基于單片機恒溫室內控制系統設計

何恒+吳剛+喻彪

摘要：蔬菜溫室大棚是基于日光溫室效應發展壯大的。在蔬菜生長發育過程中，環境因素至關重要，以溫度最為敏感，是溫室中重要的被測、被控參數。每一種蔬菜都有溫度的“三基點”，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、呼吸作用和細胞分裂與伸長等來影響作物的生長，同時溫度的變化能引起作物生存環境中其他因子（如濕度等）的變化。

關鍵詞：DS18B20、STC89C52、恒溫控制，智能控制，單片機

0.引言

自上個世紀七八十年代以來，工業迅速發展，對工業控制技術的要求不斷提高，特別是在集成電路技術和計算機技術的迅猛發展，以及自動控制理論和設計方法發展的推動下，國外恒溫控制系統發展迅速，并趨于智能化，自適應參數的自整定等方面取得了很大的科技成果。雖然溫控系統在國內各行各業的應用已經很廣泛，但從國內生產的溫控器和技術來看，整體發展水平還不高，與日本，美國，德國，其他發達國家仍然有很大的差距。

1.系統總體設計

本設計采用由STC89C52單片機最小系統、DS18B20溫度傳感器、4位共陽數碼管顯示、電源模塊、繼電器控制模塊和按鍵模塊組成。單片機實時通過溫度傳感器DS18B20實時檢測水溫溫度，通過單片機的數據轉換處理后在數碼管上顯示水溫，當測量水溫小于設置的下限溫度時，單片機驅動繼電器控制熱得快對水加熱，一直加熱到設置的溫度上限值時停止加熱。當水溫高于上限值時，單片機驅動降溫繼電器降溫，一直降溫到小于設置溫度的下限值時停止降溫。總體結構設計框圖如下圖所示：

2.系統硬件設計

2.1 主控制模塊

主控制系統電路如圖2-1所示。微控制器的最小系統包括單個芯片，復位電路和時鐘電路。

STC89C52單片機工作電壓范圍：4V-5.5V，所以通常要對單片機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 整體機構框圖

2.2 顯示模塊電路

恒溫水箱采用四位數碼管顯示，當位選打開時，送入相應的段碼，則相應的數碼管打開，關掉位選，打開另一個位選，送入相應的段碼，則數碼管打開，而每次打開關掉相應的位選時，時間間隔低于20ms，從人類視覺的角度上看，就仿佛是全部數碼管同時顯示的一樣。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的數據腳和電源之間加了一個4.7K的上拉電阻，以保證數據的穩定。

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S8550三極管驅動，當單片機的P2^5口輸出低電平時，三極管飽和導通，繼電器線圈得電吸合，控制熱得快加熱，同時發光二極管導通指示加熱。當單片機P2^5口輸出高電平時，三極管截止，繼電器線圈斷電，熱得快停止加熱，發光二極管熄滅提示加熱停止。電路圖如圖2-4所示：

3.系統軟件設計

主程序的主要功能是實時監控溫度，讀取和處理測量的DS18B20的當前溫度，每1秒進行一次溫度測量。這可以在第二個測量溫度內測量，主程序的主要功能是負責實時顯示的溫度，讀取并處理當前溫度DS18B20，與設定的報警溫度相比，通過調用讀溫度子程序把存入內存儲中的整數部分與小數部分開分存放在不的的兩單元中，然后通過調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中讀出溫度數據，移入溫度暫存器保存。其程序流程圖如下：

4.結束語

本系統采用一種新型的可編程溫度傳感器（DS18B20），不需復雜的信號處理電路和A/D轉換電路就能直接與單片機完成數據采集和處理，實現方便、精度高，可根據不同需要用于各種場合。采用單片機實現溫度的智能控制不僅具有的優點：操作簡單，控制方便，應用廣泛，而且可以大幅度地提高被控溫度的技術指標，從而大大提高產品的質量。

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【基金項目】由西北民族大學電氣工程學院“雙E”項目資助endprint