蔬菜大棚温度监控系统的设计研究

严思堃

[摘 要] 本文设计一种基于STC89C52单片机大棚温度监控电路，在硬件设计方面，完成了单片机电路设计、温度检测电路设计、显示电路设计、报警电路模块设计、按键输入电路模块设计及自动控制电路。在软件设计方面，采用模块化编程思想，C51语言编写，上位机和下位机之间采用RS485串口通信。在系统测试方面，搭建了一个温室大棚监控系统的测试平台，经过现场测试，该蔬菜大棚监控系统对温度的监控达到了预期的要求。

[关键词] 蔬菜大棚；温度监控系统；设计

[中图分类号] TP277 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2018）05-121-2

国内在温度控制系统的生产与开发上，其技术水平并不统一。生产成本较低的系统的使用寿命通常较短，不仅在控制精度上偏低，而且使用稳定性较差。真正操作优良、运行稳定的产品，价格往往较贵，并不能实现大规模生产使用[1-2]。因此，设计一套低成本、性能运转良好、技术含量高的温度测控系统，对温室大棚产业的发展具有重要意义。

1 系统硬件设计

1.1 单片机电路设计

本系统主要将数个DS18B20温度传感器设置为测温元件，实现对蔬菜大棚内多点温度的监测，然后将收集到的数据由STC89C52单片机进行相应分析与处理。整个系统硬件设计框图如图1所示。

1.2 温度检测电路设计

本系统采用DS18B20温度传感器，其对于线路起到了一定的精简作用，并且电路的运行操作稳定性较强。DS18B20温湿度传感器主要使用单总线的传输形式，在传感器的内部结构中，其涉及一个电阻式湿度传感器和一个NTC感温元件。

1.3 显示电路设计

系统显示电路需要使用液晶屏LCD1602，其可以实现对32字符的显示。显示电路结构中，第3脚对应的是对比度调整功能，可以对20k电位器进行外接。第4引脚对应的是寄存器选择端口，第5引脚对应的是读写控制线，第6引脚对应的是使能端口，与单片机P2.3进行相连。第7～14脚对应的是双向数据端，与之相连的是单片机P0口。

1.4 报警电路模块

报警电路模块的设置主要是使用PNP三极管开对蜂鸣器，通过其联动响应，进而起到温度监控的报警作用，对应的控制引脚是P3.7，在低电平的条件下，蜂鸣器将会产生声音。对于该系统设计，还根据不同颜色的显示，使用2个LED灯来醒目地表达出此时的温度状态，显示出其环境的高低温状态。当单片机P2.3接口对高电平进行输出时，此时红灯会亮，提示当下的大棚环境温度高；当单品机P2.7口输对低电平进行输出时，此时绿灯会亮，提示当下的大棚环境温度低；当大棚室内温度处于正常状态时，红绿灯将不会亮。

1.5 按键输入电路模块

蔬菜大棚的温度监控系统设计在键盘模块电路的设计上，S1、S2和S3与单片机上的P3.2、P3.3和P3.4引脚分别对应连接。当处在主界面状态时，将S1键按下，系统将处在最高报警温度上限设置的操作中，对应的S2和S3主要是对相应的温度值进行增减调整；操作S1键2次，将进行的是最低报警温度下限数值的设置，其增减调整同上。

1.6 自动控制电路

在蔬菜大棚的温度监控系统设计中，对于自动控制电路的设计主要是使用2个高电平触发继电器模块，在系统的监控过程中，对大棚室温进行自动的加热和降温控制。继电器的使用原理在于将对应的小电流在通电后，基于一定连线来实现对大电流的有效自动控制。在高温条件下，单片机对应的接口将输出高电平，对应的继电器接收到信号后进行传输。常闭接口与com口会进行短接，开始进行降温操作。当温度低时，单片机与对应的接口对高电平进行輸出，继电器2收到信号后常闭接口与com口短接，开始升温设备。

2 系统软件设计

系统软件通过所运用的模块化编程的操作原则，使用C51语言来对编写相应的软件程序。对于软件部分的设计，包含的有按键扫描子程序、数据采集子程序、液晶显示子程序和报警子程序。

3 系统测试

在进行系统测试时，通过搭建相应的测试平台来开展系统的调试，将设备置于蔬菜大棚进行实地操作与处理，此时蔬菜大棚温度控制系统运行正常，软件操作效果表现良好。基于大棚中对部分环境温度的监控，收集到一定的试验数据，并对其展开分析。在系统的测试过程中，主要是以植株生长的最后阶段为主进行温度参数的收集。表1为08：00—20：00每隔1 h的大棚温度监控系统所测数据。

本次测试是在冬季当地农场的普通蔬菜大棚中展开的，通过测试平台所得的数据及处理结果可知，蔬菜大棚温度监控系统运行状态良好，使温室大棚内的环境基本能够满足农作物的生长条件，基本达到了设计要求。

4 结论

本文设计一种基于STC89C52单片机大棚温度监控电路，在硬件设计方面，完成了单片机电路设计、温度检测电路设计、显示电路设计、报警电路模块设计、按键输入电路模块设计及自动控制电路。在软件设计方面，采用模块化编程思想，C51语言编写，上位机和下位机之间采用RS485串口通信。在系统测试方面，搭建了一个温室大棚监控系统的测试平台，将设备放置到温室大棚中进行试验，通过在温室大棚中对部分环境因子的监控得到了一些试验数据，并对结果进行了分析，得到温度监控状态基本良好。

参考文献

[1]邢希君，宋建成.设施农业温室大棚智能控制技术的现状与展望[J].江苏农业科学，2017（21）：10-15.

[2]薄英男，郭辉，张学军，等.浅谈温室环境监控系统的现状及发展趋势[J].新疆农机化，2016（5）：37-40.