蔬菜大棚溫度監控系統的設計研究

嚴思堃

[摘 要] 本文設計一種基于STC89C52單片機大棚溫度監控電路，在硬件設計方面，完成了單片機電路設計、溫度檢測電路設計、顯示電路設計、報警電路模塊設計、按鍵輸入電路模塊設計及自動控制電路。在軟件設計方面，采用模塊化編程思想，C51語言編寫，上位機和下位機之間采用RS485串口通信。在系統測試方面，搭建了一個溫室大棚監控系統的測試平臺，經過現場測試，該蔬菜大棚監控系統對溫度的監控達到了預期的要求。

[關鍵詞] 蔬菜大棚；溫度監控系統；設計

[中圖分類號] TP277 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2018）05-121-2

國內在溫度控制系統的生產與開發上，其技術水平并不統一。生產成本較低的系統的使用壽命通常較短，不僅在控制精度上偏低，而且使用穩定性較差。真正操作優良、運行穩定的產品，價格往往較貴，并不能實現大規模生產使用[1-2]。因此，設計一套低成本、性能運轉良好、技術含量高的溫度測控系統，對溫室大棚產業的發展具有重要意義。

1 系統硬件設計

1.1 單片機電路設計

本系統主要將數個DS18B20溫度傳感器設置為測溫元件，實現對蔬菜大棚內多點溫度的監測，然后將收集到的數據由STC89C52單片機進行相應分析與處理。整個系統硬件設計框圖如圖1所示。

1.2 溫度檢測電路設計

本系統采用DS18B20溫度傳感器，其對于線路起到了一定的精簡作用，并且電路的運行操作穩定性較強。DS18B20溫濕度傳感器主要使用單總線的傳輸形式，在傳感器的內部結構中，其涉及一個電阻式濕度傳感器和一個NTC感溫元件。

1.3 顯示電路設計

系統顯示電路需要使用液晶屏LCD1602，其可以實現對32字符的顯示。顯示電路結構中，第3腳對應的是對比度調整功能，可以對20k電位器進行外接。第4引腳對應的是寄存器選擇端口，第5引腳對應的是讀寫控制線，第6引腳對應的是使能端口，與單片機P2.3進行相連。第7～14腳對應的是雙向數據端，與之相連的是單片機P0口。

1.4 報警電路模塊

報警電路模塊的設置主要是使用PNP三極管開對蜂鳴器，通過其聯動響應，進而起到溫度監控的報警作用，對應的控制引腳是P3.7，在低電平的條件下，蜂鳴器將會產生聲音。對于該系統設計，還根據不同顏色的顯示，使用2個LED燈來醒目地表達出此時的溫度狀態，顯示出其環境的高低溫狀態。當單片機P2.3接口對高電平進行輸出時，此時紅燈會亮，提示當下的大棚環境溫度高；當單品機P2.7口輸對低電平進行輸出時，此時綠燈會亮，提示當下的大棚環境溫度低；當大棚室內溫度處于正常狀態時，紅綠燈將不會亮。

1.5 按鍵輸入電路模塊

蔬菜大棚的溫度監控系統設計在鍵盤模塊電路的設計上，S1、S2和S3與單片機上的P3.2、P3.3和P3.4引腳分別對應連接。當處在主界面狀態時，將S1鍵按下，系統將處在最高報警溫度上限設置的操作中，對應的S2和S3主要是對相應的溫度值進行增減調整；操作S1鍵2次，將進行的是最低報警溫度下限數值的設置，其增減調整同上。

1.6 自動控制電路

在蔬菜大棚的溫度監控系統設計中，對于自動控制電路的設計主要是使用2個高電平觸發繼電器模塊，在系統的監控過程中，對大棚室溫進行自動的加熱和降溫控制。繼電器的使用原理在于將對應的小電流在通電后，基于一定連線來實現對大電流的有效自動控制。在高溫條件下，單片機對應的接口將輸出高電平，對應的繼電器接收到信號后進行傳輸。常閉接口與com口會進行短接，開始進行降溫操作。當溫度低時，單片機與對應的接口對高電平進行輸出，繼電器2收到信號后常閉接口與com口短接，開始升溫設備。

2 系統軟件設計

系統軟件通過所運用的模塊化編程的操作原則，使用C51語言來對編寫相應的軟件程序。對于軟件部分的設計，包含的有按鍵掃描子程序、數據采集子程序、液晶顯示子程序和報警子程序。

3 系統測試

在進行系統測試時，通過搭建相應的測試平臺來開展系統的調試，將設備置于蔬菜大棚進行實地操作與處理，此時蔬菜大棚溫度控制系統運行正常，軟件操作效果表現良好。基于大棚中對部分環境溫度的監控，收集到一定的試驗數據，并對其展開分析。在系統的測試過程中，主要是以植株生長的最后階段為主進行溫度參數的收集。表1為08：00—20：00每隔1 h的大棚溫度監控系統所測數據。

本次測試是在冬季當地農場的普通蔬菜大棚中展開的，通過測試平臺所得的數據及處理結果可知，蔬菜大棚溫度監控系統運行狀態良好，使溫室大棚內的環境基本能夠滿足農作物的生長條件，基本達到了設計要求。

4 結論

本文設計一種基于STC89C52單片機大棚溫度監控電路，在硬件設計方面，完成了單片機電路設計、溫度檢測電路設計、顯示電路設計、報警電路模塊設計、按鍵輸入電路模塊設計及自動控制電路。在軟件設計方面，采用模塊化編程思想，C51語言編寫，上位機和下位機之間采用RS485串口通信。在系統測試方面，搭建了一個溫室大棚監控系統的測試平臺，將設備放置到溫室大棚中進行試驗，通過在溫室大棚中對部分環境因子的監控得到了一些試驗數據，并對結果進行了分析，得到溫度監控狀態基本良好。

參考文獻

[1]邢希君，宋建成.設施農業溫室大棚智能控制技術的現狀與展望[J].江蘇農業科學，2017（21）：10-15.

[2]薄英男，郭輝，張學軍，等.淺談溫室環境監控系統的現狀及發展趨勢[J].新疆農機化，2016（5）：37-40.