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以单片机为核心的温室智能控制系统

时间:05-26 来源:电子元器件应用 点击:

  引言

  随着社会的进步和工农业生产技术的发展,许多产品对生产和使用环境的要求越来越严,人们对温度、湿度、光强、二氧化碳浓度、灰尘等环境因素的影响越来越重视了。为此,本文以农业技术发展为目的开发了一种智能控制系统。

  众所周知,光、温度、湿度是农业生产不可缺少的因素,所以本设计将其作为重点数据来处理,而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量,而且温度信息传递不及时,精度达不到要求,不利于农业控制者根据温度变化及时做出决定。而湿度传感器价格昂贵,大多使用进口元件,但事实上,农用精度要求并不高,现在国产湿度传感器完全可以适用。为此,本设计开发了一种能够同时测量多点,并实时性高、精度高,能够综合处理多点温度信息,并能进行光控和湿度控制的测控系统就。

  本设计以AT89C51单片机为核心来对多点温度进行实时巡检。各检测单元(从机)能独立完成各自功能,同时能根据主控机的指令对温度进行定时采集。测量结果不仅能在本地显示,而且可以利用单片机的串行口和RS-485总线通信协议将采集的数据传送到主控机,以进行进一步的存档、处理。主控机负责控制指令的发送,以控制各个从机的温度采集,收集测量数据,并对测量结果(包括历史数据)进行整理、显示和存储。主控机与各从机之间也能够相互联系、相互协调,从而达到系统整体统一、和谐的效果。

  1 系统整体目标

  本系统能够同时检测2路温度,检测温度范围-55℃~+125℃。根据实际需要,检测点数可以扩展。系统采用的湿度传感器湿度检测范围为20%~90%RH。可通过LM555芯片和光电耦合器接入单片机,其检测精度为±5%。系统中的感光元件可通过LM555芯片和继电器来控制电动机的正反转,从而实现遮阳网的打开和收回。由于使用了RS-485串行总线进行传输,并选用MAX485|0">MAX485驱动芯片进行电平转换,因此,其传送距离可大于1200 m,且抗干扰能力很强。

  此外,本系统还应具有如下功能:

  (1) 主控机统可设置系统时间和温度修正值。

  (2) 主机、从机均具有温度报警上下限设置和声光报警功能。

  (3) 具有定时、整点收集各从机数据功能,并可使用I2C串行E2PROM保存各从机以往24小时的数据,同时应具有数据更新与掉电保护功能。

  (4) 具有数据存储功能,可查询各从机以往24小时的温度、湿度情况。

  (5) 自带+5 V和+12 V直流稳压电源。

  2 系统方案

  本方案以AT89C51单片机系统为核心来对温度、湿度进行实时控制和巡检。各检测单元(从机)能独立完成各自功能,并根据主控机的指令对温度进行实时或定时采集。测量结果不仅能在本地储存和显示,而且可通过RS-485总线及通信协议将采集的数据传送到主控机。以便进行进一步的分析、存档、处理。主控机负责控制指令的发送,并控制各个从机进行温度采集,收集测量数据,同时对测量结果(包括历史数据)进行整理、显示和打印。主控机与各从机之间能够相互联系、相互协调,从而达到系统整体统一和谐的控制效果。图1所示是本系统的结构框图。

  该方案主控机和从机完全由单片机实现,采用该方案完全可满足农业上部分需求。在图1中,从机部分实现的功能几乎和主机是对等的,但会接受主机发送过来的命令。

  图2所示是该系统从机部分的结构框图。该方案采用数字式DS18B20作为温度传感器,该芯片在采集温度信号时,具有大范围、高精度、数字量输出的特点。CHR-01湿度传感器采集的信号可利用LM555振荡器将电流信号转化成频率信号。选用CHR-01国产元件主要是其价格便宜。

  3 信号获取与放大电路

  3.1 DS18B20的测温原理

  DS18B20的测温原理如图3所示,图中,低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,主要用于产生固定频率的脉冲信号并送给减法计数器1,高温度系数晶振在温度变化时,其振荡频率有明显改变,它所产生的信号可作为减法计数器2的脉冲输入,图中隐含着的计数门打开时,DS18B20即对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数,进而完成信号采集。

  在DS18B20中,DQ为数字信号输人/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端。图4是DS18B20的引脚排列图。

  DS18B20在光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

  有两种方法可确保DS18B20在有效转换期内得到足够的电源电流。第一种方法是在温度变换时,在I/O口接一个强的上拉。第二种是将其连到VCC外部电源,这样就不用在I/O口接强上拉,也可在温度变换期间使口线保持高电平。以在变换时间内允许其它数据在单总线上传输。也可使用外部电源通过发跳过ROM命令和变换命令T来完成温度变换。需要注意的是:在工作状态,GND不能悬空。

  3.2 CHR-01湿度传感器

  CHR-01湿度探测振荡电路由电阻型高分子膜湿敏电阻、LM555集成芯片及相关的电子元件组成,并采用AT89C51单片机作为处理器。由于高分子湿敏元件的电阻会随着环境湿度的变化,因而该振荡电路会产生不同的振荡频率。将该信号通过光电耦合和接口元件传送到单片机的计时器中,就可完成信号采集。图5所示是CHR-01测湿电路结构框图。

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