引 言

在當(dāng)下智能化生活的快速發(fā)展中，為嬰兒提供更體貼細(xì)心的照顧對(duì)于初為人母者或者嬰幼兒護(hù)士來說很有必要。風(fēng)扇是夏季不可或缺的降溫工具，雖然傳統(tǒng)風(fēng)扇在使用時(shí)可以對(duì)風(fēng)速進(jìn)行多個(gè)檔位的調(diào)節(jié)，但必須人為換檔，且傳統(tǒng)嬰兒床功能單一，大大降低了使用舒適度。本文設(shè)計(jì)了嬰兒床環(huán)境智能控溫控濕系統(tǒng)以解決上述問題。

系統(tǒng)采用單片機(jī)控制的溫濕度傳感器，用戶可以設(shè)定理想的空氣溫濕度值，風(fēng)扇會(huì)根據(jù)用戶設(shè)定值調(diào)節(jié)風(fēng)速以改變環(huán)境溫度，超聲波霧化器根據(jù)設(shè)定值工作以增加空氣濕度， 還可顯示實(shí)時(shí)溫度和濕度。這款智能化控溫控濕系統(tǒng)填補(bǔ)了傳統(tǒng)嬰兒床的空白，讓父母、護(hù)士對(duì)新生兒的照顧更加細(xì)致、簡(jiǎn)單。

1 設(shè)計(jì)方案

該嬰兒床溫控濕控智能風(fēng)扇采用 AT89S52 單片機(jī)，主要分為幾大硬件模塊，分別為溫度檢測(cè)模塊、濕度檢測(cè)模塊、繼電器、超聲波霧化模塊、紅外探測(cè)模塊、數(shù)碼管及主控板。功能主要通過編程實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)將通過 DS18B2 模塊收集到的溫度和 HS1101 模塊 [1] 收集到的濕度發(fā)送給數(shù)碼管，顯示當(dāng)前溫度值和濕度值后作相應(yīng)處理，并分別與用戶通過藍(lán)牙所設(shè)定的理想值相比較，再將比較結(jié)果傳遞給繼電器，實(shí)現(xiàn)高速齒輪、低速齒輪、停止齒輪的切換和超聲波霧化器的控制。將超聲波霧化器通過管道與風(fēng)扇某端連接，霧氣通過扇葉進(jìn)入空氣，提高空氣濕度。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)主控電路

本文采用 AT89S52作為主控板。該模板具有可編程FLASH存儲(chǔ)器，256BRAM 及 32 個(gè) I/O 口 [2]。DS18B20 溫度模塊和 HS1101 濕度模塊分別用于收集嬰兒車的環(huán)境溫度和濕度，使用發(fā)光二極管顯示實(shí)時(shí)溫濕度，用戶可以通過藍(lán)牙 BLE4.0 設(shè)置環(huán)境溫濕度，這些功能均可借助手機(jī)和電腦上的 APP 實(shí)現(xiàn)。藍(lán)牙通信采用異步收發(fā)串行接口（UART）[2]。主控板 AT89S52 的空閑模式和掉電保護(hù)模式能夠滿足產(chǎn)品的低功耗要求。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖 1 所示。

2.1.1 溫度檢測(cè)

DS18B20 模塊是感測(cè)溫度的核心。當(dāng)該模塊給單片機(jī)返回“1”時(shí)，表示溫度轉(zhuǎn)換完成，否則返回“0”。之后單片機(jī)對(duì)數(shù)字作相應(yīng)處理并輸送給數(shù)碼管，顯示當(dāng)前溫度。DQ 端口接 P3.3 口，具體如圖 2 所示。

2.1.2 濕度檢測(cè)

濕度檢測(cè)選用 HS1101 模塊。在溫度采集期間，傳感器放置在 555 振蕩器電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)換為與其成反比的電壓頻率信號(hào) [3]。濕度采集如圖 3 所示。部分程序的實(shí)現(xiàn)如下 ：

2.1.3 數(shù)碼管顯示

數(shù)碼管顯示部分由 8 個(gè)普通數(shù)碼管、PNP 晶體管和電阻器組成。段代碼輸入借助單片機(jī)的 P0 端口，該位被選為 P2端口，驅(qū)動(dòng)選用 8550 三極管。當(dāng) P0 端口用作 I/O 端口時(shí)，需要為每個(gè) P0 端口加一個(gè) 10 kΩ 的上拉電阻。同時(shí)，為了防止燒壞數(shù)碼管，選擇在數(shù)碼管中添加一個(gè) 220 Ω 的限流電阻。P0 端口信號(hào)被發(fā)送到數(shù)碼管顯示器，數(shù)字管道通過 P2端口選擇，數(shù)管執(zhí)行逐位掃描以顯示當(dāng)前溫度值。數(shù)碼管顯示電路如圖 4 所示。

2.1.4 藍(lán)牙模塊

采用 JDY-08 透?jìng)髂K [2] 進(jìn)行藍(lán)牙通信，此模塊工作頻段為 2.4 GHz，基于藍(lán)牙 4.0 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，選用 GFSK 調(diào)制方式，最遠(yuǎn)發(fā)射距離為 80 m。在本文設(shè)計(jì)中，模塊的 P03，P02 分別與單片機(jī)上的 P3.0，P3.1 引腳連接，模塊引腳 P00 連接到微控制器上的 P1.0 引腳，用以進(jìn)行藍(lán)牙通信和接收信號(hào) [4]。用戶可以查看實(shí)時(shí)溫度和濕度，并在手機(jī)上設(shè)置溫度和濕度的上限和下限，或切換到手動(dòng)模式進(jìn)行控制。

2.1.5 紅外探測(cè)

紅外探測(cè)采用對(duì)射式光電開關(guān)、紅外發(fā)射管和紅外接收管配對(duì)，通過電路中的光線傳輸可知，當(dāng)紅外線發(fā)射管和接收管被物體遮擋時(shí)，電路立即停止工作。以此特性可以判斷是否存在外界干擾。電機(jī)控制流程如圖 5 所示。

2.1.6 繼電器模塊

使用單片機(jī)的 P1.0 ～ P1.3 控制繼電器控制電路。上電默認(rèn)為智能控溫控濕模式，當(dāng)風(fēng)扇通電時(shí)，P1.1 輸出低電平，011 開啟，繼電器 K2 被拉動(dòng)，Kl 被釋放 [1]。單片機(jī)將檢測(cè)到的溫度（濕度）與用戶設(shè)置的上（下）限溫度（濕度）值進(jìn)行比較，并在 P1.2 輸出相應(yīng)電平，再將該信號(hào)傳遞給繼電器，繼而驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇或超聲波霧化器工作。按三次 S3 設(shè)置按切換到手動(dòng)控制。電扇的風(fēng)速可以通過定時(shí)器來控制，通過控制開關(guān)來改變。按 S4 設(shè)置鍵按鈕切換回智能模式。繼電器控制電路如圖 6 所示。

2.2 電源模塊

LM7805 集成穩(wěn)壓器用于為單片機(jī)提供 5 V 電源，220 V電源經(jīng)變壓器降壓、整流和濾波后送至 LM7805 穩(wěn)壓器。將470 μF 和 0.1 μF 電容連接到輸出以濾除紋波，之后可得到5 V 穩(wěn)壓電源。

2.3 超聲波霧化加濕器原理

將 200 萬次 /s 的超聲波高頻振蕩施加于加濕器上，并將水霧化成超微粒子和 1 ～ 5 μm 的負(fù)氧離子。濕度傳感器將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的濕度傳給單片機(jī)并處理，之后將信息傳給超聲波智能霧化器進(jìn)行霧化輸出或停止輸出操作。霧化器與風(fēng)扇連接，水霧被扇葉帶到空氣中，使空氣被均勻加濕。該裝置主要由加濕霧化片、水箱、安全保護(hù)浮子、加濕器底座、大出霧口和調(diào)節(jié)旋鈕組成。

3 設(shè)計(jì)思想

MCU 重置并檢測(cè) DSl8B20。類似地，HS1101 模塊執(zhí)行復(fù)位和檢測(cè)操作，并將兩組值轉(zhuǎn)換為七段代碼，以便在數(shù)碼管上顯示。將數(shù)值通過藍(lán)牙 BLE4.0 發(fā)送到用戶手機(jī)上，用戶通過手機(jī)設(shè)置溫濕度上下限。利用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)顯示溫度的功能，在數(shù)碼管上逐位顯示溫度和濕度值。用戶可以根據(jù)需要設(shè)置風(fēng)速檔的切換和上下限溫濕度值。在執(zhí)行程序過程中，連續(xù)比較、判斷當(dāng)前溫度、濕度和設(shè)定動(dòng)作溫度、濕 度，控制高速和低速齒輪中相應(yīng)繼電器的拉入和釋放以及超聲波霧化器的操作，以此實(shí)時(shí)控制風(fēng)扇速度并改善環(huán)境濕度。本文系統(tǒng)還配備有一個(gè)紅外探頭，用于檢測(cè)出風(fēng)范圍內(nèi)是否有人，若無人，則風(fēng)扇將自動(dòng)關(guān)閉。

4 結(jié) 語

本文以 AT89S52 單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)根據(jù)溫濕度智能調(diào)控風(fēng)扇的功能，可便捷地通過手機(jī)設(shè)定溫濕度上下限改善環(huán)境溫濕度，為嬰兒提供一個(gè)更舒適的環(huán)境，使嬰兒免受因溫度過高或過低而引起的傷風(fēng)感冒，不僅讓家長(zhǎng)省心，也能夠讓醫(yī)院為嬰兒提供更愜意、舒適的環(huán)境。