溫室自動控制電路

該文介紹用P89V52（CPU模塊），AM2301（溫濕度傳感器），ZY1730（語音模塊），LED（顯示模塊），加溫系統，灑水系統等部分組成的溫室自動控制電路。著重介紹了新器件材料AM2301，ZY1730和顯示電路的應用。也介紹了現場一些對干擾信號所采取的抗干擾政策之硬件和軟件設計思想等。并指出從該控制系統原理出發，只要改變軟件的有關設計即可方便的組成其他多種非線性控制系統。

一、引 言

溫室自動控制系統這一工程是從我的一個學生的畢業設計而來的，當時的題目是溫濕度測量儀。我們用的第一套方案是溫室手動控制系統。但隨著社會的發展，手動控制系統已經跟不上生產力的發展。只好另辟蹊徑，全身心的研究自動控制系統。

二、主要性能

1.功能

（1）溫濕度傳感器：采集室內溫度和濕度，傳送至中央處理器。

（2）顯示器：顯示當前溫度（前三位）和濕度（后三位）。

（3）自動控制調節電路：當溫度出現異常，會自動觸發灑水系統和加溫系統，灑水和加溫。

（4）當溫度或濕度持續偏高或偏低時，會發出語音報警功能。

2.技術指標

（1）測溫度、濕度的范圍：溫度（0℃～80℃）±0.4℃，濕度（0～100%RH）±3.0%RH。

（2）顯示精度：0.5%±1個字。

（3）電源電壓：直流3.3V～5.5V。

（4）響應時間：8S（tau63%）

三、總體方案設計

系統主要分為五部分（溫濕度采集電路，單片機數據處理電路，溫濕度顯示電路，灑水系統和加溫系統）如圖1所示：

圖1 溫室自動控制系統

1.溫濕度采集電路部分

圖2 AM2301數字溫濕度傳感器 圖3 AM2301與單片機的連接

AM2301數字溫濕度傳感器（如圖2所示）是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。AM2301采用單線制串行接口，即DATA用于微處理器與AM2301之間的通訊和同步，采用單總線數據格式，一次通訊時間5ms左右，具體格式在下面說明，當前數據傳輸為40bit，從高位開始傳送。

數據格式：40bit數據=16bit濕度數據+16bit溫度數據+8bit校驗和

例子： 接收40bit數據如下：

0000 0010 1000 1100 0000 0001 0101 1111 1110 1110

濕度數據 溫度數據 校驗和

濕度高8位+濕度低8位+溫度高8位+溫度低8位=的末8位=校驗和

例如：0000 0010+1000 1100+0000 0001+0101 1111=1110 1110

濕度=65.2%RH 溫度=35.1℃

用戶主機（MCU）發送一次開始信號后，AM2301從低功耗模式轉換到高速模式，等待主機開始信號結束后， AM2301發送響應信號，送出40bit的數據，并觸發一次信號采集。（注：主機從AM2301讀取的溫濕度數據總是前一次的測量值，該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第522期2013年第39期-----轉載須注名來源如兩次測量間隔時間很長，請連續讀兩次以獲得實時的溫濕度值），并且與單片機連接簡單如圖圖3所示。

2.語音報警部分

語音報警芯片ZY1730適用多種電子系統的語音錄放模塊，ZY1730使用模擬處理存儲方式，音頻數據直接存儲在固體存儲器中無需數據壓縮，提供更優質的語音和音樂在現，沒有異常的背景噪音，且電路斷電后語音內容不會丟失。一個最小的ZY1730錄放系統僅ZY1730的應用電路如圖4所示：

圖4 語音報警電路圖

工作方法：S1為錄音鍵，S3為播放鍵，S5為擦除鍵，操作時錄音鍵按下不動，麥克風對準音源，放音時按一下S3鍵即可。

3.溫濕度顯示部分

溫濕度顯示電路，采用FYD12864-0402B液晶顯示模塊，它是一種具有4位/8位并行，2線或3線串行多種接口方式，內不含有國標一級，二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊。其顯示分表率為128*64，內置8192個16*16點漢字和128個16*8點ASCII字符集，利用模塊靈活的接口方式和簡單方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面，可以顯示8*4行16*16點陣的漢字，還可以完成圖形顯示。如圖5所示FYD12864-0402B液晶顯示模塊與單片機的連接。

圖5 FYD12864-0402B液晶顯示模塊與單片機的連接

4.控制信號輸出部分

本論題控制部分采用MOC3063來控制加溫系統和灑水系統。MOC3063是一個過零觸發的光電雙向可控硅開關，本系統采用的驅動電路如圖6所示：

圖6 MOC3063構成的光電開關

本電路的好處是可以直接用單片機來控制，也可以用5V電源來驅動，MOC3063構成的開關電路好處在于不會產生接觸火花，會對周圍器件產生影響，缺點在于開關上常有小電流電壓。使用時將其接在單片機P2.0上即可控制。

四、總結

溫室自動控制系統如圖7 所示：

數據采集中的溫度濕度檢測技術一直是工業控制一個熱點。本文以這樣一個具有挑戰性的問題為前提，應用了各種先進芯片，將其具體到了生產生活當中。本工程做了很長一段時間，經過不斷測試和完善，技術不斷的更新改進，這樣才得到最后的成功！（本系統的軟件部分為產品的保密性省去）。

（作者單位：1.長春理工大學光電信息學院；2.長春建筑大學）