花房溫度控制電路設(shè)計(jì)

【摘 要】針對(duì)傳統(tǒng)花房人工控制效率低的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種花房溫度控制電路系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器采集溫度，并將采集的溫度值送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后在顯示模塊上顯示，并與溫度設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果來(lái)控制報(bào)警電路和加熱裝置以及降溫設(shè)備的啟動(dòng)與否。單片機(jī)與PC機(jī)通過(guò)串口連接，在計(jì)算機(jī)上可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。本設(shè)計(jì)通過(guò)了Proteus仿真，實(shí)現(xiàn)了對(duì)花房的溫度檢測(cè)與控制。本設(shè)計(jì)具有效率高、靈活性好的優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】DS18B20 AT89C51 PC 溫度測(cè)量與控制

前言：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求顯著提高，對(duì)花卉的需求量也急劇上升，尤其是作為觀賞和禮品的花卉，為他們提供一個(gè)更適宜其生長(zhǎng)的生存環(huán)境，以提早或延遲花期，最終將會(huì)給我們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

傳統(tǒng)的花房由人工通過(guò)簡(jiǎn)單的儀器儀表來(lái)測(cè)量各個(gè)環(huán)境的狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉各種花房調(diào)節(jié)裝置，效率低、控制效果不好[1]，而溫室智能控制設(shè)備價(jià)格昂貴、成本高，而且操作復(fù)雜，不適合我國(guó)廣大花農(nóng)尤其是一些不太發(fā)達(dá)地區(qū)花農(nóng)的情況，在中低檔花房控制中應(yīng)用不普遍，不能滿足廣大花農(nóng)的需求；而采用單片機(jī)對(duì)他們進(jìn)行控制不僅方便、簡(jiǎn)單、靈活性大，而且還可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。符合農(nóng)民的消費(fèi)水平，適合我國(guó)的國(guó)情。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)作為控制核心，通過(guò)DS18B20傳感器模塊采集溫度，控制器通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各點(diǎn)的溫度變化，并在LCD1602上同時(shí)顯示各點(diǎn)的溫度，將檢測(cè)到的溫度值與花房溫度的設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果開(kāi)啟報(bào)警裝置和加熱裝置、降溫裝置，并通過(guò)串口將檢測(cè)到的溫度信息發(fā)送到上位機(jī)，從而遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的整個(gè)監(jiān)測(cè)。大部分花房?jī)?nèi)的最適宜溫度為10度到30度，設(shè)置報(bào)警溫度時(shí)，可以將下限溫度設(shè)為15度，上限溫度設(shè)為25度，這樣可以將最佳溫度設(shè)定在一定范圍內(nèi)，而不是某一點(diǎn)，避免了繼電器的頻繁開(kāi)關(guān)，延長(zhǎng)了元器件的壽命。

用以AT89C51為核心的單片機(jī)控制方案，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實(shí)現(xiàn)基本的溫度檢測(cè)和控制功能，還能利用其具有串行口的功能，將檢測(cè)到的溫度送到上位機(jī)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)框圖說(shuō)明：（1）溫度采集模塊采集花房?jī)?nèi)多點(diǎn)的溫度值。（2）顯示模塊中采用LCD1602用來(lái)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫度值和溫度值上下限。（3）顯示模塊中的按鍵用來(lái)設(shè)定報(bào)警溫度的上下限，并在LCD1602上顯示。（4）AT89C51處理來(lái)自溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并通過(guò)異步串行通信送上位機(jī)顯示。（5）如果采集的溫度值在設(shè)定的溫度上下限范圍內(nèi)，則繼電器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作，否則繼電器接通，執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。（6）通過(guò)上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)一樣的操作，并有很好的人機(jī)交互界面，方便遠(yuǎn)程和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)包括溫度采集模塊的設(shè)計(jì)、按鍵模塊的設(shè)計(jì)、顯示模塊的設(shè)計(jì)、報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)、繼電器控制電路的設(shè)計(jì)、通信模塊的設(shè)計(jì)。溫度采集模塊采用兩個(gè)DS18B20數(shù)字溫度傳感器組成，DS18B20為數(shù)字溫度傳感器，內(nèi)部已經(jīng)集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用它可以節(jié)省很多外圍電路。按鍵模塊由四個(gè)獨(dú)立式按鍵組成。要用于初始化時(shí)報(bào)警溫度上下限的設(shè)定。顯示模塊采用LCD1602顯示。報(bào)警模塊由紅綠LED燈和蜂鳴器組成，如果溫度高于設(shè)定溫度的上限，則紅燈亮，蜂鳴器發(fā)出聲響；如果溫度低于設(shè)定溫度的下限，則黃燈亮，蜂鳴器發(fā)出聲響。繼電器控制控制電路分為控制電路和主電路，控制電路通過(guò)三極管組成放大電路，二極管用來(lái)保護(hù)三極管，防止電流過(guò)大損壞元器件。當(dāng)花房?jī)?nèi)的溫度高于設(shè)定溫度的上限時(shí)，繼電器閉合，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始降溫。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，串口通信在諸多領(lǐng)域上得到了廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)串口來(lái)獲取單片機(jī)的各種數(shù)據(jù)，然后利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能進(jìn)行處理，再根據(jù)處理的結(jié)果發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備[3]。本設(shè)計(jì)的通信模塊采用虛擬終端實(shí)時(shí)顯示采集到的溫度，模擬串口通信。

三、軟件設(shè)計(jì)

采用Keil C51[2]軟件編寫(xiě)C語(yǔ)言程序，在Proteus內(nèi)搭建仿真環(huán)境，將編寫(xiě)成功的.hex文件下載到仿真環(huán)境內(nèi)的單片機(jī)內(nèi)，即可看到仿真結(jié)果。

四、仿真結(jié)果

圖2為系統(tǒng)仿真圖，仿真中實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的仿真，在虛擬終端上顯示了單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送的兩路數(shù)據(jù)。模擬了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。

圖2系統(tǒng)仿真圖

五、結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)在Proteus平臺(tái)上設(shè)計(jì)整個(gè)電路，并仿真將得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性，實(shí)現(xiàn)的功能可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，虛擬終端顯示的數(shù)據(jù)只能是整數(shù)，不能顯示LCD1602上數(shù)據(jù)的小數(shù)，有著一定的差距，但這種差距并不影響設(shè)計(jì)結(jié)果，只是模擬數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。采用單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可以減小成本、靈活性大等優(yōu)點(diǎn)。所以單片機(jī)在節(jié)約成本方面具有不可替代的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李增詳，史國(guó)興，楊霞等.溫室花卉智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，（7）： 197-198.

[2]金杰.MCS-51單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011： 66-70.

作者簡(jiǎn)介：

路盼（1988.4-），河南省鄧州市，碩士研究生，專(zhuān)業(yè)：信息與通信工程。

蔡剛（1990.3-），貴州省織金縣，碩士研究生，專(zhuān)業(yè)：信息與通信工程。