基于單片機(jī)的溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

摘要：隨著大棚技術(shù)在農(nóng)業(yè)種植方面的廣泛應(yīng)用，采用多電路開關(guān)、溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)等技術(shù)組成的溫度控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20對大棚溫度進(jìn)行監(jiān)測，然后將溫度值轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可識別的數(shù)字量進(jìn)行處理，并在LED上顯示實(shí)時溫度，實(shí)現(xiàn)對大棚溫度采集和控制的自動化。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；溫度傳感器；大棚溫度；采集

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 23-0000-02

我國經(jīng)濟(jì)與科技快速發(fā)展，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國人民的日常生活需求。然而科技的進(jìn)步也使得我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植技術(shù)方面有很大的提高，通過科技來改變糧食缺乏的現(xiàn)狀已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，以溫室大棚技術(shù)為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主流。本文主要探討以單片機(jī)為控制核心的大棚溫度控制系統(tǒng)，如何科學(xué)合理的調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫度，達(dá)到農(nóng)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)的目的。

1 系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)

在農(nóng)業(yè)中，大棚溫度是決定棚內(nèi)農(nóng)作物生長發(fā)育的重要環(huán)境因素，在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)大棚內(nèi)的溫度具有如下特點(diǎn)：1）溫度變化快：大棚內(nèi)的溫度受外界自然環(huán)境的強(qiáng)烈影響，太陽光照是使得室內(nèi)溫度重要因素。外界空氣溫度、濕度、土壤的性質(zhì)也會影響大棚內(nèi)溫度的變化；2）溫度分布不均勻：大棚內(nèi)溫度分布不均勻是受外界光照不均勻以及大棚內(nèi)溫度控制設(shè)備的分布位置而引起的。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案

本方案主要設(shè)計思路是通過DS18B20溫度傳感器檢測實(shí)時溫度，并傳輸給單片機(jī)，在LED上顯示溫度，將檢測到的溫度與預(yù)先設(shè)置好的上下限溫度進(jìn)行比較，若實(shí)時溫度不在上下限溫度范圍內(nèi)則發(fā)生報警，然后調(diào)用控制模塊自動執(zhí)行升溫或降溫操作，并將實(shí)時溫度傳輸給遠(yuǎn)程計算機(jī)進(jìn)行記錄與分析，如圖1。

圖1系統(tǒng)原理圖

該系統(tǒng)采用單總線工作方式，對大棚內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)溫度采集和控制，AT89S51對整個系統(tǒng)進(jìn)行自動控制，計算機(jī)作為上位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時記錄與分析，單總線可以掛接多個DS18B20溫度傳感器，對大棚內(nèi)不同地方的溫度進(jìn)行采集。

（1）溫度采：DS18B20是一種精度高、數(shù)字化、功能強(qiáng)的溫度傳感器，可以將采集到的實(shí)時溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸給單片機(jī)，采用單向總線的方式與單片機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。DS18B20溫度傳感器測量的范圍在-55°C-125°C，當(dāng)溫度在-10°C到80°C之間時，誤差為±0.5°C。DS18B20可將溫度按照不同的分辨率進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并將溫度值轉(zhuǎn)換成16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式在單總線上傳輸，高五位為溫度的符號位，當(dāng)溫度為正時，則全部為0，當(dāng)為負(fù)時，則全部為1，低四位為溫度的小數(shù)部分，中間7位溫度的整數(shù)部分。（2）LED顯示：采用八段式共陰極數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管具有低耗能、壽命長、對使用環(huán)境要求低的特點(diǎn)，采用BCD編碼方式進(jìn)行顯示，編譯命令簡單，價格低廉，且輸出精度很高。（3）執(zhí)行器：執(zhí)行器主要由中間繼電器控制接觸器，進(jìn)而控制電機(jī)的啟?；蛘崔D(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對大棚的溫濕度及光照的控制。當(dāng)檢測到的溫度值不在設(shè)置的溫度值范圍內(nèi)時，AT89S51控制相應(yīng)的繼電器的閉合，對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行自動控制。（4）報警器：將采集到的實(shí)時溫度與設(shè)定的上下限溫度進(jìn)行比較，若超過上限溫度則紅燈亮，如低于下限溫度則黃色燈亮，在預(yù)設(shè)的上下限溫度范圍內(nèi)則綠燈亮。（5）單片機(jī)：本系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理單元，對DS18B20溫度傳感器輸入的16位二進(jìn)制信息經(jīng)過系統(tǒng)編程處理后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、報警以及控制。AT89C61是一種低電壓、高性能的CMOS8位單片機(jī)，含有一個5向量級中斷結(jié)構(gòu)，和一個全雙工串行通信接口。AT89S51結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠穩(wěn)定運(yùn)行，可通過C語言編寫命令來完成各種控制。本系統(tǒng)中單片機(jī)與各主要硬件連接情況如圖2所示，DS18B20通過單總線方式連接到AT89S51，采集各點(diǎn)溫度，通過單片機(jī)判斷溫度是否超出預(yù)設(shè)值，通過LED顯示出溫度，發(fā)出警報，并通過執(zhí)行器進(jìn)行升溫或降溫操作。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

該系統(tǒng)主要通過C語言進(jìn)行設(shè)計，主要對控制模塊、LED顯示、報警系統(tǒng)和溫度采集等進(jìn)行自動調(diào)用。首先對系統(tǒng)完成初始化的過程，再完成對DS18B20溫度傳感器的初始化，使得傳感器開始工作。系統(tǒng)通過調(diào)用溫度采集程序讀取DS18B20傳輸?shù)?6位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)化，通過調(diào)用LED顯示程序使得采集到的溫度值在LED上進(jìn)行顯示。報警程序?qū)囟葌鞲衅鱾鬏數(shù)臏囟扰c設(shè)定好的上下限溫度值進(jìn)行比較，如圖2所示。

圖2 溫度采集模塊原理圖

4 溫度控制系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)使用DS18B20單總線溫度傳感器，采集大棚內(nèi)的實(shí)時溫度，通過通風(fēng)、加熱器等對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時的調(diào)節(jié)達(dá)到植物生長發(fā)育的適合溫度。本系統(tǒng)以多臺AT89S51單片機(jī)作為從機(jī)，對大棚內(nèi)多點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測和控制。本系統(tǒng)設(shè)計功能：（1）對大棚內(nèi)多點(diǎn)溫度進(jìn)行采集并在LED顯示器上顯示；（2）根據(jù)植物適宜溫度對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過控制模塊對大棚內(nèi)溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，將大棚內(nèi)的溫度調(diào)整到植物生長發(fā)育最適宜溫度值；（3）根據(jù)季節(jié)與土壤環(huán)境的不同以及不同植物需要，對大棚內(nèi)部溫度值進(jìn)行設(shè)定；（4）報警系統(tǒng)，當(dāng)溫度不在設(shè)置的上下限溫度范圍內(nèi)時，可根據(jù)所亮燈來判斷大棚內(nèi)的溫度情況。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)是以AT89S51作為控制單元，DS18B20溫度傳感器對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時多點(diǎn)檢測，LED顯示來顯示當(dāng)前檢測溫度，通過報警系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)報，并將檢測到溫度信息傳輸給遠(yuǎn)程計算機(jī)行進(jìn)對溫度的記錄與分析。系統(tǒng)采用C語言編程，具有檢測精確度高、信息傳輸快、運(yùn)行可靠、自動化控制等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]祝志威，蔡樂才.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大棚溫度采集存儲系統(tǒng)[J].四川理工學(xué)院學(xué)報，2011，4.

[2]朱衛(wèi)華，黃智偉.基于無線數(shù)字溫度傳感器的多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2003，6.

[3].李振東.蔬菜溫室大棚溫度控制系統(tǒng)[J].中國海洋大學(xué)，2010，9.

[基金項目]綏化學(xué)院2012年新農(nóng)村建設(shè)研究項目——SXK120202

[作者簡介]李曉龍（1990-），黑龍江牡丹江人，綏化學(xué)院信息工程學(xué)院學(xué)生；王志國（1975-），黑龍江哈爾濱人，綏化學(xué)院信息工程學(xué)院講師，研究方向：農(nóng)業(yè)自動化。