用于温室大棚的多路远程温控系统设计

王一涯+牛涛+陈曙光+王宪菊

摘要：在利用温室大棚进行农作物培育时，温度是影响其生长、发育的关键因素之一，因此对温室大棚进行多点温度监控，采取有效的措施控制大棚温度在一定范围内显得尤为重要。设计了一种基于单片机的温室大棚多点温度监控系统。系统中选用DS18B20传感器作为测温元件，以STC89C52单片机为核心，进行多点温度检测并以1602液晶显示数据。同时，通过串口与PC进行通信，并以VB编写的上位机界面将各点温度以曲线的形式显示出来，可保存相关温度数据。经多次试验证明，该系统温度测量范围广，稳定性好，能够长时间工作，基本上能够满足温室大棚温度监控的需求。

关键词： DS18B20；温度监控系统；1602液晶；VB；单片机

中圖分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）31-0237-03

Abstract： Temperature is one of the key elements in influencing the growth and development of vegetables， when cultivating them in greenhouse. Therefore， it is especially important to monitor the temperature multi-point， thus， effective measures can be taken to stabilize the temperature in the greenhouse within a certain range. a kind of greenhouses multi-point temperature monitoring system based on single chip microcomputer is designed. Sensor DS18B20 is chosen to be the temperature measuring element， STC89C52 single-chip microcomputer as the core， and the data of the multi-point temperature detection is to display by the 1602 LCD. At the same time， communicating with the PC through the serial port， related temperature data will be displayed and then preserved through the surface of the upper machine written by VB in the form of curve. Many experiments proved that， this system can basically satisfy the demand of monitoring the temperature in Greenhouses because of the advantages of temperature measurement range， good stability and the ability of working for a long time.

Key words： DS18B20； Temperature monitoring system；LCD1602； VB； MCU

1 引言

环境因素的适宜与否对于温室大棚系统来说是首要考虑的问题，也是其需要克服的关键技术之一，如果仅靠人工管理的方法是无法单独实现的，必须要以现代科学技术作为辅助。通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，来控制环境条件，从而使作物能够达到优质、高产、高效的栽培目的[1]。

目前，我国温室自动化控制模式主要有两种：一是以工业计算机核心，二是以单片机为核心[2]。国内目前研发生产的温度控制系统参差不齐，价格低廉的大都是寿命短，控制精度较低且稳定性差，真正设计合理，操作方便的，价格比较昂贵，生产成本很高，不宜大规模投入实际应用，而且在数据的处理和整合方面也不够完善。因此，开发出成本低、性能好、具有自主知识产权的一套温度测控系统对于温室大棚产业的发展具有重要意义。

2 系统设计

2.1 系统整体结构设计

本系统以STC89C52单片机为控制中心，以多个DS18B20温度传感器作为测温元件对温室大棚内多点温度进行测量，单片机对其温度数据进行分析、处理，并通过TFT彩屏实时显示，将测量数据与设定值进行比较，若实际温度值不在设定温度范围内，单片机输出控制信号，控制报警模块发出警示，并控制继电器驱动外部设备执行相关动作。单片机作为下位机，将处理过的温度数据通过串口传输给PC机，并通过VB编写的上位机界面以数据形式和曲线形式进行显示，便于温室内的温度观察与分析。通过VB上位机界面和外界的键盘均能够人为的设置报警温度的范围，可应用于不同环境条件中去。系统整体结构图如图1所示。

2.1.1 系统硬件设计

系统硬件部分主要由单片机STC89C52、多路温度传感器DS18b20、按键、彩屏TFT和温度报警模块。 在温室大棚里布置多个温度传感器，实现多点的温度测量，温度传感器将采集的数据通过单总线传输给单片机，单片机对输出进行分析和处理，一方面将处理后的输出送彩屏TFT显示，另一方面通过串口分时将各点采集的温度值通过串口传输给PC机。PC机将接收的数据通过VB编写的上位机软件实时显示各点温度值，并能以曲线的形式显示任一点的温度变化趋势。按键模块有三个按钮组成，按钮分为设置键、加键和减键。按下设置键后，TFT显示界面自动跳转到参数设置界面，再通过加键和减键修改温度上下限值。若测量的温度值不在设置的温度范围内，单片机则启动报警模块发出警示信息，同时在上位机的界面也可观察到提示信息。以便采集有效措施，进行大棚温度的有效控制。

2.1.1.1 温度测量模块

该系统采用8个DS18B20数字温度传感器作为测温元件，因为其独特的单总线接口设计使得硬件电路非常简单，只需将传感器的信号线管脚与单片机I/O口直接相接。该系统将8个温度传感器依次与单片机的P1口的8个引脚连接。单片机分时读取8个DS18B20传感器采集的温度数据。由于在液晶显示屏上和上位机软件上不但要显示各点的温度值还要显示各点的位置信息，因此对8个温度传感器进行编号，其编号与传感器所在位置一一对应。DS18B20温度传感器的测量电路如图3所示：

2.1.1.2 彩屏显示模块

为了节省单片机的I/O资源，本系统选择具有SPI串口通信功能的LCD液晶显示，该彩屏与单片机的硬件连接十分简单，如图3所示，彩屏的时钟信号输入线CLK接单片机的P2.0引脚，数据输入线MOSI接单片机的P2.1引脚，复位线RES接单片机的P2.2引脚，数据/命令选择线DC接单片机P2.3引脚， 背光线BLK接单片机P2.4引脚，数据输出线MISO接单片机的P2.5引脚。若不读取彩屏信息，MISO线可以不接。该彩屏一方面可实时显示各点的温度值，两一方面结合按键模块可对温度上下限值进行设置。

2.1.1.3 按键输入模块

本设计键盘模块电路如图4所示，S1、S2和S3分别接单片机的P3.2、P3.3和P3.4引脚。在主界面状态下按下S1键一次，进入最高报警温度上限的设置，再通过点击S2和S3进行加减；按下S1键两次，进入最低报警温度下限的设置，同样通过点击S1和S2进行加减，即可完成温度范围的设置。

2.1.1.4 串口通信模块

MAX232 引脚C1+与C1-，C2+与C2-，V+与VCC，V-与GND之间均必须接电容，一般选用瓷片电容，0.1 UF或者1UF皆可，具体电容值由所选用的MAX232型号决定。串口模块电路如图5所示。

2.1.2 系统软件设计

系统软件采用模块化编程思想，C51语言编写。软件主要分为按键扫描子程序、数据采集子程序、串口通信子程序、液晶显示子程序和报警子程序。程序流程图如图6所示。当系统上电复位后，主程序开始运行，程序开始初始化各参数以及端口定义，然后各标志位清零和彩屏显示，接着进行键盘扫描，再读出各个DS18B20传感器的温度。处理后的温度值同时送彩屏显示和通过串口传输给上位机显示。最后将温度值与设定的温度范围相比较，若超出范围，报警模块将会进行报警。否则，程序返回到按键扫描子程序处，循环执行以上模块。

2.1.2.1 按键扫描子程序

如图7所示：程序开始先进行按键扫描，如果没有按键被按下，set_st等于0。当确定有按键被按下时判断被按下的是哪个按键，如果是S1被按下，再判断S1被按下几次。如果S1被按下一次，全局变量set_st等于1，则系统进入报警温度上限设置界面，这时再判断按键S2和S3是否被按下，如果S2被按下，触发单片机外部中断0，那么报警温度上限值加1；如果S3被按下，触发单片机外部中断1，则报警温度上限值减1。如果S1被按下两次，set_st等于2，则系统进入报警温度下限设置界面，这时再判断S1和S2是否被按下，同上所述，对报警温度下限进行加减。如果S1被按下三次，set_st等于0，则液晶转换到实时温度显示界面。

3 结论

经过硬件和软件调试，系统可完成对报警温度上下限值的灵活设置，单片机分时采集8路温度传感器的数据，并将实际温度值与设定值进行比较，可进行温度报警以便采集相应的温控措施。液晶显示屏实时显示8路温度值，同时可在PC机上远程观测温室大棚各点温度值和温度曲线。

参考文献：

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