刘肯，陈浩源，韩旭东

广州城市理工学院汽车与交通工程学院，广东广州 510400

0 引言

智能温控雾化装置为一种通过超声波雾化片雾化水，并吸收环境温度使其蒸发，以此达到降温、除尘、增湿的装置，用以一定幅度提升环境降温的能力。利用电子可以高频振荡的特性让其产生出人体所不能感知高频震动，再利用陶瓷雾化片的高频谐振的特性，将液态水分子成功吹到雾化片出口。

智能温控雾化装置可以单独用于房屋建筑内调节环境温度、湿度等方面；可以作为车载汽车加湿器设备使用，起到增加汽车室内的湿度、滋润干燥的空气的作用;可选择配合一些植物精油或药液使用，有效缓解驾驶疲劳、去除汽车中的异味、滋润肌肤、美容养颜、抑制细菌传播、避免引起呼吸道疾病、使车内环境更舒适；也可以选择性地分布在校园等室内地方，进行小面积的整体降温、除尘、增湿。

1 整体系统设计

基于设计目标和预期方案，从宏观来讲，所设计的整体系统主要由硬件和软件两大部分组成，图1为系统总体控制框图。

图1 系统总体控制框图

对于核心控制器的选取，通过查阅资料，选择STC89C52单片机为核心控制芯片，加上其他的模块一起组成温控喷雾装置的整个系统，其中包含中控部分、输入部分和输出部分。

(1)中控部分

中控部分采用了STC89C52单片机，其主要作用是获取输入部分数据，经过内部处理，控制输出部分。

(2)输入部分

输入部分由5个模块构成：①供电电路模块，给整个系统进行供电；②DHT11温湿度检测模块，通过该模块可获取当前温湿度；③独立按键，通过3个独立按键切换界面和调节喷雾挡位及设置温度限定值;④红外接收模块，可通过红外遥控;⑤时钟模块，可通过定时控制雾化启动。

(3)输出部分

输出部分由3个模块构成：①LCD1602显示模块,通过该模块可以显示当前温度值、喷雾量状态、手动/自动模式以及设置喷雾挡位及温度限定值界面；②雾化片驱动模块和雾化片，通过雾化片驱动模块，配上低电平控制，即可完成喷雾挡位调节；③蜂鸣器报警，当温湿度不在设定范围内的话，则蜂鸣器进行间断性报警。

LED指示灯需配合3个雾化模块使用。其系统的运行模式为：此雾化装置首先经过温湿度传感器DHT11对外围的环境温湿度进行实时识别并检测，然后将采取的数据传递给单片机进行解析处理，配合专用驱动IC SJ303来实现对雾化片的嵌入式智能化控制输出。用户可按动轻触按键自行设定合适的温度最大最小值，传感器可以感知当前外界环境的温度是否处于用户设定范围内，装置根据所处的环境温度数值，自动判断是否转换弱挡、中挡和强挡等合适的挡位。假若检测到所处的环境温度数值高于设定的最大值时，鸣警器开始运作，增加喷雾片的雾化量;假若传感器感知到外界环境温度低于设定的最小温度时，鸣警器开始运作，且雾化片停止工作。因此实现了雾化片的喷雾量大小控制随温度变化而变化，进而不需要人为的频繁操作，即一定程度上实现了喷雾的智能化、自动化控制。此外，该装置还预留了手动操作设置模式，方便根据不同的环境需求进行修改。

2 系统硬件设计

系统硬件电路的最主要组成部分有：以单片机组成的最小系统模块、温湿度检测电路设计、超声波雾化片驱动电路、蜂鸣器鸣叫警示电路、按键控制电路、红外接收设计等模块。下面对这几个组成部分进行详细的介绍。

2.1 温湿度检测电路设计

由于智能雾化装置在长期的运行过程中，需要对所处的外界环境因素进行实时采集，并根据不同情况做出快速的处理反应，且需要一定的抗干扰能力。故根据工作需求，最终选用DHT11数字温湿度传感器，此传感器具有专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，并具有极快的响应速度、卓越的抗干扰能力、极优的性价比若干优点。

温湿度检测模块电路如图2所示。由图可以看出，温湿度传感器I/O与STC89C52的P1.6控制端口相连，这样单片机STC89C52可以将温湿度传感器检测的环境温湿度通过该端口读入并显示，同时控制雾化片的喷雾量大小。图中的是DHT11的上拉电阻，其作用是单片机读取数据结束时，上拉电阻将I/O重新拉回高电平状态。供电电压为3～5.5 V，电流平均为0.2 mA。

图2 温湿度检测模块电路

2.2 雾化片驱动模块设计

针对智能温控喷雾系统，设计的雾化片驱动模块电路如图3所示。

图3 超声波雾化片驱动模块电路

超声波雾化片专用驱动芯片是依据COMS工艺所制造的专用高度集成电路。其内部组件含有高平PWM发生器、DC-DC升压控制器、MCU内核等资源。该集成化电路通过驱动两个低内阻N沟道MOSFET，进而实现了前端DC-DC的高效升压及超声雾化片的驱动。

工作环境:电压为5 V(直流电压); 温度为-30～80 ℃。

电路原理:元器件电子电路中的控制输出、DC-DC升压电路和超声波雾化片驱动功能由超声波雾化片专用驱动芯片提供。在此电子电路中，小功率贴片电感、肖特基二极管D3、三极管Q6和电解电容共同构成DC-DC升压电路，电阻和提供反馈信号。输入直流电压5 V由前端电路将其升压至20 V，以满足超声波雾化器的驱动电压要求；由小功率贴片电感、三极管Q7和超声波雾化片组成后端电路，以此形成无源高压谐振电路从而驱动超声波雾化片进入工作状态；再者为预防直流电流加载到雾化片的两端，在电子电路中加入电容和以起到隔绝直流电流的有效作用。同时，采用电容作为超声雾化片的分流电容，稳定超声波雾化器两端的电压，防止超声雾化片产生故障。

超声波雾化片专用驱动芯片有一个电路电信号EN输入端口，假若接入低电平之时，芯片就进入工作状态;假若接入高电平或悬空之时，芯片就进入待机状态。另外芯片的SCAN端口为扫频测试端口，每按下按键一次都将进行一次试频率扫描，扫描结束之后待机。

2.3 蜂鸣器鸣叫警示电路

蜂鸣器鸣叫警示电路如图4所示。蜂鸣器通过STC89C52芯片的引脚P2.1端口进行控制。当温湿度传感器检测到的温度数值低于或湿度高于设定最小值时，雾化器自动关闭，蜂鸣器发声鸣响，提示用户当前温度下降或湿度升高；相反，芯片引脚 P2.1端口输出无效电平信号，蜂鸣器不发声警示鸣叫。当温湿度传感器检测到的温度数值高于设定的最大值时，单片机的引脚P2.1端口输出有效电平，温控雾化自动转为强挡，蜂鸣器发声鸣响。

图4 蜂鸣器鸣叫警示电路

2.4 红外接收部分设计

在红外接收部分方面，简而言之，此电子元器件采用的是成品的塑料封装的红外接收头HS0038A和输出波形相同的成品遥控器。意在通过此遥控方式来控制喷雾挡位的调节，方便用户远程控制喷雾装置，极大提高了便利性。红外接收模块电路如图5所示。

图5 红外接收模块电路

2.5 独立按键模块电路

独立按键模块电路如图6所示。

图6 独立按键模块电路

采用S2轻触按键来查看温度的设定，小于10 ℃停止；10～20 ℃是一个低挡位的状态；20～30 ℃是一个中挡位的状态；30～40 ℃是一个强挡位。所以总共有4个挡位：停止、低挡、中挡、强挡。并且温度设定是可以通过按键更改的，通过S3轻触按键加，S4轻触按键减。但是设定的限值差绝对值要大于1 ℃。自动模式是通过温度的改变来控制，当然也可以手动模式来调节，手动模式就是在温度检测显示界面按下S3轻触按键，从而改成手动模式状态，然后通过S4轻触按键自行调节挡位。想调回自动模式就再按一下S3按键。

3 软件设计

此软件结构系统设计采用Keil u Vision5运行编译，该系统架构有3个部分:一是发送系统，二是接收系统，三是执行系统。执行系统是该程序的内核，它运行的是所设定的固定命令，但是用户可以通过发送程序指令给接收系统，进而通过接收系统对执行系统进行调整和控制。在用户控制该系统时，系统会给予用户及时的反馈提醒，实时显示系统状态。

4 结束语

以STC89C5芯片为核心控制器所设计的智能调节温控喷雾装置,宏观上总体实现了识别、检测并显示外部环境温度湿度数值,再者依据外部环境因素数值的变化自动调节雾化程度,减少了人们对喷雾装置使用的精力消耗,促进了喷雾装置智能化的发展。该喷雾装置使得之前的笨拙喷雾有较大的进步,可以进行定时定量的或者不同的温度环境控制下实现智能化喷雾。不仅减少了人工成本,较之前的笨拙持续喷雾更经济实惠且节约用水，更加适用于无人化、智能化、经济化的当今世界场景。