基于PLC的大棚控制系統研究

王興員

（黔西南民族職業技術學院，興義 562400）

基于PLC的大棚控制系統研究

王興員

（黔西南民族職業技術學院，興義 562400）

本課題主要采用信息技術，采用單片機和PC機相結合的控制方案，下位機單片機采用STC89C52芯片與大棚內各種傳感器的連接，采集大棚內的溫度、濕度等環境因子數據，并將數據上傳到PC機進行進一步處理，單片機與PC機之間通過RS-232總線實現數據通信，從而實現大棚內環境因素的采集和集中控制，從而有利于實現大棚種植的優質增產和降低能耗。

大棚控制 系統PLC 硬件結構 設計軟件 結構設計?

引言

在不同農作物品種的不同生長階段中，對溫度、濕度和二氧化碳濃度的需求都各不相同。在農作物生產周期中，為了能夠使農作物品種一直處于適合生長環境中，以及為了降低能耗，增產優質，就必須要使用必要的監控和調節手段，使得大棚內的各種環境因子盡可能滿足農作物生長需求。

1 大棚控制系統需求

在傳統的大棚生產作用中，大棚內的溫度、濕度環境因素的采集以及控制大多通過手工來進行控制，這種手工管理方式不僅實時性和可靠度較差，而且會增強人工管理難度。為此，管理者急需要設計一套大棚控制系統，其實現的具體功能主要包括如下幾個方面：

（1）實現對大棚內的溫度、濕度、二氧化碳濃度等大棚內環境因子的檢測；

（2）大棚內環境因子的文字、數字、圖形直觀展示；

（3）根據所采集的大棚內環境因子，確定對大棚內加濕器、加溫器、降溫器、通風機等控制器的控制方案。

大棚控制系統需求結構設計如圖1所示。

圖1 大棚控制系統功能結構圖

2 大棚控制系統硬件結構設計

2.1 主控電路設計

大棚控制系統的主控部分采用單片機和PC機相結合的方案，單片機與PC機之間通過RS-232總線實現數據通信。下位機單片機采用STC89C52芯片與大棚內各種傳感器的連接，采集大棚內的溫度、濕度等環境因子數據，并將數據上傳到PC機進行進一步處理。總控系統中的下位機單片機STC89C52芯片電路結構如圖2所示。

圖2 STC89C52電路結構圖

2.2 采集傳感器設計

（1）溫度采集傳感器設計。大棚控制系統的溫度采集傳感器采用DS18B20芯片實現遠距離溫度采樣，DS18B20芯片內部結構圖設計如圖3所示。

圖3 DS18B20芯片內部結構圖

通過連接總線與STC89C52單片機組建傳感器網絡。

（2）濕度采集傳感器設計。大棚控制系統采用SHT11濕度傳感器實現大棚內濕度采集，SHT11濕度采集器芯片內部結構設計如圖5所示。

在大棚系統中，SHT11與STC89C52單片機之間的連接設計如圖6所示。

圖4 溫度傳感器網絡圖

圖5 SHT11濕度采集器芯片內部結構圖

圖6 SHT11與單片機之間的連接示意圖

2.3 外圍電路設計

（1）電源電路設計。STC89C52單片機工作電壓+5V，而且單片機主要的功能是實現環境因子數據和控制信息的傳輸，為此功耗較小。為此，在大棚控制系統中主要采用如圖7所示的7805三端穩壓片滿足單片機工作需求。

圖7 7805三端穩壓片電路圖

（2）看門狗電路。看門狗電路是控制系統正常工作的保護性電路。在大棚控制系統中的看門狗電路采用如圖8所示的X25045集成芯片。

圖8 X25045芯片

X25045看門狗線路和STC89C52單片機的連接電路設計如圖9所示。

圖9 看門狗電路和單片機連接電路

2.4 通信電路設計

STC89C52單片機與PC上位機之間采用如圖10所示的RS-232串行數據總線進行數據傳輸。

圖10 上下位機通信串口

如圖10所示，上下位機通信總線采用第2、3、5三根引腳的交叉接法來滿足上下位機的通信需求。

3 大棚控制系統軟件結構設計

3.1 主程序模塊設計

大棚控制系統主程序模塊主要負責系統的初始化控制和子程序的自檢，主程序順序執行多分支無限循環，主程序模塊的流程設計如圖11所示。

圖11 主程序流程模塊圖

如圖11所示，在大棚控制系統的主程序模塊中，主要實現溫度、濕度等大棚內環境因子的采集和顯示，以及環境因子數據和控制信息的傳輸。

3.2 采集器軟件設計

（1）溫度采集模塊設計。DS18B20采集器采用單總線結構，由STC89C52單片機向DS18B20采集器發送復位脈沖命令，由于每個DS18B20采集器序列號不同，為此單片機主要根據采集器的序列號激活DS18B20采集器進行溫度采集。DS18B20采集器的工作流程設計如圖12所示。

圖12 DS18B20采集器流程設計

DS18B20采集器程序主要包括采集器復位模塊、讀數據模塊兩個部分。

①復位模塊：復位模塊實現主要代碼如下所示：

②數據讀子程序：單片機讀取DS18B20溫度采集器中溫度數據的實現代碼如下所示：

（2）濕度采集模塊設計。在單片機啟動或者復位之后，會通過總線向SHT11溫度采集器連續發送包含3位地址碼和5位控制碼的命令信息，濕度采集器啟動代碼設計如下所示。

3.3 通信模塊設計

大棚控制系統中的單片機下位機和PC上位機之間采用串口進行通信，從軟件模塊來看，使用Visual Basic6.0中的MSComm控件實現上下位機之間的串口通信。

單片機下位機與PC上位機之間的通信分為數據發送和數據接收兩個流程。

（1）數據讀流程。PC上位機接收來自單片機下位機所采集的溫度、濕度等環境因子數據的數據接收流程設計如圖13所示。

圖13 PC上位機接收單片機數據流程

（2）數據寫流程。PC上位機向單片機下位機寫入控制信息的流程設計如圖14所示。

圖14 PC上位機向單片機寫入控制信息流程

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Study on Greenhouse Control System Based on PLC

WANG Xingyuan
（Southwest Guizhou Vocational and Technical College,Xingyi 562400）

This paper mainly makes use of information technology, control scheme of combined SCM and PC; lower computer withSTC89C52 chip is connected with various sensors in the shed to collectthe greenhouse temperature, humidity and other environmental factorsdata, which is uploaded to the PC for further processing. MCU and PCrealize data communication through RS-232 bus, in order to achievegreenhouse environmental factors collection and centralized control,which is conducive to achieve high yield and reduce energyconsumption.

greenhouse control systems,PLC,hardware design, software architecture design