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(tǒng)，灑水系統(tǒng)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(yīng)用。也介紹了現(xiàn)場一些對干擾信號所采取的抗干擾政策之硬件和軟件設(shè)計思想等。并指出從該控制系統(tǒng)原理出發(fā)，只要改變軟件的有關(guān)設(shè)計即可方便的組成其他多種非線性控制系統(tǒng)。

一、引 言

溫室自動控制系統(tǒng)這一工程是從我的一個學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計而來的，當(dāng)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(tǒng)。但隨著社會的發(fā)展，手動控制系統(tǒng)已經(jīng)跟不上生產(chǎn)力的發(fā)展。只好另辟蹊徑，全身心的研究自動控制系統(tǒng)。

二、主要性能

1.功能

（1）溫濕度傳感器：采集室內(nèi)溫度和濕度，傳送至中央處理器。

（2）顯示器：顯示當(dāng)前溫度（前三位）和濕度（后三位）。

（3）自動控制調(diào)節(jié)電路：當(dāng)溫度出現(xiàn)異常，會自動觸發(fā)灑水系統(tǒng)和加溫系統(tǒng)，灑水和加溫。

（4）當(dāng)溫度或濕度持續(xù)偏高或偏低時，會發(fā)出語音報警功能。

2.技術(shù)指標(biāo)

（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(yīng)時間：8S（tau63%）

三、總體方案設(shè)計

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

圖1 溫室自動控制系統(tǒng)

1.溫濕度采集電路部分

圖2 AM2301數(shù)字溫濕度傳感器 圖3 AM2301與單片機的連接

AM2301數(shù)字溫濕度傳感器（如圖2所示）是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)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(shù)據(jù)格式，一次通訊時間5ms左右，具體格式在下面說明，當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸為40bit，從高位開始傳送。

數(shù)據(jù)格式：40bit數(shù)據(jù)=16bit濕度數(shù)據(jù)+16bit溫度數(shù)據(jù)+8bit校驗和

例子： 接收40bit數(shù)據(jù)如下：

0000 0010 1000 1100 0000 0001 0101 1111 1110 1110

濕度數(shù)據(jù) 溫度數(shù)據(jù) 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(fā)送一次開始信號后，AM2301從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機開始信號結(jié)束后， AM2301發(fā)送響應(yīng)信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集。（注：主機從AM2301讀取的溫濕度數(shù)據(jù)總是前一次的測量值，該文原載于中國社會科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場信息導(dǎo)報》雜志http：//www.ems86.com總第522期2013年第39期-----轉(zhuǎn)載須注名來源如兩次測量間隔時間很長，請連續(xù)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(tǒng)的語音錄放模塊，ZY1730使用模擬處理存儲方式，音頻數(shù)據(jù)直接存儲在固體存儲器中無需數(shù)據(jù)壓縮，提供更優(yōu)質(zhì)的語音和音樂在現(xiàn)，沒有異常的背景噪音，且電路斷電后語音內(nèi)容不會丟失。一個最小的ZY1730錄放系統(tǒng)僅ZY1730的應(yīng)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(fēng)對準(zhǔn)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(nèi)不含有國標(biāo)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(nèi)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(gòu)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(tǒng)和灑水系統(tǒng)。MOC3063是一個過零觸發(fā)的光電雙向可控硅開關(guān)，本系統(tǒng)采用的驅(qū)動電路如圖6所示：

圖6 MOC3063構(gòu)成的光電開關(guān)

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(qū)動，MOC3063構(gòu)成的開關(guān)電路好處在于不會產(chǎn)生接觸火花，會對周圍器件產(chǎn)生影響，缺點在于開關(guān)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(jié)

溫室自動控制系統(tǒng)如圖7 所示：

數(shù)據(jù)采集中的溫度濕度檢測技術(shù)一直是工業(yè)控制一個熱點。本文以這樣一個具有挑戰(zhàn)性的問題為前提，應(yīng)用了各種先進(jìn)芯片，將其具體到了生產(chǎn)生活當(dāng)中。本工程做了很長一段時間，經(jīng)過不斷測試和完善，技術(shù)不斷的更新改進(jìn)，這樣才得到最后的成功?。ū鞠到y(tǒng)的軟件部分為產(chǎn)品的保密性省去）。

（作者單位：1.長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院；2.長春建筑大學(xué)）