基于PLC的大棚控制系统研究

王兴员

（黔西南民族职业技术学院，兴义 562400）

基于PLC的大棚控制系统研究

王兴员

（黔西南民族职业技术学院，兴义 562400）

本课题主要采用信息技术，采用单片机和PC机相结合的控制方案，下位机单片机采用STC89C52芯片与大棚内各种传感器的连接，采集大棚内的温度、湿度等环境因子数据，并将数据上传到PC机进行进一步处理，单片机与PC机之间通过RS-232总线实现数据通信，从而实现大棚内环境因素的采集和集中控制，从而有利于实现大棚种植的优质增产和降低能耗。

大棚控制 系统PLC 硬件结构 设计软件 结构设计?

引言

在不同农作物品种的不同生长阶段中，对温度、湿度和二氧化碳浓度的需求都各不相同。在农作物生产周期中，为了能够使农作物品种一直处于适合生长环境中，以及为了降低能耗，增产优质，就必须要使用必要的监控和调节手段，使得大棚内的各种环境因子尽可能满足农作物生长需求。

1 大棚控制系统需求

在传统的大棚生产作用中，大棚内的温度、湿度环境因素的采集以及控制大多通过手工来进行控制，这种手工管理方式不仅实时性和可靠度较差，而且会增强人工管理难度。为此，管理者急需要设计一套大棚控制系统，其实现的具体功能主要包括如下几个方面：

（1）实现对大棚内的温度、湿度、二氧化碳浓度等大棚内环境因子的检测；

（2）大棚内环境因子的文字、数字、图形直观展示；

（3）根据所采集的大棚内环境因子，确定对大棚内加湿器、加温器、降温器、通风机等控制器的控制方案。

大棚控制系统需求结构设计如图1所示。

图1 大棚控制系统功能结构图

2 大棚控制系统硬件结构设计

2.1 主控电路设计

大棚控制系统的主控部分采用单片机和PC机相结合的方案，单片机与PC机之间通过RS-232总线实现数据通信。下位机单片机采用STC89C52芯片与大棚内各种传感器的连接，采集大棚内的温度、湿度等环境因子数据，并将数据上传到PC机进行进一步处理。总控系统中的下位机单片机STC89C52芯片电路结构如图2所示。

图2 STC89C52电路结构图

2.2 采集传感器设计

（1）温度采集传感器设计。大棚控制系统的温度采集传感器采用DS18B20芯片实现远距离温度采样，DS18B20芯片内部结构图设计如图3所示。

图3 DS18B20芯片内部结构图

通过连接总线与STC89C52单片机组建传感器网络。

（2）湿度采集传感器设计。大棚控制系统采用SHT11湿度传感器实现大棚内湿度采集，SHT11湿度采集器芯片内部结构设计如图5所示。

在大棚系统中，SHT11与STC89C52单片机之间的连接设计如图6所示。

图4 温度传感器网络图

图5 SHT11湿度采集器芯片内部结构图

图6 SHT11与单片机之间的连接示意图

2.3 外围电路设计

（1）电源电路设计。STC89C52单片机工作电压+5V，而且单片机主要的功能是实现环境因子数据和控制信息的传输，为此功耗较小。为此，在大棚控制系统中主要采用如图7所示的7805三端稳压片满足单片机工作需求。

图7 7805三端稳压片电路图

（2）看门狗电路。看门狗电路是控制系统正常工作的保护性电路。在大棚控制系统中的看门狗电路采用如图8所示的X25045集成芯片。

图8 X25045芯片

X25045看门狗线路和STC89C52单片机的连接电路设计如图9所示。

图9 看门狗电路和单片机连接电路

2.4 通信电路设计

STC89C52单片机与PC上位机之间采用如图10所示的RS-232串行数据总线进行数据传输。

图10 上下位机通信串口

如图10所示，上下位机通信总线采用第2、3、5三根引脚的交叉接法来满足上下位机的通信需求。

3 大棚控制系统软件结构设计

3.1 主程序模块设计

大棚控制系统主程序模块主要负责系统的初始化控制和子程序的自检，主程序顺序执行多分支无限循环，主程序模块的流程设计如图11所示。

图11 主程序流程模块图

如图11所示，在大棚控制系统的主程序模块中，主要实现温度、湿度等大棚内环境因子的采集和显示，以及环境因子数据和控制信息的传输。

3.2 采集器软件设计

（1）温度采集模块设计。DS18B20采集器采用单总线结构，由STC89C52单片机向DS18B20采集器发送复位脉冲命令，由于每个DS18B20采集器序列号不同，为此单片机主要根据采集器的序列号激活DS18B20采集器进行温度采集。DS18B20采集器的工作流程设计如图12所示。

图12 DS18B20采集器流程设计

DS18B20采集器程序主要包括采集器复位模块、读数据模块两个部分。

①复位模块：复位模块实现主要代码如下所示：

②数据读子程序：单片机读取DS18B20温度采集器中温度数据的实现代码如下所示：

（2）湿度采集模块设计。在单片机启动或者复位之后，会通过总线向SHT11温度采集器连续发送包含3位地址码和5位控制码的命令信息，湿度采集器启动代码设计如下所示。

3.3 通信模块设计

大棚控制系统中的单片机下位机和PC上位机之间采用串口进行通信，从软件模块来看，使用Visual Basic6.0中的MSComm控件实现上下位机之间的串口通信。

单片机下位机与PC上位机之间的通信分为数据发送和数据接收两个流程。

（1）数据读流程。PC上位机接收来自单片机下位机所采集的温度、湿度等环境因子数据的数据接收流程设计如图13所示。

图13 PC上位机接收单片机数据流程

（2）数据写流程。PC上位机向单片机下位机写入控制信息的流程设计如图14所示。

图14 PC上位机向单片机写入控制信息流程

[1]孙程光.基于无线传感器网络的智能温室系统设计[J].天津工程师范学院学报,2007,17（4）:19-22.

[2]杨天怡,黄勤.单片机原理及应用[M].北京:清华大学出版社. 2010.9.

[3]崔光照,靳篙.基于无线传感器网络的农业环境监测系统[J].通信技术,2008,6（12）:287-289.

Study on Greenhouse Control System Based on PLC

WANG Xingyuan
（Southwest Guizhou Vocational and Technical College,Xingyi 562400）

This paper mainly makes use of information technology, control scheme of combined SCM and PC; lower computer withSTC89C52 chip is connected with various sensors in the shed to collectthe greenhouse temperature, humidity and other environmental factorsdata, which is uploaded to the PC for further processing. MCU and PCrealize data communication through RS-232 bus, in order to achievegreenhouse environmental factors collection and centralized control,which is conducive to achieve high yield and reduce energyconsumption.

greenhouse control systems,PLC,hardware design, software architecture design