超声波雾化器设计.doc

物理与电子工程学院XXXX级本科课程设计

物理与电子工程学院
《单片机》
课程设计报告书
设计题目： 超声波雾化器设计
专 业： 自动化
班 级： 14接本
学生姓名: 郑磊
学 号: 20140343110
指导教师： 王承林

2014年 11 月16 日

物理与电子工程学院课程设计任务书

专业： 自动化 班级： 2014接本

学生姓名
郑磊
学号
20140343110
课程名称
单片机原理及接口技术
设计题目
超声波雾化器设计
设计目的、主要内容（参数、方法）及要求
l 检测电路硬件的设计：完成检测所需光电信号转换电路的设计及探测机理的分析；
l 显示电路硬件的设计：完成以单片机等为核心的信号处理及显示硬件电路的设计；
l 系统软件设计采用C语言完成相关信号处理运算等软件的设计。
工作量
2周时间，每天3学时，共计42学时
进度安排
l 第1天：查阅资料，整理资料
l 第2-3天：整理报告，确定初稿
l 第4-14天：完成程序，整理交稿

主要参考资料
1.孙晓霞．超声波雾化喷嘴的研究进展[M]．北京：电子工业出版社，2004
2.周国雄，夏国荣，周凯，等．基于无线数据收发原理的自动报站系统[J]．微计算机信息，2008，24（1-1）：179-181
3.蒋辉平，周国雄．单片机原理与应用设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2007

指导教师签字

教研室主任签字

摘 要

提出一种基于单片机的超声波雾化器的智能控制系统。该系统选用AT89S52为控制器，其中超声渡雾化器为系统核心器件，可实现室内空气迅速升温、增湿，净化空气。实际运行情况表明，该系统具有温湿度实时显示及设定功能、无需人工干预温湿度自动调节，能实现自动进水、排水等众多功能。系统控制简便快捷，抗干扰能力强，具有十分广阔的市场前景。

关键词：超声波雾化器；单片机；智能控制

0

目 录

1. 引言 2
2. 课程设计的目的 3
3 .分类和用途 3
4.相关文献和书目 3
5. 相关工具和软件的准备 3
6 .说明 4
7. 注意事项 4
8. 特别提醒 4
9 .单片机的选用 5
10.系统结构及工作原理 5
11.硬件电路设计 6
12 .软件设计 7
13. 运行情况 8
14. 结语 9
15.总结 9
16 .附录 10

引言

冬天来临，如何营造一个舒适温暖的洗浴环境成了人们普遍关注的问题；在某些气候干燥的地区，保持室内湿度也是一个大问题。目前，市场上也有很多种类的加温加湿产品，但是这些产品在不同程度上存在着一些不足：(1)相对北方而言，南方无集中供暖设备，进入浴室洗浴之前人们普遍使用的如浴霸、壁挂式热吹风机等产品，而使用浴霸加热，并不能从根本上提高室内空气环境的温度。并且该产品存在辐射，光线太强等缺点，长期处于该环境下，容易引起头晕目眩、失眠、食欲不振等现象。(2)根据调查，空气干燥，空气中悬浮物、粉尘过多易于病菌的迅速传播，处于这种环境中，人们易感冒、皮肤过敏，肌体免疫力下降，同时体内水分也加速流失，皮肤显得很干燥。目前市面上的产品多为单纯的加湿器，不能同时解决加温加湿问题。基于此，采用超声波加湿器处理热水将会是一个有效的办法，由于水的比热相当大而空气比热很小，用较少的水与空气进行热交换就可以使较多量多的空气升温，对调节气温起着巨大的作用。而且超声波加湿器加湿强度大，加湿均匀，加湿效率高，节能、省电。为此笔者设计了一种基于超声波雾化器的智能控制系统，该系统是在基于快速节能的前提下，实现室内环境快速加温加湿，且具有保温保湿的作用

1 课程设计的目的
超声波雾化器利用电子高频震荡（振荡频率为1.7MHz 或2.4MHz，超过人的听觉范围，该电子振荡对人体及动物绝无伤害），通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的水雾，不需加热或添加任何化学试剂。与加热雾化方式比较，能源节省了90%。另外在雾化过程中将释放大量的负离子,其与空气中漂浮的烟雾、粉尘等产生静电式反应，使其沉淀，同时还能有效去除甲醛、一氧化碳、细菌等有害物质，使空气得到净化。

2 分类和用途
超声波雾化器采用高效集成电路，超小型一体化的独特结构设计，重要部件采用高品质的雾化片。加湿器、熏香器、美容机、消毒机、浴缸造雾机、盆景、工艺品的广泛用途。
超声波雾化器系列产品，从单喷头到多喷头、从不稳定的法兰安装结构式到高性能的投入式、从水的雾化器到耐二氧化氯等强氧化剂的雾化器，从锌合金外壳到黄铜和不锈钢外壳，选择雾化器产品型号，合理调整雾化器的参数和工艺。

3.相关文献、书目的准备
1.孙晓霞．超声波雾化喷嘴的研究进展[M]．北京：电子工业出版社，2004
2.周国雄，夏国荣，周凯，等．基于无线数据收发原理的自动报站系统[J]．微计算机信息，2008，24（1-1）：179-181
3.蒋辉平，周国雄．单片机原理与应用设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2007
4.相关工具软件的准备
1.Keil开发软件
2.Proteus仿真软件
3.Office
4数学公式编辑器
5.说明
在正确的使用情况下，雾化片的使用寿命约3000小时，且极易更换。其使用寿命还与水的质量有关，如果雾化片上沉积了水垢，请用柔布清洗。根据不同的的水质和使用目的，可以选用不同的雾化片，如水质较硬的地区选用覆不锈钢的雾化片，要求耐酸的使用环境选用玻璃釉面的雾化片。雾化器具有断水自动保护功能，当水位低于水位开关时，雾化器会自动停止工作。雾化器工作时，请勿把手置于雾化片上方，因高频震荡，手会有刺痛的感觉，但这不是电的冲击或漏电。
雾化器的正确使用步骤为：将雾化器放入装了水的容器内→雾化器的电源连接线接入变压器→再将变压器的插头接入电源即可。

6.注意事项
1、提倡病号用面罩做雾化，不用咬嘴(以防止呼出气流进入雾化器内，锈蚀雾化器内部元件)。
2、请勿使雾化吸入器受到任何强烈的冲撞，例如从高处摔落本产品。
3、请勿把产品放在高温、低温、高压或阳光直射的地方。
4、请勿弄折送气管。
5、在每次开机前水槽中必需加足蒸馏水。检查药杯底膜片是否漏水，以防止药液进入水造成浪费，另外药液侵蚀晶片。
6、当药液瓶内存在药液时，请勿搬运或存放产品。
7、每次使用完毕，将水槽中水完全放掉，擦干雾化器，晶片用软布擦干，发现晶片上有水垢，用晶片专用清洗液浸泡3min-5min，然后擦干，以延长寿命。
8、请勿将雾化吸入器放置于婴儿或无意识患者触及的地方。
9、请勿使用苯、稀释剂和易燃化学药品来清洗产品。
10、关于废弃的本体、附件和可选部件的处理方法，请遵照当地政府的规定执行。
7特别提醒
不要在雾化片表面没水时，将雾化器接入电源，因为电路启动的脉冲电流在雾化片没有水的状态下会烧坏雾化片 。

8.单片机的选用
方案一：采用传统的51单片机。传统51系列单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大容量的程序和实现快速精准的反应、控制、计算。
方案二：采用FPGA可编程逻辑器件。FPGA功能强大，编程灵活，低功耗，但是价格昂贵操作复杂。
方案三：采用TI公司LM3S811控制器。LM3S811是64位的单片机，功能强大，运算速度快、控制简单，存储容量大。
9系统结构及工作原理
根据系统的设计要求确定系统功能电路图如图1所示。图1中，以超声波雾化器为系统核心器件，将一定温度的热水雾化为直径5微米左右的水颗粒，实现空间迅速升温、增湿：净化空气等功能。接通电源后整机工作，两个温度传感器分别返回室温和水箱水温，湿度传感器接收空气湿度信号，液位传感器则返回水箱液位信号，同时系统检测用户是否自行设定了温湿度值，没有设定则调用系统默认设置。控制板即以这些信号为基准开始各项控制工作，首先判断室内温度，若温度低于系统默认值25。C，则需要启动雾化器给室内空气升温，启动雾化器前要检测水箱水温，如果水温不够高，则需给水加热，加热启动前检测水位，若水位在电热器件之上，则启动电热器件给水加热，水位在设定水位之下则启动进水阀加水，到达启动电热器件水位再启动加热，水箱中水的温度到达雾化设定值时，开始雾化，至此系统自动完成了雾化前的一系列信号反查的准备工作，随着雾化器的启动，室内温度和湿度都在增加，当到达用户设定值或系统默认值，雾化器停止工作，系统进入温湿度保持状态。当温度下降时再次启动雾化器，如此循环保持室内温湿度在用户设定值上。

10. 硬件电路设计
本系统硬件电路主要包括单片机小系统、超声波雾化器、温度测量系统、湿度测量系统、水位控制电路、按键显示电路、加热电路、指示部件、控制部件9个电路模块。其中单片机小系统选择AT89S52即可满足该系统的要求。本节的重点在于介绍超声波雾化器和温湿度测量模块、水位控制电路和加热电路的设计

超声波雾化器用于调节空气温湿度。它以水为介质，将电能经换能器转换成机械能，使水产生雾状微粒．一般采用分体式，即超声波雾化头与电源和电路部分完全分离，便携带，体积小、即插即用、设有自保功能；高可靠，可全天候工作。雾化器电路如图3所示，电源经变压器(AC220V)降压f48v1送桥式整流和电容滤波后给电路提供工作电压。雾化器工作电路由振荡器、换能器和水位控制电路等组成。在温度测量系统中，有两个温度测量点，一个是室内温度测量，温度值直接显示到控制板的数码管上面，实时通知用户室内温度。用户可以通过感知已知的室内温度在用户面板设定想要的室内温度值，达到最佳的加温效果；另一个是水温测量，当水的温度达到雾化器启动温度范围时通知单片机可以启动超热，实现热水雾化的自动控制，防止雾化冷水反而降低室内温度。在比较了大量测温方案之后，决定采用集成温度测量芯片DSI 8820。在湿度测量系统中，湿度测量系统包括湿度传感器和A／D模块两部分。系统采用的湿度传感器是cHTM-02／N湿度传感器，由于该传感器输出为电压信号，为了形成单片机便于处理的数字信号，需要把湿度信号进行加转换，在本设计中，采用了美国TI公司生产的10位模数转换器TLcl549。在水位控制电路中，水箱水位采用三级水位监控，三个探针分别位于水箱顶部，加热器件上方，水箱底部。顶部探针用于水箱溢出指示。中部探针用于检测水位是否在加热器件上方，以通知单片机能否启动电热器件，底部探针用于指示水箱是否有水，该功能为附加功能指示。当进水管电磁阀打开，水箱开始进水，各探针即检测各自水位，实现进水，排水．加热，雾化等一系列自动控制。结构图如图3。

在加热电路中，本设计中电热器的启动或停止完全由单片机自动控制．温度传感器返回的水温如果达到了雾化器的启动温度，电热装置则待命，一旦温度下降，雾化器停止工作，随即启动电热装置给水加热，当达到程序设定的温度值时自动停止加热，按照室温决定是否启动雾化，如此循环，保证整个系统有序工作。
11软件设计
在本设计中，主程序调用了8个子程序，图4为主程序结构图。图4中，其中各子程序的功能如下：(1)数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。(2)键盘扫描电路及按键处理程序：实现键盘的输入识别，软件消抖及控制相应的程序。f31温度信号处理程序：对两个温度芯片送过来的数据行处理判断，控制单片机进行分布控制和显示。(41湿度信号处理程序：对湿度传感器送过来的数据进行处理并送显示。f51液位控制程序：接收探针送过来的液位信号并以此为标准去控制相应的执行器件。(6)室温、水温及湿度继电器控制序：接收相应的信号控制继电器动作。

12运行情况
系统外观平面图如图5。系统设计为方形以便于放置，中间加入了隔板保护左端电路部分，防止其所处空间湿度过大影响系统正常工作。

将本系统与现今流行的加热加湿类产品列表对比如下，其系统功能比较见表l。从表1中可以看出，超声波加热加湿器相对于现有类似产品来说具有更好的推广价值。

13结语
我的设计的基于超声波的智能调节控制系统通过超声波将热水雾化，实现了室内的快速升温以及加湿的作用，可广泛应用于浴室、厅堂的空气调节等方面，相对于常用的恒温恒湿空调机，单台机器相比便宜了近9000元．可产生巨大的经济效益。本文作者创新点：提出一种基于单片机的超声波雾化器的关，全参数化的代码编写，可以任意配置图像尺寸、图像位宽、小波变换的级数这三个参数。此小波变换IP核将应用于图像压缩以及图像融合的算法实现中，为以后系统集成提供了可靠的保证。

14总结
本文提出了一种高效并行的结构来实现二维提升小波变换。此结构极大程度地减少了存储器的占用，采用优化的移位加操作实现常系数乘法器，并插入细粒流水线，使数据通道处理速度加快，并且IP核基本与硬件无关。依照IP核设计规范要求，设计完全参数化，可方便重新配置；并且设计了有效的testbench，可供用户进行验证，利于SOC／SOPC系统集成设计。本文创新点：本文设计二维离散小波IP核具有以下技术创新点：1、可任意配置图像尺寸、图像位宽、小波变换的级数这三个参数，完全满足可重用性设计规范。2、精简的存储结构，使
二维小波变换只需要7行数据缓存即可实现行列并行滤波处理。3、优化的常系数乘法器以及流水线设计，使IP核与器件无关，且处理速度快。

附录
//***************************************************************
#include <reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
//***************************************************************
//***************************************************************
void init()
{
power=0; //power is ok
lcden=0; //low enble
write_com(0x38);
write_com(0x0c); //display open ,cursor off,blink off
write_com(0x06); //pointer auto add 1
write_com(0x01); //clear screen and pointer
write_com(0x80);
TMOD=0x10; //time1,16 bit timmer
EA=0; //open entire interrupt
Trig=0;
Echo=0;
delay(1);
}
//***************************************************************
void init1()
{
write_com(0x80);
write_dat('W');
write_dat('L');
write_dat(':');
write_com(0x86);
write_dat('M');
write_dat('M');

}
//***************************************************************
void display(uint temp)
{
write_com(0x83);
write_dat((temp/100)+0x30);
delay(20);
write_dat(temp%100/10+0x30);
delay(20);
write_dat(temp%10+0x30);

}
//***************************************************************
void display1()
{
uchar code table[]="SIAS UNIVERSITY ";
uchar code table1[]="ZZS 20071521258 ";
uchar num;
write_com(0x80);
for(num=0;num<16;num++)
{
write_dat(table[num]);
delay(300);
}
write_com(0x80+0x40);
for(num=0;num<16;num++)
{
write_dat(table1[num]);
delay(300);
}
write_com(0x01);
delay(1000);
}

//***************************************************************
//***************************************************************
void main()
{
init(); //timer1，16 bit
display1();
init1();
while(1)
{
alertl=1; //low alert
alertm=1; //middle alert
alerth=1; //high alert
EA=0; //off entire interrupt
Trig=1; //ultrasonic Trigger
delay_20us(); //delay 20us
Trig=0; //20us's Pulse
while(Echo==0); //wait Echo change High Vol
succeed_flag=0; //clear succeed flag
EA=1; //open entire interruot
EX0=1; //open exinterrupt0
TH1=0; //clear timer1's high 8 bit
TL1=0; //clear timer1's low 8 bit
TF1=0; //clear timer1's overflow bit
TR1=1; //start timer1
delay(20); //waitting
TR1=0; //stop timer1
EX0=0; //off exinterrupt0
if(succeed_flag==1)
{
time=timeH*256+timeL; //entire time
distance=time*0.172; //s=t*340/2*1000mm
waterlevel=163-distance; //
if(waterlevel>=0&&waterlevel<=163)
display(waterlevel);

}
if(succeed_flag==0)
{
distance=0;

}
if(waterlevel>=0&&waterlevel<=50)
{
write_com(0x8C);
write_dat('L');
alertl=0;//RED Light,low water level
pumb=0;//open pumb,add water
}
else if(waterlevel>50&&waterlevel<=100)
{
write_com(0x8C);
write_dat('M');
alertm=0;
}
else if(waterlevel>100&&waterlevel<=163)
{
write_com(0x8C);
write_dat('H');
alerth=0;
pumb=1;//off pumb

}

delay(200);

}
}
//***************************************************************
//***************************************************************
void exter() interrupt 0
{
timeH =TH1; //timer1 Low 8 bit
timeL =TL1; //timer1 High 8 bit
succeed_flag=1;
EX0=0; //off exinterrupt
}
//****************************************************************\

课程设计成绩评定表
院系： 物理与电子工程学院 班级： 姓名： 学号：
项目
分值
优秀
(x≥90%)
良好
(90%>x≥80%)
中等
(80%>x≥70%)
及格
(70%>x≥60%)
不及格(x<60%)
评分
参考标准
参考标准
参考标准
参考标准
参考标准
平时考核
20
学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作。
学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务。
学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作。
学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务。
学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度。

课程设计报告
报告内容组织书写
20
结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰。
结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰。
结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰。
结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整。
内容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰。

技术水平
20
设计合理、理论分析与计算正确，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信。
设计合理、理论分析与计算正确，文献引用、调查调研比较合理、可信。
设计合理，理论分析与计算基本正确，主要文献引用、调查调研比较可信。
设计基本合理，理论分析与计算无大错。
设计不合理，理论分析与计算有原则错误，文献引用、调查调研有较大的问题。

仿真/制作
40
实验数据准确，有很强的实际动手能力和计算机应用能力。
实验数据比较准确，有较强的实际动手能力和计算机应用能力。
实验数据比较准确，有一定的实际动手能力。
实验数据无大错。
实验数据不可靠，实际动手能力差。

指导教师签名

指导教师评定成绩

14