温室大棚温度监测系统设计汇总.docx

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温室大棚温度监测系统设计汇总

目录

摘要I

AbstractII

1前言1

1.1系统概述1

1.2单片机控制系统1

2温室大棚环境监测系统方案3

2.1传感器设计方案3

2.2主控制方案4

2.3方案选择5

3温室温度检测设计方案5

3.1温度采集部分的设计6

3.1.1温度传感器DS18B206

3.1.2DS18B20温度传感器与单片机的接口电路12

3.2单片机接口电路的设计13

3.3显示电路的设计14

4系统软件的设计15

4.1显示子程序的设计15

4.2DS18B20数据采集子程序的设计16

5结束语17

参考文献17

致谢18

附录A单片机系统原理图19

温室大棚温度监测系统设计

摘要

随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温度控制成为一个难题。

目前应用于温室大棚的温度检测系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关、A／D转换器及单片机等组成的传输系统。

这种温度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本也高。

同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。

在这样的形式下。

开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统就很有必要。

本课题提出一种基于单片机并采用数字化单总线技术的温度测控系统应用于温室大棚的的设计方案，该方案是利用温度传感器将温室大棚内温度的变化，变换成电流的变化，再转换为电压变化输入模数转换器，其值由单片机处理，最后由单片机去控制数字显示器，显示温室大棚内的实际温度。

关键字

单片机；温度监测；数字温度传感器

GreenhouseEnvironmentMonitoringSystem

Abstract

Withthepopularizationofgreenhousetechnology,theamountofgreenhouseislargerandlarger．However,thetemperaturecontrolofgreenhouseisbecomingadifficultproblem．Currently,thetemperaturecontrolsystemofgreenhouseismostlyusingatransferssystemwhichconsistsofanalogtemperaturesensors，multiplexinganalogswitches，A／DconversionunitsandSCM．Thiskindoftemperaturecollectionsystemneedsalotofcableswhichislaidtomakethesignalofthesensorbesenttothecollectioncardinthegreenhouse．Thustheworkoffixingandtakedownismiscellaneous，andthecostishigh．What’smore，whatistransferredinthesystemisanalogsignalswhichareeasilyinterferedandhavemoreullage.Itishardforthecontrollertomakeadecisionintimeaccordingtothechangeoftemperaturebecausethemeasureendrisbigger．Sounderthiscircumstance．itisnecessarytoempolderarealtimeandprecisetemperaturecontrolsystemwhichisinapositiontodealwithtemperatureinformationofmanynods．

ThispapergivesagreenhousetemperaturecontrolprojectwhichisbasedupontheSCManddigitalmonobustechnology．Inthisproject，thechangeoftemperatureinthegreenhouseistransformedintothechangeofelectriccurrentandthenintothechangeofvoltagebyusingthetemperaturesensors．ThechangeofvoltageisinputintotheAFDconversionunitsandtheresultisdealtwithbySCM．AtlasttherealtimetemperatureinthegreenhouseisdisplayedonthemonitorunderthecontrolofSCM．

Keywords

SCM;temperaturemonitoring;digitaltemperaturesensor

1前言

1.1系统概述

温室是设施农业的重要组成部分，国内外温室种植业的实践经验表明，提高温室的自动控制和管理水平可充分发挥温室农业的高效性。

随着传感技术，计算机技术及通讯技术的迅猛发展，现代化温室信息自动采集及智能控制系统的开发已成为目前设施农业的一个研究热点。

温室是以透光材料为全部或部分围护结构材料，可供冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物的建筑的统称。

它通过人工干预的方式来对指定区域内的温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤水分、养分等诸多影响作物生长的因素进行调控，使之适合所培育作物的生长需要。

由于它摆脱了地点、季节、气候变化等的影响和限制，能有效的改善农业生态和生产条件，促进农业资源的科学开发和合理利用，提高了土地出产率、劳动生产率、社会效益和经济效益，有利于可持续发展。

因此在世界范围内得到了广泛的运用。

温室控制系统从大的角度来讲主要可以分为两个组成部分，即软件系统和硬件装置，软件系统的核心就是控制思想也就是控制算法，硬件装置一般是指温室环境测控设备的有机组成。

本文主要研究中国温室目前的测控装置类型，这一问题是科学合理地控制温室环境的基础之一。

1.2单片机控制系统

目前，温室控制器的结构主要是以单片机为主控板的控制系统。

一般以MCS51系列为基础，采用8位CPU，从数据采样到算法控制都是由单片机完成的。

其拓扑结构为集中式控制方式。

该类控制方式的优点是能够全局管理，操作简单，价格低廉，如图1.1所示。

图1.1单片机控制系统结构框图

本设计运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机）和一台下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。

温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器显示,也可以由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。

下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。

DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。

温度检测系统有则共同的特点：

测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。

若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。

这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。

所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：

温度传感器的选择和主控单元的设计。

温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大，也高居各类传感器之首。

2温室大棚环境监测系统方案

2.1传感器设计方案

方案一：

采用热敏电阻，可满足40℃至90℃测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1℃的信号是不适用的。

而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如AD590,LM35等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂。

另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。

方案二：

在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。

采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。

便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。

且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。

在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。

DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820和微控制器AT89C51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。

这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于AT89C51可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。

温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。

部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。

而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。

所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。

因此本设计采用时DS18B20这一温度芯片，同时也是顺应这一趋势。

2.2主控制方案

方案一：

此方案采用PC机实现。

它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便。

且人机交互友好。

但是PC机输出信号不能直接与DS18B20通信。

需要通过RS232电平转换兼容，硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不简便。

而且在一些环境比较恶劣的场合，PC机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦。

方案二：

此方案采用AT89C51八位单片机实现。

单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。

而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信。

运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。

另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。

2.3方案选择

系统采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想。

设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。

该系统采用的是RS-232串行通讯的标准，通过下位机（单片机）进行现场的温度采集，温度数据既可以由下位机模块实时显示，也可以送回上位机进行数据处理，具有巡检速度快，扩展性好，成本低的特点。

实际采用电路方案如图2.1所示。

图2.1采用电路方案

3温室温度检测设计方案

在普通的室内温度检测中，可用一般的温度传感器，通过AD转换之后，由数码管直接显示该