基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)研究

石 佳

（遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營口 115009）

蔬菜大棚管理過程中，溫度控制非常重要，在蔬菜大棚管理過程中主要可將其劃分為午前、午后、前半夜、后半夜等，根據(jù)不同管理階段的差別，需要控制不同的棚內(nèi)溫度。隨著單片機(jī)及其被控對象應(yīng)用范圍的拓展，可在溫度控制過程中發(fā)揮良好的控制作用。因此，對單片機(jī)在蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析非常必要。

1 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫度控制總體方案設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫度控制，主要是通過土壤表層電加溫線的設(shè)置，對蔬菜大棚內(nèi)部進(jìn)行溫度調(diào)控。在單片機(jī)設(shè)計(jì)過程中，主要采用溫度較低且精度要求不太嚴(yán)格的AD590為溫度檢測元件，同時(shí)在整體蔬菜大棚溫度控制電源設(shè)置過程中，主要采用交流電可控硅的模式，對整體蔬菜大棚電源模塊溫度控制功率進(jìn)行合理調(diào)控，由于整體蔬菜大棚溫度調(diào)控功率不高，主要采用單相220V交流電源。在相應(yīng)溫度調(diào)控系統(tǒng)啟動(dòng)完畢后，可依據(jù)實(shí)際測量溫度與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)溫度對比分析結(jié)果，采用單片機(jī)運(yùn)算輸出信號的形式，對整體溫度控制系統(tǒng)雙向晶閘管導(dǎo)通角信息合理控制，便于維持整體蔬菜大棚內(nèi)部溫度在標(biāo)準(zhǔn)限度內(nèi)。在蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)裕興過程中，單片機(jī)可通過相應(yīng)模塊預(yù)算評估確定整體溫度運(yùn)行狀態(tài)，并以此為依據(jù)確定是否需輸出報(bào)警信號。在基礎(chǔ)溫度控制系統(tǒng)設(shè)置過程中，主要將整體溫度控制系統(tǒng)分為了主機(jī)控制、溫度檢測、人機(jī)數(shù)據(jù)交互等幾個(gè)模塊。其中主機(jī)控制可與人機(jī)數(shù)據(jù)交互、溫度檢測進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，并在獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)之后，為具體溫度控制措施的執(zhí)行提供有效的指導(dǎo)。

2 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 溫度傳感器

溫度傳感器是蔬菜大棚溫度控制的主要數(shù)據(jù)獲得模塊，在溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)溫度控制需求的差別，可采用多種類型的溫度傳感器。但是由于溫度控制系統(tǒng)與終端控制設(shè)備間距離較大，且在蔬菜大棚內(nèi)部需進(jìn)行多個(gè)測量節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，因此在實(shí)際溫度傳感器設(shè)置過程中，可選擇DS18B20型智能溫度傳感器。DS18B20型智能溫度傳感器主要為數(shù)字化單總線設(shè)備，其對基礎(chǔ)單片機(jī)蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)微型處理器模塊進(jìn)行了適當(dāng)優(yōu)化。在DS18B20型智能溫度傳感器信號線設(shè)置過程中，可進(jìn)行多個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的布設(shè)，從而提高整體蔬菜大棚溫度檢測精確度。

2.2 單片機(jī)

單片機(jī)是蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)主要硬件結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)主要采用AT89C51單片機(jī)，在內(nèi)部主要有基礎(chǔ)邏輯控制單元、運(yùn)算模塊兩個(gè)環(huán)節(jié)。AT89C51單片機(jī)在運(yùn)行過程中，具有獨(dú)立的儲(chǔ)存器、程序存儲(chǔ)器，且其內(nèi)部具有不同的尋址方式及構(gòu)成架構(gòu)，在基礎(chǔ)儲(chǔ)存容量的前提下，可結(jié)合整體程序控制形式，進(jìn)行執(zhí)行程序指令的逐條拓展。

2.3 通信模塊

本系統(tǒng)主要采用RS-486總線進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)傳輸。在系統(tǒng)總線運(yùn)行過程中為了保證電平轉(zhuǎn)換過程的順利進(jìn)行，又在系統(tǒng)總線位置加入了MAX486驅(qū)動(dòng)芯片。RS-486總線具有良好的數(shù)據(jù)傳輸速度及抗干擾能力，且可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，對于分布式系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的維護(hù)作用。在具體的蔬菜大棚溫度控制過程中，主要通過平衡式RS-486信息發(fā)送，然后結(jié)合差分式數(shù)據(jù)接收的形式，為數(shù)據(jù)通信提供充足的驅(qū)動(dòng)力。

3 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 溫度測控系統(tǒng)電路流程設(shè)計(jì)

主程序電路流程是整體溫度控制系統(tǒng)的重點(diǎn)，其表明了相關(guān)溫度控制系統(tǒng)的主要工作目標(biāo)。在主程序設(shè)置過程中需要對部分系統(tǒng)模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，然后進(jìn)行按鍵程度的調(diào)控，以便實(shí)現(xiàn)工作溫度、上限溫度、下限溫度等數(shù)據(jù)限度的合理控制。在溫度設(shè)置完畢之后，可進(jìn)行按下開機(jī)鍵開啟溫度控制系統(tǒng)。基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)主程序功能為單片機(jī)硬件資源初始化、溫度數(shù)據(jù)采集、溫度控制、溫度越界警報(bào)等幾個(gè)方面內(nèi)容。

3.2 系統(tǒng)模塊功能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要利用C語言對溫度數(shù)據(jù)采集、示警系統(tǒng)、控制模塊等相關(guān)模塊的自動(dòng)調(diào)用系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)試。在系統(tǒng)初始化環(huán)節(jié)，可對DS18B20型智能溫度傳感器進(jìn)行初始化設(shè)置，啟動(dòng)DS18B20型智能溫度傳感器之后，系統(tǒng)終端可調(diào)用溫度采集程序中傳輸?shù)蕉M(jìn)制數(shù)據(jù)，然后調(diào)用預(yù)警顯示程序?qū)⑺杉降臏囟葦?shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)化。當(dāng)溫度采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可顯示數(shù)據(jù)之后，預(yù)警程序可對DS18B20型智能溫度傳感器 內(nèi)部預(yù)定的溫度與設(shè)定后溫度值進(jìn)行統(tǒng)一對比，主要為啟動(dòng)——初始化——讀取DS18B20型智能溫度傳感器素質(zhì)——是否滿足蔬菜生長溫度需求——否/執(zhí)行降溫程序（是/顯示當(dāng)前溫度）——結(jié)束。需要主要的是，在溫度控制系統(tǒng)功能設(shè)置過程中，蔬菜大棚內(nèi)部的實(shí)際溫度會(huì)受到通風(fēng)、加熱器等多種因素的影響，再加上蔬菜生長階段的變化對溫度也有不同需求，因此在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需要在DS18B20型智能溫度傳感器應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對AT89C51單片機(jī)輔助功能進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。通過對大棚內(nèi)部多個(gè)位置溫度節(jié)點(diǎn)的控制檢測，可在預(yù)警顯示設(shè)備上顯示當(dāng)前大棚內(nèi)部溫度素質(zhì)。而根據(jù)蔬菜實(shí)際生長溫度分析，可結(jié)合大棚內(nèi)部溫度控制終端設(shè)置相應(yīng)程序進(jìn)行試點(diǎn)調(diào)節(jié)。

3.3 系統(tǒng)部分程序優(yōu)化

一方面在DS18B20型智能溫度傳感器設(shè)置過程中，需要維持DS18B20型智能溫度傳感器在同一I/O線路內(nèi)，在保證有效線路變換期內(nèi)具有充足的電源電流供應(yīng)的基礎(chǔ)上，可以在溫度變換過程中在I/O線路占設(shè)置一個(gè)較強(qiáng)的上拉程序，從而保證總線主機(jī)在溫度變換期間可以始終維持高電平狀態(tài)，為其他數(shù)據(jù)單線傳輸提供依據(jù)。同時(shí)由于DS18B20型智能溫度傳感元件具有傳輸性質(zhì)，可以僅用一根數(shù)據(jù)線將其與單片機(jī)系統(tǒng)相連。當(dāng)單片機(jī)與DS18B20型智能溫度傳感元件數(shù)據(jù)線連接之后，可以利用數(shù)據(jù)接口控制數(shù)據(jù)線狀況并讀取DS18B20型智能溫度傳感元件內(nèi)部數(shù)據(jù)，便于整體數(shù)據(jù)的有效調(diào)控；另一方面在單片機(jī)應(yīng)用模塊應(yīng)用環(huán)節(jié)，鍵盤是人機(jī)數(shù)據(jù)交互的重要模塊，其可為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息控制提供有效的依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，為了保證數(shù)據(jù)模塊聯(lián)動(dòng)控制，本次系統(tǒng)是設(shè)置主要采用矩陣式鍵盤系統(tǒng)。在矩陣式鍵盤運(yùn)行過程中，主要分為行線、列線兩個(gè)組成部分，通過行線與列線的交互連接，可以構(gòu)成一個(gè)4*4的按鍵鍵盤。這種情況下，當(dāng)系統(tǒng)按鍵數(shù)量處于一個(gè)較大的數(shù)值時(shí)，就可以降低一定的I/O接口頻率。

4 結(jié)語

綜上所述，基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)對于蔬菜大棚生產(chǎn)效益的提升具有重要的意義。因此為了保證單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)實(shí)際效益得到充分地發(fā)揮，在實(shí)際單片機(jī)蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，可以結(jié)合電子計(jì)算機(jī)、溫度傳感器等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)行統(tǒng)一的系統(tǒng)模塊設(shè)置。然后依據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，選擇合理的硬件元件及軟件執(zhí)行程序，從而為蔬菜大棚現(xiàn)代化管理模式的穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)。