1 系统功能介绍

本设计实现了一种 基于 51 单片机的智能加湿器控制系统。随着现代生活水平的提高，人们对居住和办公环境的舒适度要求越来越高，空气湿度和温度的调节逐渐成为家庭和办公自动化的重要组成部分。传统加湿器仅能实现简单的加湿功能，缺乏对环境参数的实时监测和安全防护。本系统在传统加湿器的基础上，加入了 温湿度检测、水位检测、防干烧保护、声光报警、手动和自动模式切换 等功能，提升了设备的智能化和安全性。

系统的主要功能如下：

实时监测与显示
- 通过 DHT11 温湿度传感器实时检测环境温度和湿度；
- 通过水位检测电路获取当前水位高度；
- LCD1602 液晶屏显示温度、湿度、水位及工作模式（手动/自动）。
手动与自动模式切换
- 手动模式下用户可以通过按键直接控制加湿器工作；
- 自动模式下系统根据阈值自动控制加湿器启停，并进行报警提示。
阈值设定功能
- 用户可通过按键设定温度上下限、湿度上下限、水位报警值；
- 设置完成后，系统根据这些阈值进行逻辑判断。
报警与安全保护功能
- 当检测到温度超出安全范围时，蜂鸣器和指示灯发出声光报警；
- 当湿度低于下限时，系统报警并自动启动加湿器；
- 当湿度超过上限时，加湿器停止工作，避免空气过湿；
- 当检测到缺水时，立即停止加湿器工作，防止干烧损坏。
按键功能
- S1：设置键，进入设置界面；
- S2：加键，数值+1；
- S3：减键，数值-1。

2 系统电路设计

2.1 单片机最小系统

核心控制单元采用 STC89C52RC 单片机，其具备丰富的 I/O 接口资源，能够满足温湿度采集、LCD 显示、继电器控制和按键检测等多任务需求。最小系统包括：

单片机 STC89C52RC；
晶振电路，采用 11.0592MHz 晶振及两只 30pF 电容；
电源电路，提供 +5V 稳定电源；
复位电路，确保单片机上电初始化正常。

2.2 温湿度检测模块（DHT11）

DHT11 传感器是一种常见的数字温湿度检测模块：

工作电压：3.3V–5V；
通信方式：单总线；
输出数据：8 位湿度整数+8 位湿度小数+8 位温度整数+8 位温度小数+8 位校验和。

DHT11 与单片机 P3.7 端口相连，通过时序采集协议获取温湿度数据，再进行数据解析。

2.3 水位检测模块

水位检测部分采用简单的水位电极传感器或浮球开关：

当水位足够时，传感器输出高电平；
当水位不足时，输出低电平。
单片机通过 GPIO 读取该电平状态，结合逻辑控制继电器，从而防止加湿器在缺水状态下工作。

2.4 显示模块（LCD1602）

LCD1602 用于显示环境参数和工作状态，主要显示内容包括：

实时温度值；
实时湿度值；
当前水位状态（正常/缺水）；
工作模式（手动/自动）；
当前报警状态。

LCD1602 通过 4 位数据接口模式与单片机相连，节省了 I/O 资源。

2.5 报警模块（蜂鸣器+LED 指示灯）

系统设计了一个有源蜂鸣器和一个红色 LED 灯作为报警输出装置：

当系统检测到温度或湿度异常时，蜂鸣器发出声响，LED 灯闪烁，形成声光报警；
当故障解除或用户处理完毕后，报警自动停止。

2.6 继电器驱动与加湿器电路

继电器用于控制加湿器电源：

单片机输出低电平驱动三极管导通，继电器线圈得电吸合，接通加湿器电源；
单片机输出高电平时，继电器断开，加湿器停止工作。

这种方式确保了加湿器工作时的隔离性与安全性。

2.7 按键输入电路

系统设计三个独立按键：

S1（设置键）：进入阈值设定模式；
S2（加键）：数值增加；
S3（减键）：数值减少。

按键采用下拉电阻方式与 GPIO 相连，单片机通过轮询方式或中断方式进行检测。

3 程序设计

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=自动模式 1=手动模式
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();        // 按键检测Auto_Control();    // 自动控制逻辑}
}

3.2 温湿度采集程序

bit DHT11_Read(unsigned int *t, unsigned int *h)
{unsigned char temp_h, temp_l, humi_h, humi_l, check;// 发送起始信号并接收数据，略*t = temp_h;*h = humi_h;return 1;
}

3.3 水位检测程序

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

3.4 自动控制逻辑

void Auto_Control(void)
{if(mode == 0) // 自动模式{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();}}
}

3.5 按键设置程序

void Key_Scan(void)
{if(S1 == 0)  // 设置键{Delay(10);if(S1 == 0){mode = !mode;   // 手动/自动切换}}if(S2 == 0)  // 加键{Delay(10);if(S2 == 0) { H_min++; }}if(S3 == 0)  // 减键{Delay(10);if(S3 == 0) { H_min--; }}
}

3.6 LCD 显示程序

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");
}