多功能智能家居干燥系統

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現總體結構及原理

通過(guò)單片機作為處理器，借助濕度探頭、溫控系統、殺菌除臭系統和保護系統實(shí)現多功能智能家居干燥系統的數字定時(shí)、智能斷電、智能殺菌除臭、節能開(kāi)關(guān)、可調溫度、過(guò)流過(guò)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的總體結構如圖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構圖

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濕度檢測模塊設計

濕度檢測是MCU獲取外界環(huán)境參數的重要一環(huán)，擬采用HS1101濕度傳感器，實(shí)時(shí)監測空氣相對濕度。

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(diǎn)：（1）全互換性 在標準環(huán)境下不需校正； （2）長(cháng)時(shí)間飽和下快速脫濕 ；（3）高可靠性與長(cháng)時(shí)間穩定性 ；（4）專(zhuān)利的固態(tài)聚合物結構 ；（5）快速反應。

其原理是空氣濕度改變，會(huì )引起電容電解質(zhì)的變化，進(jìn)而使電容值改變，MCU通過(guò)測量電容充放電時(shí)間確定實(shí)時(shí)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溫度檢測模塊設計

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

MCU對采集的溫度數據濾波后，得出實(shí)時(shí)溫度值T，與設定值T₀比較，如果T>T₀ ，MCU則發(fā)出停止加熱信號B，否則根據|T-T₀|的大小自動(dòng)選擇功率檔位，以此維持環(huán)境溫度的穩定。

根據我們對家居環(huán)境的溫濕度采樣及調查，溫度的變化波動(dòng)不大，濕度則時(shí)而潮濕，時(shí)而干燥，因此這里我們設定濕度優(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,可直接驅動(dòng)可控硅SCR或繼電器，利用這一特點(diǎn)，可以實(shí)現MCU控制加熱電路的通斷，簡(jiǎn)化了外圍驅動(dòng)，增強了電路的可靠性。

3.2.4紫外線(xiàn)殺菌消毒模塊設計

紫外線(xiàn)殺菌燈，由于紫外線(xiàn)會(huì )殺死細胞，因此消毒時(shí)要注意不能直接照射到人的皮膚，為此在消毒階段MCU實(shí)時(shí)檢測是否有人體靠近，并帶有報警系統。

3.2.5 GRPS無(wú)線(xiàn)通信模塊設計

由于網(wǎng)絡(luò )化的迅速發(fā)展，系統互聯(lián)通信已經(jīng)成為趨勢，因此采用GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊實(shí)現用戶(hù)的實(shí)時(shí)控制。

3.2.6人機交互設計

用戶(hù)可以定時(shí)，也可以設定溫度值，還可以讀取當前溫濕度，系統可以識別用戶(hù)設定的不合理之處，并且加以提醒，而這些用到鍵盤(pán)，LCD，以及蜂鳴器，操作十分簡(jiǎn)便。

3.2.7 故障檢測模塊設計

系統主要故障有（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(guò)MCU集成的模擬比較器與整定值比較；也可以對電流采樣，若電流出現大的波動(dòng)則認為漏電。而這些過(guò)程的實(shí)現都可以在MCU集成的外圍模塊中找到，很容易實(shí)現，節省電路成本。

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