基于單片機技術的溫室溫度測控系統的設計

王 盈，郭成統，潘 水

（國營洛陽丹城無線電廠，河南 洛陽 471000）

0 引 言

隨著我國溫室大棚規模的擴大，更多的現代電子技術運用到溫室中。其中，溫室溫度的控制是溫室大棚需要解決的重要問題之一。傳統大棚大多應用由模擬溫度傳感器、多路模擬開關、A/D轉換器以及單片機等組成的系統。此類系統的安拆、布置以及材料選取較為復雜。另外，線路上的模擬信號容易受到干擾，導致溫度的測量存在誤差，對數據結果的真實性影響較大[1]。單片機技術對溫度的控制具有靈活性特點，運用便捷，組態簡單，相對于傳統技術具有很大的優勢，提高了溫度控制的精度。因此，單片機應用十分廣泛，功能強大，體積小，可靠性高。單片機在測控和自動化系統應用領域，起著十分重要的作用。

1 溫室溫度測控系統的方案設計

1.1 設計目標

系統擬實現的目標如下：實時監測溫室內的溫度，可根據環境和作物調節溫度控制參數；與上位機通信，方便實現異地監控；界面友好，方便相關人員的操作與分析；造價低，易于推廣。本系統的整體目標是能夠模擬室內檢測溫度系統，可以根據環境和溫室內的植物需要設置參數，同時實現遠程監控。系統的頁面需美觀、便捷且易操作。價格方面，相比于一般的溫控系統價格較低，有利于推廣。

1.2 方案設計

該系統由上位機和下位機兩部分構成。下位機包含了AT89c52單片機、DS18B20數字式溫度傳感器、調控設備、人機交互以及報警等模塊，各部分通過RS-485總線連接。單片機在收集到溫度信號后，通過設備調節等相關動作將數據傳輸到上位機，從而實現遠程監控[2]。

系統主要分為發送終端和接收終端。發送終端結構如圖1所示，核心處理器采用單片機，外圍設備包括無線接收模塊、顯示數碼管以及按鍵等設備，負責完成對上位機數據的打包和發送。

圖1 發送端結構示意圖

接收端結構如圖2所示。與發送端相比，除了具備發送模塊和按鍵外，接收端同時具備了溫度傳感器和繼電器部分，完成對溫濕度數據的采集及數據上傳，同時能夠接收并執行上位機下發的命令。

圖2 接收端端結構示意圖

2 系統硬件電路的設計

硬件系統基于單片機AT89C2051和溫度傳感器DS18B20的溫度測控系統實現，具體如圖3所示。

圖3 系統硬件設計

系統圖僅標注了一個芯片，對單點測溫的測控原理進行了示意。若在溫室中需要多個測溫點進行溫度控制，可以在單片機上連接多個傳感器，原理與圖1 一致[3]。

外部傳感器由電源供電，放置在離單片機150 m以內的區域。單片機P3.4和溫度傳感器連接，P1口輸出七段碼，P3.0到P3.3是運用驅動三極管連接共陽數碼管的COM端。傳感器的作用是把室內測試點的溫度轉化為數字信號。

單片機是整個裝置的核心，其自帶的2K的FLASHROM可以存儲數據，而主機控制傳感器需要經過初始化、ROM指令以及存儲器指令3個關鍵步驟。

顯示器的版塊由1個四位一體的共陽數碼管和4個9012型三極管組成。單個的LED也是十分常見的配置，由7段發光的二極管構成。在電路連接中，上述的二極管有共陽極接法和共陰極接法兩種連接方法。本次設計中有4個LED顯示單元，采用動態顯示方式。但是，這種設計的連接較為復雜，無法實際保障單片機的端口驅動能力，且需要增加成本。因此，加入了一個三極管驅動電路，這樣操作較為簡單，又能保證驅動能力，無論較大還是較小的數字，都能夠在LED上面正常顯示。本次設計中選擇的R較大，能夠更好地顯示數據。若考慮紙板布線的方便性，可以運用貼片電阻[4]。

設計系統分為傳感器控制和顯示器程序，傳感器控制程序按照通信協議編制。若溫室需要多個測量點進行測量時，可以運用單片機另外的接口進行連接。在同一時間，也能使它與上位計算機之間進行銜接相連，最后形成溫室的溫度測量系統網絡。系統進行最終安裝前進行單點和多點的溫度檢測，每個主機都應確認與DS18B20相連接，且它們的序號也應相連在一起。

3 系統主程序流程圖

系統的主程序流程圖如圖4所示，可以分成3個步驟。首先，系統通過運算找出響應的序列號。其次，打開所有在連接線上的系統，進行A/D變換[5]。最后，從每個機子上讀出溫度的情況，并且記錄這些溫度數據。系統以單片機為設計核心，由單片機、溫度傳感器、串口通信和計算機4部分組成，分為硬件和軟件兩個系統。該測控系統運用一條線接多個測溫點的技術，能夠對溫室環境下的多個地點的溫度進行測量與采集。每個測量機都能夠獨立顯示與工作，不僅有溫度顯示，還能將溫度信息進行歸檔和處理，及時收集數據。主機對單獨的測量機進行指令，控制每個單元機進行溫度采集。測量員還能夠進行數據分析和收集等，整理測量結果，提供數據分析。主機與各個單機還可以聯系和協調，以達到較好的實驗效果。

圖4 系統程序流程圖

4 結 論

隨著社會的發展和人類在科技、生活等領域的探索與進步，溫室大棚對溫度的控制要求越來越高，且生活、醫療以及科技等領域的產品對溫度的要求也越來越高。目前，市場上的測溫儀普遍是單點測量且測量精度不高，不能及時和真實反映溫度的變化。因此，開發一種較為精確、能夠多點測溫且能夠綜合進行系統分析的系統十分必要。在此大環境下，經過大量的實驗分析和數據記錄，設計了基于單片機的溫度測量系統來對溫室的溫度測量和控制進行管理，以提高經濟效益。