基于与STM32的加湿器之雾化片驱动
加湿器是一种由电力驱动，用于增加环境湿度的家用电器。加湿器通过特定的方式（如蒸发、超声波振动或加热）将水转化为水蒸气，并将这些水蒸气释放到空气中，从而增加空气中的湿度。主要功效是改善室内环境的湿度，减少因空气干燥带来的不适，如皮肤干燥、喉咙不适等。同时，加湿器还能在一定程度上减少空气中的浮尘，去除异味，并创造更舒适的居住环境。
1.工作原理
根据工作原理的不同，加湿器主要分为以下几类：
蒸发式加湿器：利用风机的作用使水蒸发并扩散到空气中，达到加湿的目的。这种加湿器使用方便、无噪音，适合在需要安静环境的场所使用。
超声波加湿器：通过高频震荡将水雾化为超微小颗粒，并通过小风扇将水雾扩散到空气中。超声波加湿器的加湿效果好，能快速提高空气湿度，但可能会产生一定的噪音。
加热加湿器：通过加热将水转化为水蒸气并释放到空气中。加热加湿器不仅能增加空气湿度，还能杀死空气中的细菌和病毒，改善室内空气质量。但加热加湿器需要较高的能耗，并在加热过程中可能产生噪音。
2.市场与发展
随着人们生活水平的提高和对居住环境舒适度的要求增加，加湿器的市场需求不断增长。市场上出现了各种品牌、型号的加湿器产品，以满足不同消费者的需求。未来加湿器产品将更加智能化、便捷化。例如，通过智能控制实现自动调节湿度、与智能家居系统联动等功能。同时，随着环保意识的提高和技术的进步，节能、环保的加湿器产品也将受到更多消费者的青睐。
3.加湿器雾化片驱动
加湿器雾化片是加湿器中的核心部件，负责将水分子雾化成微小的颗粒，并释放到空气中，从而增加空气湿度。
加湿器雾化片，也称为超声波雾化片或换能片，是一种利用超声波振动原理将液态水转化为气态水雾的装置。通过高频振动将水分子打散成微小颗粒，形成水雾，并随着空气流动扩散到室内，达到加湿的效果。
随着加湿器市场的不断扩大和消费者需求的多样化，加湿器雾化片的生产和研发也在不断进步。目前市场上已经出现了多种类型的雾化片产品，如超声波雾化片、压电陶瓷雾化片等。
本次采用的加湿器雾化片为超声波雾化片，采用5V工作电压，工作频为110KHZ，工作电流大约300mA，2.0接线端子。硬件实物如下图所示：
加湿器雾化片硬件电路设计如下图所示：
使用NMOS管实现PWM输出110KHZ频率，外加三脚升压电感升压实现雾化片驱动。利用电感的互感特性，将初级电能转化为磁能，磁能感应到次级时，次级将磁能再转换成电能，一系列的电磁转换过程，只要将初级设计成一个小感量，次级设计成一个大感量，当电感器流过一个交变的电流，就可以达到一个升压的效果。三角电感实物图和封装如下图所示：
本次设计采用的三脚电感参数为6*8（25uH+800uH）。
3.加湿器雾化片驱动
3.1 HAL库配置PWM模式
本次雾化片驱动引脚为PB9,可通过TIM4_CH4通道进行驱动。使用HAL库配置信息如下：
3.2 PWM代码生成
TIM4_CH4初始化代码如下：
void MX_TIM4_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN TIM4_Init 0 */
/* USER CODE END TIM4_Init 0 */
TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
/* USER CODE BEGIN TIM4_Init 1 */
/* USER CODE END TIM4_Init 1 */
htim4.Instance = TIM4;//定时器4
htim4.Init.Prescaler = 0;//预分配系数
htim4.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;//向上计数
htim4.Init.Period = 654;//重装载值，一个技术周期时间：1/72*654=9.08us,约为110KHZ
htim4.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;//无时钟分频因子
htim4.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;//自动重装载允许
if (HAL_TIM_Base_Init(&htim4) != HAL_OK)//定时器初始化
{
Error_Handler();
}
sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;//时钟源
if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim4, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim4) != HAL_OK)//初始化定时器
{
Error_Handler();
}
sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim4, &sMasterConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;//PWM模式1
sConfigOC.Pulse = 0;//占空比
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;//有效电平为高电平
sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_ENABLE;//快速比较使能
if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim4, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_4) != HAL_OK)//TIM4_PWM初始化
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN TIM4_Init 2 */
/* USER CODE END TIM4_Init 2 */
HAL_TIM_MspPostInit(&htim4);//定时器引脚与时钟配置
}
定时器4通道4硬件引脚配置和启动代码示例：
void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
if(timHandle->Instance==TIM4)
{
/* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 0 */
/* USER CODE END TIM4_MspPostInit 0 */
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();//开启PB时钟
/**TIM4 GPIO Configuration
PB9 ------> TIM4_CH4
*/
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;//PB9
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;//复用推挽输出
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;//响应速度
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
/* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 1 */
HAL_TIM_PWM_Start(timHandle,TIM_CHANNEL_4);//初始化通道4
/* USER CODE END TIM4_MspPostInit 1 */
}
}
3.3 主函数和启动加湿器
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_DMA_Init();
MX_TIM4_Init();
MX_USART2_UART_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
printf("串口初始化完成\r\n");
TIM4->CCR4=327;//设置占空比，高低电平各占一半
/* USER CODE END 2 */
while(1)
{
}
4.运行效果
