基于单片机的蔬菜大棚温度控制系统设计.pdf

基于单片机的蔬菜大棚温度控制系统设计 张玉峰 【摘要】设计了以单片机为核心的蔬菜大棚温度控制系统.从硬件和软件两方面介 绍了单片机温度控制系统的设计思想,对硬件原理图和程序流程图进行了系统的描 述.系统具有键盘输入温度给定值、LED数码管显示温度值和温度越限报警的功能, 实现了温度的自动测量和自动控制,可将大棚内的温度始终控制在适合蔬菜生长的 温度范围内. 【期刊名称】《农机化研究》 【年(卷),期】2010(032)003 【总页数】4页(P150-153) 【关键词】单片机;蔬菜大棚;模糊控制 【作者】张玉峰 【作者单位】佳木斯大学,黑龙江,佳木斯,154007 【正文语种】中文 【中图分类】S625.5+1 0引言 我国北方冬季寒冷而漫长，大力推广蔬菜大棚种植蔬菜能够更好地满足人民生活水 平日益提高的需要。冬季蔬菜大棚管理最重要的一个因素就是温度的控制。温度管 理一般把一天分为午前、午后、前半夜和后半夜4个时段来进行温度调节。午前 以促进光合作用、增加同化量为主，一般应将棚温保持在25～30℃为宜；午后光 合作用呈下降趋势，应将温度比午前降低5℃左右，以20～25℃为好，避免高温 下养分消耗过多。日落后4～5h内，要将棚内温度从20℃逐渐降到15℃上下， 以促进体内同化物的运转。此后，再将夜温降到10～12℃，以抑制呼吸、减少消 耗、增加积累。但不可把温度降得过低，以免发生低温危害。另外，阴雨天光照不 足，光合作用不能正常进行，棚内温度也应比晴天低 5℃左右，以降低呼吸消耗。 随着单片机的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益广泛，其具有体积小、 功能强、性价比高等特点，把单片机应用于温度控制系统中可以起到更好的控温作 用，可完成对温度的采集和控制等的要求。近年来，模糊控制技术成为一种应用广 泛的控制技术有着自己独特的一面。为此，设计了利用单片机进行温度模糊控制的 系统。 1系统总体方案设计 蔬菜大棚用埋在土壤表层的电加温线完成对其内部进行加热，本设计当中温度较低 且精度要求不高的，采用集成AD590作为测温器件。 蔬菜大棚的电源采用交流电，使用可控硅来控制加热的功率。由于本设计中的功率 只有2kW ，则使用单相220V交流电即可。 该温度控制系统启动后，能够按实测温度和设定温度通过单片机的运算输出信号从 而控制双向晶闸管的导通角，来控制蔬菜大棚的加热功率，调节温度，使温度保持 在设定值。在单片机进行运算的同时会进行相应的报警判断，来决定是否输出报警 信号等。温度控制系统分为3个部分：人机对话部分、主机和温度检测与控制部 分。单片机蔬菜大棚温度控制系统原理框图如图1所示。 图1蔬菜大棚温度控制系统原理框图 2系统硬件设计 根据系统的总体方案来选择系统所需的硬件。系统硬件设计电路如图2所示。 图 2 系统硬件电路 其中，包括主机、测温器件、温度控制驱动驱动部分、键盘、显示器、报警电路中 所需硬件的选择、连接方式等。 2.1 主机 在整个单片机控制系统中，CPU 既是运算处理中心，又是控制中心，是控制系统 中最关键的器件。此系统控制方案简单，数据量也不大，因此选用具有 8031 内核 的 AT89C52 作为控制系统的主机。它是一种低功耗、高性能的 CMOS8 位微处理 器，AT89C52 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，提高系统可靠 性，降低系统成本。由于其内部有 8kB 的 Flash 存储器，因此不需要外扩程序存 储器。 2.2 温度检测部分的设计 温度检测部分包括温度传感器、转换器和 A/D 转换器 3 部分。 温度传感器的选择是能否达到理想的控温精度的关键。综合上述各个传感器的优缺 点，这里温度传感器的选择如下:本系统的测温范围是 0 ～50℃，而且本次测量精 度要求不是很高，可选用集成 AD590 温度传感器可以满足本系统的要求。 转换器将 AD590 输出信号转换成与温度成正比的电压，当温度在 0 ～50℃时转换 器输出 0 ～5V 的电压。温度检测与转换电路如图 3 所示。 图 3 温度检测与转换电路 AD590 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。其主要特性：温度 感应输出为 1μA/K；可测量温度范围 55 ～ 150℃；电源电压范围+4 ～30V。它的 输出电流 I=(273+T)μA ( 为摄氏温度) ，因此量测的电压V1=(273+T) μA×10k=(2.73+T/100)V。由于一般电源供应较多元件之后，电源是带杂波的,因 此使用稳压二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出