多功能智能家居干燥系統(tǒng)

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)總體結(jié)構(gòu)及原理

通過單片機作為處理器，借助濕度探頭、溫控系統(tǒng)、殺菌除臭系統(tǒng)和保護系統(tǒng)實現(xiàn)多功能智能家居干燥系統(tǒng)的數(shù)字定時、智能斷電、智能殺菌除臭、節(jié)能開關(guān)、可調(diào)溫度、過流過熱保護、遠程GRPS通信及檢測等功能。多功能智能家居干燥系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，其總體工作原理圖如圖4所示。

圖3 多功能智能干鞋器總體結(jié)構(gòu)圖

圖4 總體工作原理圖

3.2 硬件平臺選用及資源配置

3.2.1濕度檢測模塊設(shè)計

濕度檢測是MCU獲取外界環(huán)境參數(shù)的重要一環(huán)，擬采用HS1101濕度傳感器，實時監(jiān)測空氣相對濕度。

HS1101濕度傳感器核心器件是基于獨特工藝設(shè)計的電容元件，它的工作溫度范圍是-40℃~100℃，完全符合家居條件下的測量，另外它具有以下特點：（1）全互換性 在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正； （2）長時間飽和下快速脫濕 ；（3）高可靠性與長時間穩(wěn)定性 ；（4）專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu) ；（5）快速反應(yīng)。

其原理是空氣濕度改變，會引起電容電解質(zhì)的變化，進而使電容值改變，MCU通過測量電容充放電時間確定實時相對濕度R，并與整定值R₀比較，如果R> R₀ ，則MCU發(fā)出停止加熱信號A。

3.2．2溫度檢測模塊設(shè)計

溫度也是外界環(huán)境一重要參數(shù)，擬采用數(shù)字式DS18B20溫度傳感器測量溫度。DS18B20溫度傳感器采用單總線通信方式，測溫范圍 －55℃～＋125℃，固有測溫分辨率0.5℃，支持多點組網(wǎng)功能，最多8個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的主線上，實現(xiàn)多點測溫，因此基于DS18B20的溫度測量具有電路簡單，可靠性強的特點。

MCU對采集的溫度數(shù)據(jù)濾波后，得出實時溫度值T，與設(shè)定值T₀比較，如果T>T₀ ，MCU則發(fā)出停止加熱信號B，否則根據(jù)|T-T₀|的大小自動選擇功率檔位，以此維持環(huán)境溫度的穩(wěn)定。

根據(jù)我們對家居環(huán)境的溫濕度采樣及調(diào)查，溫度的變化波動不大，濕度則時而潮濕，時而干燥，因此這里我們設(shè)定濕度優(yōu)先級高于溫度，即只要發(fā)出停止加熱信號A，即切斷加熱電路而不管是否發(fā)出停止加熱信號B；而發(fā)出停止加熱信號B，需檢測停止加熱信號A。

3．2.3加熱模塊設(shè)計

擬采用陶瓷加熱器，工業(yè)級AVR單片機的I/O，具有大電流10～40 mA,可直接驅(qū)動可控硅SCR或繼電器，利用這一特點，可以實現(xiàn)MCU控制加熱電路的通斷，簡化了外圍驅(qū)動，增強了電路的可靠性。

3.2.4紫外線殺菌消毒模塊設(shè)計

紫外線殺菌燈，由于紫外線會殺死細胞，因此消毒時要注意不能直接照射到人的皮膚，為此在消毒階段MCU實時檢測是否有人體靠近，并帶有報警系統(tǒng)。

3.2.5 GRPS無線通信模塊設(shè)計

由于網(wǎng)絡(luò)化的迅速發(fā)展，系統(tǒng)互聯(lián)通信已經(jīng)成為趨勢，因此采用GPRS無線通信模塊實現(xiàn)用戶的實時控制。

3.2.6人機交互設(shè)計

用戶可以定時，也可以設(shè)定溫度值，還可以讀取當(dāng)前溫濕度，系統(tǒng)可以識別用戶設(shè)定的不合理之處，并且加以提醒，而這些用到鍵盤，LCD，以及蜂鳴器，操作十分簡便。

3.2.7 故障檢測模塊設(shè)計

系統(tǒng)主要故障有（1）：漏電；（2）加熱器損壞。因此加入漏電檢測和加熱器損壞檢測。

漏電檢測可以采用儀用互感器采集漏電電流，通過MCU集成的模擬比較器與整定值比較；也可以對電流采樣，若電流出現(xiàn)大的波動則認(rèn)為漏電。而這些過程的實現(xiàn)都可以在MCU集成的外圍模塊中找到，很容易實現(xiàn)，節(jié)省電路成本。

加熱器損壞可以通過軟件判斷，若溫度變化率低于整定值，則認(rèn)為加熱器件損壞。