室内环境智能调节系统设计

钱磊

摘要：本设计利用英飞凌XC878单片机作为系统的控制器，可以通过它来控制相关的传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、液晶显示器等，以此来检测室内的环境。达到实时的对室内温度、湿度、光照强度的检测。

关键词：室内环境；智能调节；设计

1.绪论

随着社会的进步，人们生活水平愈来愈高，人们对生活的要求不单单局限于“吃饱，穿暖”的简单的物质需求上，还有一个舒适的居室环境，而一个舒适的居室环境需要适宜的温度、湿度、以及光照强度。而如何把握室内的环境温度、湿度、光照强度的度，来进行妥善的调节，从而营造一个舒适的室内环境尤为重要。本课题就是为了设计一个可以随人心意自动调节室内环境的温度、湿度以及光照强度的系统。本设计为一个微型的室内环境智能调节器。简单的检测室内环境的温度、湿度以及光照强度。通过4*4矩阵键盘可以对系统进行相关设定，限定温度、湿度、光照强度的临界值。当某项环境指标超过临界值，系统的报警装置启动即蜂鸣器开始响。同时系统的执行模块开始运行，对室内环境的温度、湿度、光照强度进行调节满足了人们对智能化的需求，提高了人们生活环境的质量。同时，室内环境调节的实时性得到保证，减少了不必要的能源浪费。

2.系统功能分析与结构框图

2.1系统功能分析

1、室内环境要求控制系统具有以下功能：

（1）温度检测电路将测得的温度信号传输给单片机；

（2）湿度检测电路将测得的湿度信号传输给单片机；

（3）光照强度检测电路将测得的光照强度信号传输给单片机；

（4）可通过按键设定温度、湿度、光照强度的临界值；

（5）当某项数值超过临界值时，蜂鸣器开始响；

（6）通过LCD1602液晶屏可以讲温度、湿度、光照强度显示出来；

2、为此，相应地在系统设计中应当进行如下工作：

（1）选用合适的传感器，设计温度、湿度、光照强度检测电路；

（2）设计4*4矩阵键盘电路以根据用户实际需求进行临界值设置；

（3）在系统电路中要加装显示电路，以显示温度、湿度、光照强度的当前值；

（4）设计温度、湿度、光照强度检测电路的程序；

（5）设计报警电路编写报警程序；

（6）探索其他可靠的控制方案，并将多种方案进行对比、分析与验证。

2.1系统结构框图

图2.1系统结构框图

主控模块:作为系统的核心，控制传感器采集室内环境的温度、湿度、光照强度数据，将数据处理后在显示模块上显示。温度检测模块：检测室内环境温度，采集室内温度数据，将数据传送到主控模块中。湿度检测模块：检测室内环境湿度，采集室内湿度数据，将数据传送到主控模块中。亮度检测模块：检测室内环境光照强度，采集室内光照强度数据，将数据传送到主控模块中。显示模块：显示传感器检测到的室内环境数据以及上下限值。键盘模块：修改系统温度、湿度、光照强度的上下限。执行模块：在传感器检测到的数据超过上下显示，启动执行模块进行相应补偿。电源模块：为整个系统提供电源。

3.系统各部分的分析与选型

3.1控制器选择

采用英飞凌XC878单片机控制系统。XC878单片机在功能优由于51单片机，且XC878单片机用的是51的内核，但是资源比51的丰富很多，XC878芯片拥有5个8位I/O口、4个16位定时器、8通道10位模数转换（ADC），可靠性也强。

3.2温度检测电路选择

选用数字化温度传感器DS18B20。DS18B20是一线式数字温度传感器，具有独特的单线式接口方式，测量范围在-55℃~125℃，-10℃~85℃，误差为-\+0.5℃，最高精度可达0.0625℃，DS18B20作为数字式温度传感器，无需外加电路，直接输出数字量。无需AD转换，可以直接与XC878单片机通讯，读取测到的温度数据，电路也不复杂。该元器件具有体积小、抗干扰能力强、价格便宜、性能稳定可靠性强等优点，满足此系统的设计要求。

3.3湿度检测电路选择

HS1101是基于独特工艺设计的固态聚合物结构，在电路中等效于一个电容器，其电容随所测空气的相对湿度成正比变化。拥有相当好的线性输出，在相对湿度为0~100％RH的范围内，电容的容量由163pF变化到202pF，其误差不大于±2％RH。湿度量程为1~99％RH，工作温度范围为-40℃~100℃，湿度输出受温度影响极小。常温下使用无需温度补偿，无需校准。

3.4光照强度检测电路选择

采用光敏电阻检测光照强度，光敏电阻的阻值随着光照强度成反比，光敏电阻体积小、对环境的适应性强，可以在高温高湿的情况下保持良好的可靠性和稳定性，但光敏电阻的阻值受温度的影响较大。

3.5显示电路选择

选用1602液晶显示屏。液晶显示屏LCD1602具有功耗小、轻薄短小，平面直角显示以及影象稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗扰能力强等特点。

3.6报警电路与键盘电路选择

1、报警电路

本次设计采用蜂鸣器报警。蜂鸣器，是广泛运用于各种电子产品中的一种元器件，它用于报警提示、音乐播放等多种运用场合。

2、键盘电路

键盘采用4*4矩阵键盘,键值读取方法采用扫描法，单片机使用P1端口与矩阵键盘连接，其中P1_0～P1_3作矩阵键盘的行线，P1_4～P1_7作矩阵键盘的列线，在扫描之前，先会给整个P1口赋值，然后检测是否有键按下，当读到有键按下才，会去扫描行、列，确定具体按下的键。

3.7执行器部分介绍

当室内的温度、湿度、光照强度超过上下限值时，系统通过程序发出一个启动信号，控制执行模块开启，进行对温度、湿度、光照强度的调节。当环境因素重新回到限制范围内时，系统通过程序发出停止信号。

由于设计没有执行部分的要求，所以根据上述内容，执行部分可以在信号输出口外接可以调节温度、湿度、光照强度的电器。

4小结

本文从总体结构和功能上分析了室内环境智能调节系统的组成和设计功能要求，针对系统的功能要求将系统分为主控模块、显示模块、温度检测模块、湿度检测模块、光照强度检测模块、报警模块、键盘模块以及执行模块八个部分。然后本章针对系统的性能要求对各部分的硬件设计进行了不同方案之间的分析、比较和元器件的选型，详细说明了对系统各个模块的最优方案的选型过程，并对所有方案的特点和优缺点进行了比较充分的阐述，为后续内容展开奠定基础。