基于STM8单片机的催芽车间多路温度采集器

刘增林，窦艳芳，孟兆乐，汪 文，周 涛

(佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007)

0 引言

目前，水稻智能化集中浸种催芽技术已被广泛应用于各地农业合作社和农场的水稻催芽过程中,水稻浸种、催芽过程中温度控制尤为关键。现有的采用PT100金属热电阻的温度传感器，精度较低，电路较复杂，不能满足现代化智能化催芽车间建设的需要。为此，我们设计了一种基于STM8单片机的催芽车间多路温度采集器。测温部分采用DS18B20数字温度传感器，显示部分采用数码管显示，通讯部分采用485总线的MODBUS协议与上位机以及其他工业设备通信，为催芽车间温度监测提供一种系统的解决方案，提高水稻催芽生产过程中温度控制的精确度与稳定性，助力现代农业发展。

1 系统方案选择

多路温度采集器主要由单片机最小系统电路、LED指示灯电路、数字温度传感器电路、数码管显示电路以及RS485通讯电路组成。多路温度采集器可以实时检测多点位的温度并在数码管上循环显示，同时基于MODBUS协议和RS-485总线的通讯方式与上位机进行数据传输[1]。系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

2 系统硬件电路设计

2.1 单片机最小系统

单片机最小系统采用STM8S105K4T6单片机为核心控制器，其中包括电源供电电路，12MHz时钟电路以及RST低电平复位电路。STM8S105K4T6单片机最小系统原理图如图2所示[2]。

图2 STM8S105K4T6单片机最小系统原理图

2.2 LED状态指示灯电路

指示灯电路采用两个双色LED进行显示，一个用来指示当前的电源状态，标志供电电源的开启、关闭与异常状态，另一个用来指示实时通讯状态，标志控制器当前在上传、下载以及未进行通讯三种状态，LED指示灯电路原理图如图3所示。

图3 LED指示灯电路原理图

2.3 DS18B20温度传感器电路

温度传感器电路采用DS18B20数字温度传感器，来采集催芽车间催芽箱内不同点位的温度值。温度传感器原理图如图4所示，采用单总线数据通讯模式，DATA端口为串行数据端口，连接到单片机的IO口，用于单片机和DS18B20之间的通信。DS18B20数字温度传感器相较PT100热电阻传感器来说，有精度高、误差小、电路简单、传输距离远等优点，更适合应用到催芽车间的测温工作中[3]。

图4 温度传感器原理图

2.4 数码管显示电路

数码管显示电路一共采用五位数码管，包括共阳极的一位8段数码管和共阳极的四位8段数码管，分别显示测温的点位以及实时的温度值。数码管显示电路原理图如图5所示。

图5 数码管显示电路原理图

2.5 RS485通讯电路

RS485通讯是一种半双工的通讯方式，两线双向传送差分信号,具有多点、双向通信能力。RS485标准的传输距离可达到1000 m以上，传输速率可达到10 Mbps左右。适用于催芽车间内多路温度采集器与上位机的通讯过程。RS485通讯电路原理图如图6所示[4]。

图6 RS485通讯电路原理图

3 系统软件设计

程序开始先对系统进行初始化，检查硬件状况，在设备成功启动以后，进行多路温度采集，将采集到的温度进行算法处理，最后通过数码管来显示，同时将数据发送给上位机。主程序流程图如图7所示。

图7 主程序流程图

4 系统调试

在催芽车间的40 m2的一个催芽池内安装此系统，对多路温度采集器系统进行整体测试。将多路温度采集器系统测试结果与高精度的仪表测试结果进行比较，温度误差范围在±0.5℃以内，系统也比较稳定。系统测试结果如表1所示[5]。

表1 系统测试结果

5 结论

基于STM8单片机，设计了催芽车间多路温度采集器。根据系统性能的要求，搭建硬件电路设计以及软件编写程序控制。经过系统测试，采集数据精度达到要求，系统可用在催芽车间水稻种子催芽生产过程中，稳定可靠。下一步将继续深入研究，推广到其他的农业生产过程中。