显示器仿真测试

通过系统的软件仿真与测试，本文基于STC89Ｃ52单片机开发设计的室内增湿辅助空气净化莲花灯运行基本稳定。

3  结语

（1）针对室内环境污染问题的现状、加湿器与空气净化器的发展现状。利用单片机技术，设计出一款低成本、多种功能合一的室内增湿辅助空气净化莲花灯。

（2）分模块分别对温湿度探测模块、气体探测模块、步进电机、超声波喷雾加湿装置、以及紫外线消毒灯控制模块进行了硬件电路设计，并借助Proteus软件进行了仿真实验。