以单片机为核心的温室智能控制系统

　　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。