基于單片機技術(shù)的溫室溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計

王 盈，郭成統(tǒng)，潘 水

（國營洛陽丹城無線電廠，河南 洛陽 471000）

0 引 言

隨著我國溫室大棚規(guī)模的擴大，更多的現(xiàn)代電子技術(shù)運用到溫室中。其中，溫室溫度的控制是溫室大棚需要解決的重要問題之一。傳統(tǒng)大棚大多應(yīng)用由模擬溫度傳感器、多路模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器以及單片機等組成的系統(tǒng)。此類系統(tǒng)的安拆、布置以及材料選取較為復(fù)雜。另外，線路上的模擬信號容易受到干擾，導(dǎo)致溫度的測量存在誤差，對數(shù)據(jù)結(jié)果的真實性影響較大[1]。單片機技術(shù)對溫度的控制具有靈活性特點，運用便捷，組態(tài)簡單，相對于傳統(tǒng)技術(shù)具有很大的優(yōu)勢，提高了溫度控制的精度。因此，單片機應(yīng)用十分廣泛，功能強大，體積小，可靠性高。單片機在測控和自動化系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，起著十分重要的作用。

1 溫室溫度測控系統(tǒng)的方案設(shè)計

1.1 設(shè)計目標(biāo)

系統(tǒng)擬實現(xiàn)的目標(biāo)如下：實時監(jiān)測溫室內(nèi)的溫度，可根據(jù)環(huán)境和作物調(diào)節(jié)溫度控制參數(shù)；與上位機通信，方便實現(xiàn)異地監(jiān)控；界面友好，方便相關(guān)人員的操作與分析；造價低，易于推廣。本系統(tǒng)的整體目標(biāo)是能夠模擬室內(nèi)檢測溫度系統(tǒng)，可以根據(jù)環(huán)境和溫室內(nèi)的植物需要設(shè)置參數(shù)，同時實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)的頁面需美觀、便捷且易操作。價格方面，相比于一般的溫控系統(tǒng)價格較低，有利于推廣。

1.2 方案設(shè)計

該系統(tǒng)由上位機和下位機兩部分構(gòu)成。下位機包含了AT89c52單片機、DS18B20數(shù)字式溫度傳感器、調(diào)控設(shè)備、人機交互以及報警等模塊，各部分通過RS-485總線連接。單片機在收集到溫度信號后，通過設(shè)備調(diào)節(jié)等相關(guān)動作將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控[2]。

系統(tǒng)主要分為發(fā)送終端和接收終端。發(fā)送終端結(jié)構(gòu)如圖1所示，核心處理器采用單片機，外圍設(shè)備包括無線接收模塊、顯示數(shù)碼管以及按鍵等設(shè)備，負(fù)責(zé)完成對上位機數(shù)據(jù)的打包和發(fā)送。

圖1 發(fā)送端結(jié)構(gòu)示意圖

接收端結(jié)構(gòu)如圖2所示。與發(fā)送端相比，除了具備發(fā)送模塊和按鍵外，接收端同時具備了溫度傳感器和繼電器部分，完成對溫濕度數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)上傳，同時能夠接收并執(zhí)行上位機下發(fā)的命令。

圖2 接收端端結(jié)構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

硬件系統(tǒng)基于單片機AT89C2051和溫度傳感器DS18B20的溫度測控系統(tǒng)實現(xiàn)，具體如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)圖僅標(biāo)注了一個芯片，對單點測溫的測控原理進(jìn)行了示意。若在溫室中需要多個測溫點進(jìn)行溫度控制，可以在單片機上連接多個傳感器，原理與圖1 一致[3]。

外部傳感器由電源供電，放置在離單片機150 m以內(nèi)的區(qū)域。單片機P3.4和溫度傳感器連接，P1口輸出七段碼，P3.0到P3.3是運用驅(qū)動三極管連接共陽數(shù)碼管的COM端。傳感器的作用是把室內(nèi)測試點的溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

單片機是整個裝置的核心，其自帶的2K的FLASHROM可以存儲數(shù)據(jù)，而主機控制傳感器需要經(jīng)過初始化、ROM指令以及存儲器指令3個關(guān)鍵步驟。

顯示器的版塊由1個四位一體的共陽數(shù)碼管和4個9012型三極管組成。單個的LED也是十分常見的配置，由7段發(fā)光的二極管構(gòu)成。在電路連接中，上述的二極管有共陽極接法和共陰極接法兩種連接方法。本次設(shè)計中有4個LED顯示單元，采用動態(tài)顯示方式。但是，這種設(shè)計的連接較為復(fù)雜，無法實際保障單片機的端口驅(qū)動能力，且需要增加成本。因此，加入了一個三極管驅(qū)動電路，這樣操作較為簡單，又能保證驅(qū)動能力，無論較大還是較小的數(shù)字，都能夠在LED上面正常顯示。本次設(shè)計中選擇的R較大，能夠更好地顯示數(shù)據(jù)。若考慮紙板布線的方便性，可以運用貼片電阻[4]。

設(shè)計系統(tǒng)分為傳感器控制和顯示器程序，傳感器控制程序按照通信協(xié)議編制。若溫室需要多個測量點進(jìn)行測量時，可以運用單片機另外的接口進(jìn)行連接。在同一時間，也能使它與上位計算機之間進(jìn)行銜接相連，最后形成溫室的溫度測量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)進(jìn)行最終安裝前進(jìn)行單點和多點的溫度檢測，每個主機都應(yīng)確認(rèn)與DS18B20相連接，且它們的序號也應(yīng)相連在一起。

3 系統(tǒng)主程序流程圖

系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4所示，可以分成3個步驟。首先，系統(tǒng)通過運算找出響應(yīng)的序列號。其次，打開所有在連接線上的系統(tǒng)，進(jìn)行A/D變換[5]。最后，從每個機子上讀出溫度的情況，并且記錄這些溫度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)以單片機為設(shè)計核心，由單片機、溫度傳感器、串口通信和計算機4部分組成，分為硬件和軟件兩個系統(tǒng)。該測控系統(tǒng)運用一條線接多個測溫點的技術(shù)，能夠?qū)厥噎h(huán)境下的多個地點的溫度進(jìn)行測量與采集。每個測量機都能夠獨立顯示與工作，不僅有溫度顯示，還能將溫度信息進(jìn)行歸檔和處理，及時收集數(shù)據(jù)。主機對單獨的測量機進(jìn)行指令，控制每個單元機進(jìn)行溫度采集。測量員還能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和收集等，整理測量結(jié)果，提供數(shù)據(jù)分析。主機與各個單機還可以聯(lián)系和協(xié)調(diào)，以達(dá)到較好的實驗效果。

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

4 結(jié) 論

隨著社會的發(fā)展和人類在科技、生活等領(lǐng)域的探索與進(jìn)步，溫室大棚對溫度的控制要求越來越高，且生活、醫(yī)療以及科技等領(lǐng)域的產(chǎn)品對溫度的要求也越來越高。目前，市場上的測溫儀普遍是單點測量且測量精度不高，不能及時和真實反映溫度的變化。因此，開發(fā)一種較為精確、能夠多點測溫且能夠綜合進(jìn)行系統(tǒng)分析的系統(tǒng)十分必要。在此大環(huán)境下，經(jīng)過大量的實驗分析和數(shù)據(jù)記錄，設(shè)計了基于單片機的溫度測量系統(tǒng)來對溫室的溫度測量和控制進(jìn)行管理，以提高經(jīng)濟效益。