温室大棚温度检测系统的设计与研究

山东农业工程学院学报　２０１４焦　第３１卷　第３期　温室大棚温度检测系统的设计与研究　吴年祥，陈小林　（安徽国防科技职业学院，安徽六安２３７０１１）　摘要：温室大棚不受环境温度和地域的限制在现代农业技术中发挥着重要作用。提出一种基于ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ　微控制器完成对温室大棚温度的有效检测与控制模式，完成大棚内温度可控，适应各类植物健康生长的环境。利　用ＬＭ３５Ｄ电压型温度传感器采集室内温度，通过信号处理电路，Ａ／Ｄ转换电路，实现实时温度显示，高、低温报　警．宽量程。精度高的一种低成本方案。　关键词：温室大棚，微控制器，Ａ／Ｄ转换电路，温度传感器　中图分类号：Ｓ１２６　文献标识码：Ａ　文章编号：２０９５—７３２７（２０１４）一０３—００３７—０２　如今．随着科学技术的迅速发展，农业产业不断扩　大，温度检测并报警在现代农业设施中得到了越来越广　泛的应用，要求也越来越高温度＿ｌＪ。温度传感器同时也被　广泛的应用到大棚农业技术、过热保护中。考虑到热敏　电阻与后级的放大电路受环境的影响，在不同的环境下　会出现的测温的偏差而，ＭＡＸ１６６９，ＴＭＰ３５／３６，ＬＭ８０等　传感器的价格很高。在同等条件下，考虑到温室大栅的　测温精度、分辨率等因素，本系统采用了电压型温度传　感器ＬＭ３５Ｄ．作为温室采集，它的量程为０至１００℃，线　性度为１０ｍＶ／￣Ｃ，精度达到＋０．４℃，成本相对较低，输出电　图１系统框图　压型信号，便于单片机处理，合使系统电路简化。　系统整体设计　成线性关系，ＬＭ３５Ｄ不需额外接电路来校准或微调可以　一、系统采用电压型温度传感器ＬＭ３５Ｄ采集温室大棚　达到±１／４℃的常用室温精度，其额定工作温度范围在一　内温度，输出产生１０ｍｖ／￣Ｃ的电压信号，通过放大电路将　５５℃到＋１５０￣Ｃ，同时ＬＭ３５Ｄ在一４０℃到＋１１０℃之间（其中一　信号进一步放大，处理的信号传送给Ａ／Ｄ转换电路进行　１０℃用于改进度），其灵敏度为ＩＯｍＶ／￣Ｃ　。若温室大棚　转换．再通过微控制器程序设定温度上下限报警并通过　的温度为２Ｏ℃，经ＬＭ３５Ｄ采集大棚内的温度后得到的输　出电压信号为０．２ｍＶ，需要将此微弱电压信号通过整个　实时显示。系统原理框图如图１所示。　在温度测量电路中，使用线性度为１０ｍＶ／￣的　软硬件系统中至少放大百倍。　然后将放大后信号送入集　ＬＭ３５Ｄ电压型温度传感器，信号通过放大电路放大十倍　成驱动电路，即可显示温室大棚内的室温。考虑到刚开始　采集到的电压信号太微弱，不利于微控制器处理，较容易　后送到Ａ／Ｄ转换电路的输入端，然后将温度数字信号传　产生信号误差且不太稳定，故在ＬＭ３５Ｄ的输出端经过　送到微控制器ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ，利用单片机的软件编程实　７５Ｋｎ电阻和ｌｕＦ的电解电容组成的低通滤波器减少干　现温室大棚的５０℃至１０℃报警电路的控制，将扩大５００　扰信号对电路造成的干扰，使温度传感器采集到的输入　倍的信号缩小５倍，将最初的微弱温度电压信号放大了　信号与后级电路匹配，使与采集到的温度成比例的电压　１００倍。通过Ｐ１口将微控制器输出的数字信号传送给　信号更加稳定。在如图２所示的温室大棚温度测量系统　７４ＬＳ１３８译码器．再经过驱动器ＣＤ４５１　１使七段数码管实　电路中。取前置电阻为ｌＫ方便计算，Ｒ５用可变电阻使这　时显示温室大棚的室内温度。　个０．２ｍＶ微弱温度电压信号的放大倍数范围在０到２１　二、硬件电路设计　内可调，为了使将其放大倍数为１０倍，将将Ｒ５调至９Ｋ，　２．１传感器及放大电路设计。ＬＭ３５Ｄ是被广泛使用　这样经同相比例运算放大电路输出就为放大十倍的电压　的精密集成温度传感器之一，它的摄氏温度与输出电压　信号ＵＯ＝１＋Ｒ５／Ｒ６为２Ｖ，将结果送给模数转换器　作者简介：吴年祥（１９８４一），男，安徽安庆人，安徽国防科技职业学院机电工程系实验师，在读硕士，主要从事智能控制技术，实　验实训指导与实验室管理。　基金项目：安徽省省级质量工程电气自动化特色专业（２０１０１６８５）　・３７・　图４译码、驱动电路　图２　ＬＭ３５Ｄ温室大棚温度测量系统的放大电路　２．２　Ａ，Ｄ转换电路设计。考虑到温室大棚的温度检　测精度。本系统选用　Ｄ转换器ＡＤＣ０８０４是８位连续渐　进式的８通道模数转换器．ＬＭ３５Ｄ温度传感器的测量范　围为０至１００￣Ｃ，若设定采集到温室大棚内最高温度　３０℃．因ＬＭ３５Ｄ传感器的灵敏度为１０ｍＶ／￣Ｃ再经过下一　三、软件设计　３．１总程序流程设计总程序流程图如图５所示。　级运算放大电路放大１Ｏ倍，传送到模数传换器的６脚　Ｖｌ＋的电压为３Ｖ，再经过下列电路处理过程放大１５０倍：　模数传换器ＡＤＣ０８０４数据输出与基准电压，输入电压关　系为ＵＤＢ１一ＤＢ７＝ＶＩ＋　ｆ２５６／ＶＲＥＦ　２１，如图２所示将基准　电压Ｖｒｅｆ调至２．５Ｖ，将输入电压ＶＩ＋＝３Ｖ代入以上公　式，可得模数传换器的输出电压为３Ｖ的５０倍，即ＤＢ１一　ＤＢ７输出１５０倍的二进制数将其结果送入微控制器端，　利用软件编程的方法将结果除以５便可达到测量温室　大棚内３Ｏ℃最初温度，送人译码驱动电路使其显示出最　高温度为３０℃。温度在０至ＩＯ０￣Ｃ范围内，由于８位　Ｄ　转换器ＡＤ０８０４的分辨率为１／２８＝０．４％，将最高温度设为　３０℃时，可得它的测量精度为３０／２５６＝＿＿．０．１ｌ￣Ｃ。在这个温　度处理电路当中　Ｄ转换器起作模数转换与放大作用。　最终将结果从ＤＢ１一ＤＢ７提供出单片机ＰＯ．通过软件编　程除以５还原温室大棚原始温度，显示温度。　２－３报警电路的设计。若温室大棚内的温度超过设　定的３０℃温度，通过软件使微控制器ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ　Ｐ２．５　口输出的微弱电压信号，但这个信号不能驱动蜂鸣器使　其报警，需要将这个信号进行放大，才能提花足够的电使　其蜂鸣器工作。可调电阻Ｒ９可以调节些电路的电压信　号放大倍数，如图３所示放大集成ＯＰ０７的信号输入端　由单片机的Ｐ２．５控制。　２．４译码、驱动电路的设计。本系统显示采用价格相　对便宜的数码管动态扫描显示．基本ＬＥＤ的余辉和人眼　的视觉暂留特性，只要多个ＬＥＤ数码管的选通信号扫描　速率足够快，扫描次数大于２５次，ｓ，就感觉数码管一直　在点亮即无闪烁现象。动态扫描方式是将所有ＬＥＤ段选　线ａ￣ｇ并联在一起，由一个８位ＬＥＤ译码驱动器Ｉ／Ｏ口　来控制，所有ＬＥＤ的片选信号线“接地”则由译码器的Ｉ／　Ｏ口来控制。如图４所示，单片机Ｐ１．０～Ｐ１．２分别与　７４ＬＳ１３８译码器Ａ～Ｃ相连．译码器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３输出低电平　实现对共阴极数码管的片选。单片机Ｐ１．４～Ｐ１．７分别与　７４ＬＳ４８译码驱动器Ａ～Ｄ相连．高电平输出驱动数码管　显示温度。考虑温室大棚室温的精度为０．１℃．系统采用　３个数码管。系统采用ＬＭ３５Ｄ作为温度传感器．测温范　围在０至＋１００￣，利用软件编程将显示范围调到最高温　度＋３０＂Ｃ，设置上限报警温度３０℃，其中当片选信号低电　平到达Ｉ２时。小数点自动点亮。　图５总程序流程　图６　ＡＤＣ０８０４工作流程图　３．２程序控制设计。Ａ／Ｄ转换器由ＳＴＣ８９Ｓ５２ＲＣ单片　机控￥￣／ｃｓ端启动，具体控制流程图如图６所示。当单片　机发送／ＣＳ为低电平时，ＡＤＣ０８０４通过ＤＢ０至ＤＢ７端口　传送Ｐ０至Ｐ７口转换完成后的二进制数字信号，通过软　件编程使信号缩小５倍，显示温室大棚内的室温　／ＣＳ　为模数转换器的片选信号，／ＲＤ、／ｗＲ分别为读、写信号　端口，与微控制器的、读、写端口相连。当ＩＮＴＲ端口为高　电平时表示模数转换完成。将ＩＮＴＲ信号传送给控制器，　单片机接收完成模数转换器转换完成的数据会再给Ａ／Ｄ　转换器一个响应信号。　以ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ单片机为控制核心的温室大棚温度　测量检测系统，运用集成线性ＬＭ３５Ｄ作为温度检测传感　器，ＡＤ０８０４作为模数转换模块，整个系统电路简单便于　数据采集和处理，而且可通过ＲＳ４８５线实现各种环境下　对温度的远距离测量。系统设置检测的温度范围是：Ｏ℃　至３Ｏ℃，使温室温度测量结果更为精确，检测分辨率达　到±Ｏ．１ｏＣ。由于单片机的程序存储器和数据存储器的限　制，对温室大棚多点温度、多参量的测量检测系统的研究　提供了良好的基础。所以对更广阔应用前景的温室大棚　多点温、多参数的测量检测系统设计有待后期进一步的　研究　参考文献：　【１］丁幼春．熊利荣等，基于ＡＴ８９Ｓ５２和ＤＳ１８Ｂ２０的多点温　度检测报警系统［Ｊ］，农机化研究，２００７（５）：１２１．　［２］张玉峰．基于单片机的蔬菜大棚温度控制系统设计［Ｊ】．农　机化研究，２０１０，３２ｆ３）：１５２．　［３】张建民，杨旭．利用单片机实现温度监测系统【Ｊ１．微计算机　信息，２００１，２３￣）：９８－９９．　［４］李斌．微控制系统在多功能温室大棚中的应用［Ｊ］．云南：昆　明理工大学．２ｏ０６．１—５．　【５］何立民．单片机应用技术【Ｍ］．北京航空航天大学出版社，　１９９３．　【６］余永权．ＡＴＭＥＬ８９系列ＦＬＡＳＨ单片机原理及应用【Ｍ】．电　子工业出版社．２００１．　图３报警电路　３８・　编辑：冯惟榘　・