花房温度控制电路设计

【摘 要】针对传统花房人工控制效率低的缺点,设计一种花房温度控制电路系统.该系统通过温度传感器采集温度,并将采集的温度值送给单片机,经单片机处理后在显示模块上显示,并与温度设定值比较,根据比较结果来控制报警电路和加热装置以及降温设备的启动与否.单片机与PC机通过串口连接,在计算机上可以进行远程监控.本设计通过了Proteus仿真,实现了对花房的温度检测与控制.本设计具有效率高、灵活性好的优点.

【关 键 词 】DS18B20 AT89C51 PC 温度测量与控制

前言:随着经济的发展,人们对生活质量的要求显著提高,对花卉的需求量也急剧上升,尤其是作为观赏和礼品的花卉,为他们提供一个更适宜其生长的生存环境,以提早或延迟花期,最终将会给我们带来巨大的经济效益.

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传统的花房由人工通过简单的仪器仪表来测量各个环境的状态参数,并根据经验手动开启和关闭各种花房调节装置,效率低、控制效果不好[1],而温室智能控制设备昂贵、成本高,而且操作复杂,不适合我国广大花农尤其是一些不太发达地区花农的情况,在中低档花房控制中应用不普遍,不能满足广大花农的需求;而采用单片机对他们进行控制不仅方便、简单、灵活性大,而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标.符合农民的消费水平,适合我国的国情.

一、系统设计

本设计以AT89C51单片机作为控制核心,通过DS18B20传感器模块采集温度,控制器通过温度传感器实时监测各点的温度变化,并在LCD1602上同时显示各点的温度,将检测到的温度值与花房温度的设定值比较,根据比较结果开启报警装置和加热装置、降温装置,并通过串口将检测到的温度信息发送到上位机,从而远程实现对环境的整个监测.大部分花房内的最适宜温度为10度到30度,设置报警温度时,可以将下限温度设为15度,上限温度设为25度,这样可以将最佳温度设定在一定范围内,而不是某一点,避免了继电器的频繁开关,延长了元器件的寿命.

用以AT89C51为核心的单片机控制方案,利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口,及其控制的准确性,不但能实现基本的温度检测和控制功能,还能利用其具有串行口的功能,将检测到的温度送到上位机.系统框图如图1所示.


图1系统框图

系统框图说明:(1)温度采集模块采集花房内多点的温度值.(2)显示模块中采用LCD1602用来实时显示当前的温度值和温度值上下限.(3)显示模块中的按键用来设定报警温度的上下限,并在LCD1602上显示.(4)AT89C51处理来自温度传感器的数据,并通过异步串行通信送上位机显示.(5)如果采集的温度值在设定的温度上下限范围内,则继电器和执行机构不工作,否则继电器接通,执行机构工作.(6)通过上位机可以实现键盘一样的操作,并有很好的人机交互界面,方便远程和实时监控.

二、硬件电路设计

硬件电路设计包括温度采集模块的设计、按键模块的设计、显示模块的设计、报警模块的设计、继电器控制电路的设计、通信模块的设计.温度采集模块采用两个DS18B20数字温度传感器组成,DS18B20为数字温度传感器,内部已经集成了模数转换器,使用它可以节省很多电路.按键模块由四个独立式按键组成.要用于初始化时报警温度上下限的设定.显示模块采用LCD1602显示.报警模块由红绿LED灯和蜂鸣器组成,如果温度高于设定温度的上限,则红灯亮,蜂鸣器发出声响;如果温度低于设定温度的下限,则黄灯亮,蜂鸣器发出声响.继电器控制控制电路分为控制电路和主电路,控制电路通过三极管组成放大电路,二极管用来保护三极管,防止电流过大损坏元器件.当花房内的温度高于设定温度的上限时,继电器闭合,电机转动,开始降温.随着计算机技术特别是单片机技术的发展,串口通信在诸多领域上得到了广泛的应用,计算机可以通过串口来获取单片机的各种数据,然后利用计算机强大的功能进行处理,再根据处理的结果发送数据到单片机,实现远程控制设备[3].本设计的通信模块采用虚拟终端实时显示采集到的温度,模拟串口通信.

三、软件设计

采用Keil C51[2]软件编写C语言程序,在Proteus内搭建仿真环境,将编写成功的.hex文件下载到仿真环境内的单片机内,即可看到仿真结果.

四、仿真结果

图2为系统仿真图,仿真中实现了单片机向PC机发送数据的仿真,在虚拟终端上显示了单片机向PC机发送的两路数据.模拟了数据的远程传输.

图2系统仿真图

五、结语

本次设计在Proteus平台上设计整个电路,并仿真将得出的数据进行显示,验证了设计的正确性,实现的功能可以达到设计要求,虚拟终端显示的数据只能是整数,不能显示LCD1602上数据的小数,有着一定的差距,但这种差距并不影响设计结果,只是模拟数据的远程传输.采用单片机设计实现可以减小成本、灵活性大等优点.所以单片机在节约成本方面具有不可替代的作用.