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蔬菜大棚温度监控系统的设计
蔬菜大棚温度监控系统的设计研究
严思堃
（江西省农业机械研究所,江西 南昌 330044）
［摘 要］ 本文设计一种基于STC89C52 单片机大棚温度监控电路,在硬件设计方面,完成了单片机电路设计、温度检测电路设计、显示电路设计、报警电路模块设计、按键输入电路模块设计及自动控制电路.在软件设计方面,采用模块化编程思想,C51 语言编写,上位机和下位机之间采用RS485 串口通信.在系统测试方面,搭建了一个温室大棚监控系统的测试平台,经过现场测试,该蔬菜大棚监控系统对温度的监控达到了预期的要求.
［关键词］ 蔬菜大棚；温度监控系统；设计
［中图分类号］ TP277［文献标识码］ A［文章编号］ 1674-7909（2018）05-121-2
国内在温度控制系统的生产与开发上,其技术水平并不统一.生产成本较低的系统的使用寿命通常较短, 不仅在控制精度上偏低,而且使用稳定性较差.真正操作优良、运行稳定的产品,往往较贵,并不能实现大规模生产使用［1- 2］.因此,设计一套低成本、性能运转良好、技术含量高的温度测控系统,对温室大棚产业的发展具有重要意义.
1系统硬件设计
1.1单片机电路设计
本系统主要将数个DS18B20 温度传感器设置为测温元件,实现对蔬菜大棚内多点温度的监测,然后将收集到的数据由STC89C52 单片机进行相应分析与处理.整个系统硬件设计框图如图1 所示.
1.2温度检测电路设计
本系统采用DS18B20 温度传感器,其对于线路起到了一定的精简作用,并且电路的运行操作稳定性较强.
DS18B20 温湿度传感器主要使用单总线的传输形式,在传感器的内部结构中,其涉及一个电阻式湿度传感器和一个NTC 感温元件.
1.3显示电路设计
系统显示电路需要使用液晶屏LCD1602,其可以实现对32 字符的显示.显示电路结构中,第3 脚对应的是对比度调整功能,可以对20k 电位器进行外接.第4 引脚对应
的是寄存器选择端口,第5 引脚对应的是读写控制线,第6 引脚对应的是使能端口,与单片机P2.3进行相连.第7～14 脚对应的是双向数据端,与之相连的是单片机P0 口.
1.4报警电路模块
报警电路模块的设置主要是使用PNP 三极管开对蜂鸣器,通过其联动响应,进而起到温度监控的报警作用, 对应的控制引脚是P3.7,在低电平的条件下,蜂鸣器将会产生声音.对于该系统设计,还根据不同颜色的显示,使用2 个LED 灯来醒目地表达出此时的温度状态,显示出其环境的高低温状态.当单片机P2.3 接口对高电平进行输出时,此时红灯会亮,提示当下的大棚环境温度高；当单品机P2.7 口输对低电平进行输出时,此时绿灯会亮,提示当下的大棚环境温度低；当大棚室内温度处于正常状态时,红绿灯将不会亮.
1.5按键输入电路模块
蔬菜大棚的温度监控系统设计在键盘模块电路的设计上,S1、S2 和S3 与单片机上的P3.2、P3.3 和P3.4 引脚分别对应连接.当处在主界面状态时,将S1 键按下,系统将处在最高报警温度上限设置的操作中,对应的S2 和S3 主要是对相应的温度值进行增减调整；操作S1 键2 次,将进行的是最低报警温度下限数值的设置,其增减调整同上.
1.6自动控制电路
在蔬菜大棚的温度监控系统设计中,对于自动控制电路的设计主要是使用2 个高电平触发继电器模块,在系统的监控过程中,对大棚室温进行自动的加热和降温控制.继电器的使用原理在于将对应的小电流在通电后,基于一定连线来实现对大电流的有效自动控制.在高温条件下,单片机对应的接口将输出高电平,对应的继电器接收到信号后进行传输.常闭接口与com 口会进行短接,开始进行降温操作.当温度低时,单片机与对应的接口对高电平进行输出,继电器2 收到信号后常闭接口与com 口短接,开始升温设备.
2系统软件设计
系统软件通过所运用的模块化编程的操作原则,使用C51 语言来对编写相应的软件程序.对于软件部分的设计,包含的有按键扫描子程序、数据采集子程序、液晶显示子程序和报警子程序.
3系统测试
在进行系统测试时,通过搭建相应的测试平台来开展系统的调试,将设备置于蔬菜大棚进行实地操作与处理, 此时蔬菜大棚温度控制系统运行正常,软件操作效果表现良好.基于大棚中对部分环境温度的监控,收集到一定的试验数据,并对其展开分析.在系统的测试过程中,主要是以植株生长的最后阶段为主进行温度参数的收集.表1 为08：00—20：00 每隔1 h的大棚温度监控系统所测数据.
本次测试是在冬季当地农场的普通蔬菜大棚中展开的,通过测试平台所得的数据及处理结果可知,蔬菜大棚温度监控系统运行状态良好,使温室大棚内的环境基本能够满足农作物的生长条件,基本达到了设计要求.
4结论
本文设计一种基于STC89C52 单片机大棚温度监控电路,在硬件设计方面,完成了单片机电路设计、温度检测电路设计、显示电路设计、报警电路模块设计、按键输入电路模块设计及自动控制电路.在软件设计方面,采用模块化编程思想,C51 语言编写,上位机和下位机之间采用RS485 串口通信.在系统测试方面,搭建了一个温室大棚监控系统的测试平台,将设备放置到温室大棚中进行试验,通过在温室大棚中对部分环境因子的监控得到了一些试验数据,并对结果进行了分析,得到温度监控状态基本良好.
参考文献
［1］邢希君,宋建成. 设施农业温室大棚智能控制技术的现状与展望［J］. 江苏农业科学,2017（21）：10-15.
［2］薄英男,郭辉,张学军,等. 浅谈温室环境监控系统的现状及发展趋势［J］. 新疆农机化,2016（5）：37-40.
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