Diseño y desarrollo de PCBA humidificador inteligente

2020-07-30 19:35:54 fandoukeji

Con el desarrollo de la sociedad, las personas tienen requisitos cada vez más altos para una vida cómoda, y sus expectativas de hogares inteligentes son cada vez más urgentes. Si bien el aire acondicionado en verano hace que la gente se enfríe, también se produce sequedad. En invierno, las personas en el norte se sentirán incómodas debido a la humedad insuficiente en el medio ambiente. Los estudios han demostrado que del 50% al 60% de la humedad relativa del aire ambiental afecta el cuerpo humano. La salud de las personas es la más beneficiosa, la resistencia a las enfermedades de las personas también es más fuerte y las personas se sienten cómodas. Por lo tanto, surgieron los humidificadores. Sin embargo, la mayoría de los humidificadores tradicionales adoptan el modo de arranque manual, con una estructura simple y una función única. Solo pueden ajustar la cantidad de niebla manualmente y no pueden comprender con precisión las condiciones de temperatura y humedad en tiempo real, lo que dificulta alcanzar el nivel de confort ideal. Un tipo puede controlar automáticamente el ultrasonido El estado de funcionamiento del humidificador y el humidificador móvil inteligente que puede realizar un control inteligente y una configuración cuantitativa humanizada se han convertido en las necesidades reales de las personas. El humidificador diseñado en este documento utiliza un robot simple como plataforma para deshacerse de los grilletes de los humidificadores fijos tradicionales, y utiliza el principio del microordenador integrado de un solo chip para realizar el trabajo inteligente del humidificador, que puede mantener la humedad interior uniforme y adaptarse al estilo de vida de las personas modernas.


1. Principio de funcionamiento del humidificador inteligente

De acuerdo con el análisis de las necesidades del usuario, el humidificador diseñado en este documento cumple con los siguientes requisitos: comienza o deja de funcionar automáticamente después de monitorear el rango de humedad correspondiente; puede realizar un movimiento libre en toda la habitación para garantizar una conducción uniforme; cuando el humidificador está a punto de secarse , Inicie la alarma de sonido y luz; ajuste automáticamente el tamaño del rocío según el valor de humedad monitoreado; muestre la humedad interior en tiempo real; el usuario puede establecer el valor óptimo de humedad. Para cumplir estos requisitos, el humidificador se divide principalmente en 7 módulos para un trabajo coordinado: un módulo de control central con un microcontrolador como núcleo, un módulo de sensor con DHT11 como núcleo, un módulo de unidad inteligente con L298N como núcleo y una pantalla LCD LED como núcleo. Módulo de pantalla, módulo de alarma de sonido y luz, módulo de fuente de alimentación y teclado periférico independiente, la estructura específica se muestra en la Figura 1. El módulo del sensor controlará la humedad interior en tiempo real, la mostrará en la pantalla LED y transmitirá los datos al controlador central. Una vez que la humedad interior alcance la humedad relativa óptima establecida por el usuario, el controlador central enviará un comando para hacer el humidificador y El carro inferior deja de funcionar; cuando la humedad interior cae por debajo de la humedad mínima establecida, el humidificador y el carro volverán a funcionar. Durante este período, el humidificador seleccionará automáticamente el tamaño de rociado apropiado de acuerdo con la humedad interior para garantizar la comodidad interior; Cuando el nivel de agua en el humidificador cae al nivel de agua mínimo preestablecido, el humidificador dejará de humedecer, y el módulo de alarma de sonido y luz emitirá una alarma para recordar a los usuarios que agreguen agua a tiempo para evitar quemaduras en seco.

图1 智能加湿器总体原理

2. Diseño de hardware del humidificador inteligente

(1) Módulo de control central: hay dos módulos de control central basados en un microordenador de un solo chip. Uno es responsable de controlar la supervisión de la humedad del humidificador y el estado de funcionamiento del humidificador, y el otro es controlar las funciones relacionadas del automóvil simple en la parte inferior, como evitar obstáculos, girar, Para iniciar, detener, etc., se utiliza un relé para conectar y controlar las dos microcomputadoras de un solo chip. La microcomputadora de un solo chip en el humidificador se usa principalmente para controlar la microcomputadora de un solo chip en el automóvil simple para enviar comandos. El microordenador de un solo chip seleccionado es un microordenador de un solo chip de nueva generación 51 con alta velocidad, bajo consumo de energía y súper antiinterferente. El voltaje de trabajo es de 5.5 ~ 3.5V. Hay 8 conversiones A / D de 10 bits de alta velocidad en el interior, y los datos del sensor de temperatura y humedad se pueden almacenar directamente en el microordenador de un solo chip. Conversión analógica a digital interna, eliminando la necesidad de un módulo de conversión A / D externo.


(2) Módulo de accionamiento inteligente: dado que el motor paso a paso tiene mayor precisión que los motores normales y es más fácil de controlar, el humidificador diseñado en este artículo utiliza un motor paso a paso y un chip de accionamiento del motor L298N. L298N es un circuito integrado monolítico, de alto voltaje, alta corriente, unidad de cuatro canales, que puede controlar directamente el motor sin circuito de aislamiento. A través de la entrada de E / S del microordenador de un solo chip para cambiar el nivel del terminal de control del chip, es muy conveniente operar el motor hacia adelante, hacia atrás y pararse. También puede cumplir con los altos requisitos de corriente del motorreductor de CC. Al depurar, siga el manual del chip y use el programa Ingrese el valor del código correspondiente para lograr la acción correspondiente. El principio del circuito del módulo de accionamiento se muestra en la Figura 2.

图2 智能加湿器驱动模块原理图

(3) Módulo de fuente de alimentación: la fuente de alimentación utilizada en este diseño incluye fuente de alimentación de un solo chip de 5V, fuente de alimentación de chip de accionamiento del motor de 5V y fuente de alimentación del motor de 7.2V, pero solo se utilizan dos baterías de litio de 3.6V para la fuente de alimentación. Es necesario agregar un circuito de caída de voltaje 7805 para reducir el voltaje y mantener el funcionamiento normal del circuito.


(4) Módulo de alarma: el circuito del módulo de alarma se muestra en la Figura 3. Cuando el sensor de nivel de agua detecta que el nivel de agua en el humidificador cae al nivel mínimo de agua establecido, el módulo de control central envía un comando, es decir, se emite un nivel bajo y el zumbador El dispositivo emite un sonido de alarma "di di".

图3 加湿器报警原理图

(5) Módulo de sensor: el módulo de sensor toma DHT11 como núcleo. DHT11 es un sensor de temperatura y humedad que ha almacenado señales digitales de calibración, que incluyen un elemento sensor de humedad y un elemento de medición de temperatura, y estos dos elementos se combinan internamente con un alto rendimiento 8 El microordenador de un solo chip está conectado para completar la recolección de temperatura y humedad.


(6) Módulo de pantalla LED: este diseño utiliza una pantalla de cristal líquido como pantalla de estado de salida, que tiene las ventajas de una buena estabilidad y no es fácil de parpadear. Después de que el módulo de control central recibe la información de humedad enviada por el sensor de temperatura y humedad, utiliza el módulo de conversión A / D de alta velocidad existente de 8 bits para convertir la información en una señal digital dentro del microordenador de un solo chip, y luego la ingresa en una pantalla de cristal líquido de trabajo de cátodo común para su visualización.


3. Diseño del programa de humidificador inteligente.

El humidificador presentado en este artículo divide el diseño del software en dos partes principales, una parte es un automóvil simple en la parte inferior: se instala un sensor infrarrojo para evitar obstáculos en los lados izquierdo y derecho del automóvil. Cuando no se detecte ningún obstáculo en los lados izquierdo y derecho, el automóvil se moverá hacia adelante; si se detecta un obstáculo a la izquierda y no hay obstáculo a la derecha, el automóvil girará a la derecha; si se detecta un obstáculo a la derecha y ningún obstáculo a la izquierda, Luego, deje que el automóvil gire a la izquierda; cuando se detecten obstáculos en los lados izquierdo y derecho, deje que el automóvil se detenga primero y luego retroceda 50 ms; la otra parte es el humidificador: inicialice la pantalla LCD, la interfaz de arranque, etc., escanee el botón, de acuerdo con el modo seleccionado por el usuario trabajando. El modo de funcionamiento del humidificador se divide en modo de monitoreo y modo de preajuste de humedad, y su modo de ajuste se divide en modo automático y modo de ajuste manual. En el modo de control automático del modo de monitoreo, el relé decide si realizar la humidificación y controla el funcionamiento del humidificador de acuerdo con el resultado de comparación del límite superior / inferior del valor de humedad preestablecido y el valor de humedad actual. El sistema limita el rango del valor de humedad preestablecido a 0 ~ 100% HR. Use 1602LCD para mostrar la humedad actual y el valor de humedad preestablecido. Además, cuando el nivel del agua es inferior al valor mínimo establecido, el sistema activará un timbre para activar la alarma y evitar quemaduras en seco.


Conclusión


Este artículo utiliza el método de diseño modular para diseñar con éxito un humidificador inteligente que pueda moverse libremente en la habitación y ajustar automáticamente el tamaño del rociado. Bajo la condición de garantizar una humidificación uniforme en la habitación, también puede lograr una advertencia temprana efectiva para evitar que el humidificador se seque. Visualización en tiempo real de la humedad interior. En primer lugar, use la programación en lenguaje C, después de Keil4, AltiumDisgner y otras depuración de simulación de software y pruebas reales, se demuestra que el humidificador diseñado en este documento resuelve efectivamente los problemas mencionados anteriormente del humidificador tradicional, haciendo que el humidificador esté un paso más cerca de la casa inteligente, y su Bajo costo, operación simple y cierto valor de aplicación práctica.