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）

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[1]。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/℃，精度达到+0.4℃，成本相对较低，输出电压型信号，便于单片机处理，合使系统电路简化。

一、系统整体设计

系统采用电压型温度传感器LM35D采集温室大棚内温度，输出产生10mv/℃的电压信号，通过放大电路将信号进一步放大，处理的信号传送给A/D转换电路进行转换，再通过微控制器程序设定温度上下限报警并通过实时显示。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LM35D电压型温度传感器，信号通过放大电路放大十倍后送到A/D转换电路的输入端，然后将温度数字信号传送到微控制器STC89C52RC，利用单片机的软件编程实现温室大棚的50℃至10℃报警电路的控制，将扩大500倍的信号缩小5倍，将最初的微弱温度电压信号放大了100倍。通过P1口将微控制器输出的数字信号传送给74LS138译码器，再经过驱动器CD4511使七段数码管实时显示温室大棚的室内温度。

二、硬件电路设计

2.1 传感器及放大电路设计。LM35D是被广泛使用的精密集成温度传感器之一，它的摄氏温度与输出电压成线性关系，LM35D不需额外接电路来校准或微调可以达到±1/4℃的常用室温精度，其额定工作温度范围在-55℃到+150℃，同时LM35D在-40℃到+110℃之间（其中-10℃用于改进度），其灵敏度为10mV/℃[2]。若温室大棚的温度为20℃，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软硬件系统中至少放大百倍，然后将放大后信号送入集成驱动电路，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,较容易产生信号误差且不太稳定，故在LM35D的输出端经过75KΩ电阻和1uF的电解电容组成的低通滤波器减少干扰信号对电路造成的干扰，使温度传感器采集到的输入信号与后级电路匹配，使与采集到的温度成比例的电压信号更加稳定。在如图2所示的温室大棚温度测量系统电路中，取前置电阻为1K方便计算，R5用可变电阻使这个0.2mV微弱温度电压信号的放大倍数范围在0到21内可调，为了使将其放大倍数为10倍，将将R5调至9K，这样经同相比例运算放大电路输出就为放大十倍的电压信号UO=1+R5/R6为2V，将结果送给模数转换器ADC0804[3]。

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A/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℃，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/℃再经过下一级运算放大电路放大10倍，传送到模数传换器的6脚VI+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-DB7=VI+*(256/VREF*2)，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-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30℃最初温度，送入译码驱动电路使其显示出最高温度为30℃。温度在0至100℃范围内，由于8位A/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=±0.11℃。在这个温度处理电路当中A/D转换器起作模数转换与放大作用，最终将结果从DB1-DB7提供出单片机P0，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℃，设置上限报警温度30℃，其中当片选信号低电平到达L2时，小数点自动点亮。

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。

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单片机控制/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：0℃至30℃，使温室温度测量结果更为精确，检测分辨率达到±0.1℃。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。

[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，2010，32(3):152.

[3]张建民,杨旭.利用单片机实现温度监测系统[J].微计算机信息,2001,23(2):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，2006.1-5.

[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.