基于單片機(jī)恒溫室內(nèi)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何恒+吳剛+喻彪

摘要：蔬菜溫室大棚是基于日光溫室效應(yīng)發(fā)展壯大的。在蔬菜生長發(fā)育過程中，環(huán)境因素至關(guān)重要，以溫度最為敏感，是溫室中重要的被測、被控參數(shù)。每一種蔬菜都有溫度的“三基點(diǎn)”，即最低溫度、最適溫度和最高溫度。它通過影響作物的光合作用、呼吸作用和細(xì)胞分裂與伸長等來影響作物的生長，同時(shí)溫度的變化能引起作物生存環(huán)境中其他因子（如濕度等）的變化。

關(guān)鍵詞：DS18B20、STC89C52、恒溫控制，智能控制，單片機(jī)

0.引言

自上個(gè)世紀(jì)七八十年代以來，工業(yè)迅速發(fā)展，對(duì)工業(yè)控制技術(shù)的要求不斷提高，特別是在集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國外恒溫控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并趨于智能化，自適應(yīng)參數(shù)的自整定等方面取得了很大的科技成果。雖然溫控系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫控器和技術(shù)來看，整體發(fā)展水平還不高，與日本，美國，德國，其他發(fā)達(dá)國家仍然有很大的差距。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用由STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)、DS18B20溫度傳感器、4位共陽數(shù)碼管顯示、電源模塊、繼電器控制模塊和按鍵模塊組成。單片機(jī)實(shí)時(shí)通過溫度傳感器DS18B20實(shí)時(shí)檢測水溫溫度，通過單片機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理后在數(shù)碼管上顯示水溫，當(dāng)測量水溫小于設(shè)置的下限溫度時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器控制熱得快對(duì)水加熱，一直加熱到設(shè)置的溫度上限值時(shí)停止加熱。當(dāng)水溫高于上限值時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)降溫繼電器降溫，一直降溫到小于設(shè)置溫度的下限值時(shí)停止降溫。總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如下圖所示：

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控制模塊

主控制系統(tǒng)電路如圖2-1所示。微控制器的最小系統(tǒng)包括單個(gè)芯片，復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。

STC89C52單片機(jī)工作電壓范圍：4V-5.5V，所以通常要對(duì)單片機(jī)5V外部直流電源供電。連接微控制器在40針VCC然后正5V，然后20腳VSS接地。

圖2-1 整體機(jī)構(gòu)框圖

2.2 顯示模塊電路

恒溫水箱采用四位數(shù)碼管顯示，當(dāng)位選打開時(shí)，送入相應(yīng)的段碼，則相應(yīng)的數(shù)碼管打開，關(guān)掉位選，打開另一個(gè)位選，送入相應(yīng)的段碼，則數(shù)碼管打開，而每次打開關(guān)掉相應(yīng)的位選時(shí)，時(shí)間間隔低于20ms，從人類視覺的角度上看，就仿佛是全部數(shù)碼管同時(shí)顯示的一樣。顯示電路如圖2-2：

2.3 溫度傳感器（DS18B20）電路

溫度采集電路如圖2-3所示，DS18B20的數(shù)據(jù)腳和電源之間加了一個(gè)4.7K的上拉電阻，以保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。

2.4 繼電器加熱控制電路

加熱控制電路和降溫控制電路都采用PNP型S8550三極管驅(qū)動(dòng)，當(dāng)單片機(jī)的P2^5口輸出低電平時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，繼電器線圈得電吸合，控制熱得快加熱，同時(shí)發(fā)光二極管導(dǎo)通指示加熱。當(dāng)單片機(jī)P2^5口輸出高電平時(shí)，三極管截止，繼電器線圈斷電，熱得快停止加熱，發(fā)光二極管熄滅提示加熱停止。電路圖如圖2-4所示：

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序的主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度，讀取和處理測量的DS18B20的當(dāng)前溫度，每1秒進(jìn)行一次溫度測量。這可以在第二個(gè)測量溫度內(nèi)測量，主程序的主要功能是負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示的溫度，讀取并處理當(dāng)前溫度DS18B20，與設(shè)定的報(bào)警溫度相比，通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)部分與小數(shù)部分開分存放在不的的兩單元中，然后通過調(diào)用顯示子程序顯示出來。

（1） DS18B20初始化程序流程圖

在DS18B20工作之前需要進(jìn)行初始化，流程圖如下：

（2）讀溫度子程序流程圖

讀溫度子程序的主要功能是從DS18B20中讀出溫度數(shù)據(jù)，移入溫度暫存器保存。其程序流程圖如下：

4.結(jié)束語

本系統(tǒng)采用一種新型的可編程溫度傳感器（DS18B20），不需復(fù)雜的信號(hào)處理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路就能直接與單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)現(xiàn)方便、精度高，可根據(jù)不同需要用于各種場合。采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制不僅具有的優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，控制方便，應(yīng)用廣泛，而且可以大幅度地提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

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