1 系統功能介紹

本設計實現了一種 基于 51 單片機的智能加濕器控制系統。隨著現代生活水平的提高，人們對居住和辦公環境的舒適度要求越來越高，空氣濕度和溫度的調節逐漸成為家庭和辦公自動化的重要組成部分。傳統加濕器僅能實現簡單的加濕功能，缺乏對環境參數的實時監測和安全防護。本系統在傳統加濕器的基礎上，加入了 溫濕度檢測、水位檢測、防干燒保護、聲光報警、手動和自動模式切換 等功能，提升了設備的智能化和安全性。

系統的主要功能如下：

1. 實時監測與顯示

   • 通過 DHT11 溫濕度傳感器實時檢測環境溫度和濕度；
   • 通過水位檢測電路獲取當前水位高度；
   • LCD1602 液晶屏顯示溫度、濕度、水位及工作模式（手動/自動）。

2. 手動與自動模式切換

   • 手動模式下用戶可以通過按鍵直接控制加濕器工作；
   • 自動模式下系統根據閾值自動控制加濕器啟停，并進行報警提示。

3. 閾值設定功能

   • 用戶可通過按鍵設定溫度上下限、濕度上下限、水位報警值；
   • 設置完成后，系統根據這些閾值進行邏輯判斷。

4. 報警與安全保護功能

   • 當檢測到溫度超出安全范圍時，蜂鳴器和指示燈發出聲光報警；
   • 當濕度低于下限時，系統報警并自動啟動加濕器；
   • 當濕度超過上限時，加濕器停止工作，避免空氣過濕；
   • 當檢測到缺水時，立即停止加濕器工作，防止干燒損壞。

5. 按鍵功能

   • S1：設置鍵，進入設置界面；
   • S2：加鍵，數值+1；
   • S3：減鍵，數值-1。

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2 系統電路設計

2.1 單片機最小系統

核心控制單元采用 STC89C52RC 單片機，其具備豐富的 I/O 接口資源，能夠滿足溫濕度采集、LCD 顯示、繼電器控制和按鍵檢測等多任務需求。最小系統包括：

• 單片機 STC89C52RC；
• 晶振電路，采用 11.0592MHz 晶振及兩只 30pF 電容；
• 電源電路，提供 +5V 穩定電源；
• 復位電路，確保單片機上電初始化正常。

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2.2 溫濕度檢測模塊（DHT11）

DHT11 傳感器是一種常見的數字溫濕度檢測模塊：

• 工作電壓：3.3V–5V；
• 通信方式：單總線；
• 輸出數據：8 位濕度整數+8 位濕度小數+8 位溫度整數+8 位溫度小數+8 位校驗和。

DHT11 與單片機 P3.7 端口相連，通過時序采集協議獲取溫濕度數據，再進行數據解析。

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2.3 水位檢測模塊

水位檢測部分采用簡單的水位電極傳感器或浮球開關：

• 當水位足夠時，傳感器輸出高電平；
• 當水位不足時，輸出低電平。
  單片機通過 GPIO 讀取該電平狀態，結合邏輯控制繼電器，從而防止加濕器在缺水狀態下工作。

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2.4 顯示模塊（LCD1602）

LCD1602 用于顯示環境參數和工作狀態，主要顯示內容包括：

• 實時溫度值；
• 實時濕度值；
• 當前水位狀態（正常/缺水）；
• 工作模式（手動/自動）；
• 當前報警狀態。

LCD1602 通過 4 位數據接口模式與單片機相連，節省了 I/O 資源。

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2.5 報警模塊（蜂鳴器+LED 指示燈）

系統設計了一個有源蜂鳴器和一個紅色 LED 燈作為報警輸出裝置：

• 當系統檢測到溫度或濕度異常時，蜂鳴器發出聲響，LED 燈閃爍，形成聲光報警；
• 當故障解除或用戶處理完畢后，報警自動停止。

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2.6 繼電器驅動與加濕器電路

繼電器用于控制加濕器電源：

• 單片機輸出低電平驅動三極管導通，繼電器線圈得電吸合，接通加濕器電源；
• 單片機輸出高電平時，繼電器斷開，加濕器停止工作。

這種方式確保了加濕器工作時的隔離性與安全性。

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2.7 按鍵輸入電路

系統設計三個獨立按鍵：

• S1（設置鍵）：進入閾值設定模式；
• S2（加鍵）：數值增加；
• S3（減鍵）：數值減少。

按鍵采用下拉電阻方式與 GPIO 相連，單片機通過輪詢方式或中斷方式進行檢測。

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3 程序設計

3.1 主程序框架

#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "dht11.h"
#include "relay.h"
#include "key.h"
#include "beep.h"unsigned char mode = 0;  // 0=自動模式 1=手動模式
unsigned int temp, humi, water;
unsigned int T_min=15, T_max=35;
unsigned int H_min=40, H_max=70;void main()
{LCD_Init();DHT11_Init();Relay_Init();Beep_Init();Key_Init();while(1){DHT11_Read(&temp,&humi);water = Read_WaterLevel();Display_Info(temp,humi,water,mode);Key_Scan();        // 按鍵檢測Auto_Control();    // 自動控制邏輯}
}

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3.2 溫濕度采集程序

bit DHT11_Read(unsigned int *t, unsigned int *h)
{unsigned char temp_h, temp_l, humi_h, humi_l, check;// 發送起始信號并接收數據，略*t = temp_h;*h = humi_h;return 1;
}

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3.3 水位檢測程序

unsigned int Read_WaterLevel(void)
{if(P3 & 0x01)   // P3.0 接水位傳感器return 1;   // 正常elsereturn 0;   // 缺水
}

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3.4 自動控制邏輯

void Auto_Control(void)
{if(mode == 0) // 自動模式{if(temp < T_min || temp > T_max){Beep_On();LED_On();}else{Beep_Off();LED_Off();}if(humi < H_min && water == 1){Relay_On();Beep_On();}else if(humi >= H_min && humi <= H_max){Relay_On();Beep_Off();}else if(humi > H_max){Relay_Off();}if(water == 0){Relay_Off();Beep_On();}}
}

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3.5 按鍵設置程序

void Key_Scan(void)
{if(S1 == 0)  // 設置鍵{Delay(10);if(S1 == 0){mode = !mode;   // 手動/自動切換}}if(S2 == 0)  // 加鍵{Delay(10);if(S2 == 0) { H_min++; }}if(S3 == 0)  // 減鍵{Delay(10);if(S3 == 0) { H_min--; }}
}

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3.6 LCD 顯示程序

void Display_Info(unsigned int t, unsigned int h, unsigned int w, unsigned char m)
{LCD_ShowString(0,0,"T:");LCD_ShowNum(2,0,t,2);LCD_ShowString(6,0,"H:");LCD_ShowNum(8,0,h,2);LCD_ShowString(0,1,"W:");if(w) LCD_ShowString(2,1,"OK");else  LCD_ShowString(2,1,"LOW");if(m==0) LCD_ShowString(8,1,"AUTO");else     LCD_ShowString(8,1,"MANU");
}

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4 總結

本設計基于 51 單片機，構建了一個具有 溫濕度檢測、水位檢測、防干燒保護、手動/自動模式切換、聲光報警、LCD 顯示 等多功能的智能加濕器系統。其優點主要體現在以下幾個方面：

1. 安全性高：通過水位檢測與自動停機機制，有效防止干燒；
2. 智能化強：支持閾值設定和自動模式，使設備能根據環境變化自動調節；
3. 交互性好：LCD1602 實時顯示參數，按鍵方便用戶設置，報警提示直觀；
4. 擴展性強：可進一步增加 WiFi 模塊，實現遠程監控與控制。

該設計不僅能滿足家庭生活中的空氣濕度調節需求，還可應用于實驗室、倉儲等場合，具有較高的實用價值和推廣意義。