王華　郭翠玲

【摘 要】本文以AT89C51為核心，利用DS18B20傳感器、LED數(shù)碼顯示電路、空調(diào)器和報警電路組成香菇大棚溫室控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中使用溫度傳感器，把采集的溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號送給單片機(jī)，由單片機(jī)控制LED顯示電路實(shí)時顯示溫室內(nèi)的溫度。當(dāng)溫度超過設(shè)定值，報警系統(tǒng)報警，進(jìn)而對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。

【關(guān)鍵詞】AT89C51；DS18B20傳感器；LED數(shù)碼顯示

0.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，溫室種植成為一種先進(jìn)的種植手段，可以使水果蔬菜跨時令跨區(qū)域的生產(chǎn)。為了能夠大規(guī)模的生產(chǎn)香菇，為了提高香菇的產(chǎn)量，菇農(nóng)們也引進(jìn)了溫室大棚種植系統(tǒng)。那么采用溫室大棚種植必須要滿足香菇生長對溫度的需求，本文設(shè)計了個基于C51的大棚溫室溫度控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)中使用傳感器實(shí)時采集大棚里的溫度信號，并把溫度信號轉(zhuǎn)為電壓信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后控制數(shù)碼顯示器，顯示大棚內(nèi)的溫度。并且當(dāng)溫度超過上下限溫度時，由單片機(jī)輸出控制信號，驅(qū)動報警器報警，同時對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。

1.控制系統(tǒng)設(shè)計原理

本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，由溫度傳感器，LED數(shù)碼顯示電路，聲光報警電路，空調(diào)電路組成。在系統(tǒng)中實(shí)時采集、顯示、調(diào)整香菇大棚的溫度，實(shí)現(xiàn)了自動控制。系統(tǒng)框圖如下：

圖1 香菇大棚溫控系統(tǒng)框圖

該溫度測控系統(tǒng)的工作原理就是通過單片機(jī)編程，使溫度傳感器去檢測大棚內(nèi)實(shí)際溫度，并由數(shù)字顯示電路顯示出當(dāng)時的溫度值，如果采集的溫度值高于溫度上限值時，系統(tǒng)將發(fā)出報警，同時自動開啟空調(diào)制冷系統(tǒng)，把溫度降下來。當(dāng)溫度降到一定的程度，即低于上限復(fù)位值時，立即關(guān)閉空調(diào)制冷系統(tǒng)，此時空調(diào)處于低功率節(jié)能狀態(tài)。當(dāng)采集的溫度值低于下限報警溫度值時，系統(tǒng)又發(fā)出報警，自動啟動空調(diào)制熱系統(tǒng)，使大棚內(nèi)的溫度上升，當(dāng)溫度上升到一定的程度，即高于下限復(fù)位值時，立即關(guān)閉空調(diào)制熱系統(tǒng)，使空調(diào)處于待機(jī)狀態(tài)，從而使溫室大棚的溫度值維持在一定的范圍內(nèi)[1]。

1.1智能溫度傳感器

溫度傳感器的作用主要是用來實(shí)時檢測香菇大棚內(nèi)的溫度，并且把溫度信號轉(zhuǎn)為電壓或者電流信號送給單片機(jī)。在這里選用DS18B20智能溫度傳感器，因為DS18B20溫度傳感器既能對溫度進(jìn)行測量，又能設(shè)定所需要的控制溫度。其自身又具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，不需要專門的A/D轉(zhuǎn)換電路，直接輸出數(shù)字信號電壓值，性能可靠。

DS18B20測溫原理如圖2所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值[2]。

圖2 DS18B20測溫原理

1.2 AT89C51主控器件

單片機(jī)應(yīng)用電路模塊由核心芯片AT89C51、時鐘電路和復(fù)位電路組成。該模塊的功能是讓單片機(jī)正常工作，對由DS18B20讀取的溫度輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過P0口將溫度數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)顯示模塊完成顯示。

AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位[3]。

單片機(jī)AT89C51的P3.4與溫度傳感器DS18B20相連，P1口接74LS244驅(qū)動七段碼，P3.0～P3.3通過驅(qū)動三極管接到共陽數(shù)碼管的COM端。溫度傳感器DS18B20將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為帶符號的數(shù)字信號（以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個字節(jié)），傳感器可置于離裝置120米以內(nèi)的任何地方，輸出腳I/O直接與單片機(jī)的P3，4相連，傳感器采用外部電源供電[4]。

2.結(jié)語

該系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時檢測和控制，自動化程度高，抗干擾能力強(qiáng)，成本低，廣泛適用于農(nóng)業(yè)香菇大棚，蔬菜大棚等生產(chǎn)中，為農(nóng)作物的生長提供了一個很好的環(huán)境，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)量增加，并節(jié)省了大量的人力物力，深受廣大農(nóng)民群眾的喜愛。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李振東.蔬菜溫室大棚溫度控制系統(tǒng)[D].中國海洋大學(xué)，2010：5-7.

[2]百度百科http：//baike.baidu.com/view/1341776.htm.

[3]李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2001.185-189.

[4]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996：274-279.