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1基于单片机温室大棚温度控制设计摘要：本系统以AT89C51单片机为控制核心，利用温度传感器AD590对蔬菜大棚内的温度进行实时采集与控制，实现温室温度的自动控制。本系统由单片机小系统模块、温度采集模块、加热模块、降温模块、按键以及显示模块六个部分组成。可以通过按键设定温室的温度值，采集的温度和设定的温度通过LED数码管显示。当所设定的温度值比采集的温度大时，通过加热器加热，以达到设定值；反之，开启降温风扇，以快速达到降温效果。通过该系统，对蔬菜大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制。从而保证大棚内作物在最佳的温度条件下生长，提高质量和产量。关键词：单片机、温室大棚、温度控制一、硬件设计（一）设计目标本系统要控制的对象为这样一个规模的温室。温室结构的参数为：屋脊高5.2m，檐高3m，单跨度6.5m，长为20m，地面面积为130平方米。要实现的目标是，使薄膜温室的温度保持在20℃——30℃之间，在这个区域内温度值是可设定的。（二）设计思路系统原理框图如图1所示。本系统由单片机小系统模块、温度采集模块、WP型温室加热器、降温模块、按键以及显示模块六个部分组成。通过按键设定温度值，设定的温度值和采集的温度值都可以通过LED数码管显示。当所设定的温度值比采集的温度大时，通过加热器加热，以达到设定值；反之，开启降温风扇，以快速达到降温效果。该系统对温度的控制范围在20℃——30℃，温度控制的误差小于等于0.5℃。通过使用该系统，对蔬菜大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制,保证大棚内作物在最佳的温度条件下生长，提高质量和产量。1图1系统原理框图该系统分为六个模块，分别是单片机小系统模块、温度采集模块、显示模块、键盘扫描模块、加热模块和降温模块。（三）基于AT89C51的单片机小系统本系统采用Atmel公司所生产的AT89C51单片机。AT89C51单片机小系统如图2所示：图2单片机小系统这个小系统由时钟脉冲和复位电路组成，AT89C51内部已具备振荡电路，只要在接地引脚上面的两个引脚（即19、18脚）连接简单的石英晶体即可。AT89C51的时钟频率为温度采集键盘扫描显示WP型温室加热器AT89C51控制系统降温模块112MHz。AT89C51的复位引脚为第9脚，当此引脚连接高电平超过2个机器周期（一个机器周期为6个时钟脉冲），即可产生复位的动作。以12MHz的时钟脉冲为例，每个时钟脉冲1μs,两个机器周期为12μs,因此，在第9脚上连接一个12μs以上的高电平脉冲，即可产生复位的动作。对于上电复位，复位引脚上串接了一个电容，当复位引脚接+5V电压时，电容相当于短路，经过一段时间（在这段时间内完成复位）后，电容处于充电状态，相当于断开。还有一种是手动复位,它的接法是在AT89C51复位引脚所串连的电容上并联接一个按钮开关。当按钮没按下时，电容处于充电状态；当按钮按下时，电容对复位引脚放电，从而在这个引脚上产生高电平，达到复位的目的。（四）温度采集模块本系统的温度采集和转换电路原理图如图3所示，它的工作过程为：系统通过AD590采集外界的温度参数，并通过三个放大器的作用将温度转化为电流模拟量；此模拟量通过ADC0804的转化变成数字量，以便单片机辨认接收。图3AD590温度传感器工作的系统结构电路图根据电路图，说明各个器件的功能如下：OPA1：以0℃为标准，调节可变电阻R10使其输出电压为2.73伏特。1OPA2：减2.73伏特，并反相。OPA3：放大5倍并反相。例如：AD590输出电压为1.5伏特，则其温度为：1.5/5（OPA3）+2.732（OPA2）=3.302伏特；3.302/10K=303.2微安培；303.2-273.2=30微安培→30℃。温度值OPA1OPA2OPA3ADCVINADC输出值0℃2.732V0V0V0V00H10℃2.832V-0.1V0.5V0.5V19H20℃2.932V-0.2V1V1V32H30℃3.032V-0.3V1.5V1.5V4BH40℃3.132V-0.4V2V2V64H50℃3.232V-0.5V2.5V2.5V7DH60℃3.332V-0.6V3V3V96H70℃3.432V-0.7V3.5V3.5VAFH80℃3.532V-0.8V4V4VC8H90℃3.632V-0.9V4.5V4.5VE1H100℃3.732V-1V5V5VFAH表1各温度与3个OPA及ADC0804的输入与输出关系图4ADC0804如图4，A/D转换器就是模拟/数字转换器，是将输入的模拟信号转换成数字信号。信1号输入端的信号可以是传感器或是转换器的输出，而ADC输出的数字信号可以提供给微处理器，以便更广泛地应用。ADC0804电压输入与数字输出关系如下表2所示：十六进制二进制码二与满刻度的比率相对电压值VREF=2.56伏高四位字节低四位字节高四位字节电压低四位字节电压F111115/1615/2564.8000.300E111014/1614/2564.4800.280D110113/1613/2564.0600.260C110012/1612/2563.8400.240B101111/1611/2563.5200.220A101010/1610/2563.2000.200910019/169/2562.8800.180810008/168/2562.5600.160701117/167/2562.2400.140601106/166/2561.9200.120501015/165/2561.6000.100401004/164/2561.2800.080300113/163/2560.9600.060200102/162/2560.6400.040100011/161/2560.3200.0200000000表2ADC0804电压输入与数字输出关系例如：VIN=3V，由上表可知2.880+0.120=3V，为10010110B=96H。AD590产生的电流与绝对温度成正比，它可接收的工作电压为4V——30V，检测的温度范围为-55℃——+150℃，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1℃，其电流增加1微安培。当摄氏温度为0℃时，AD590的电流为273.2微安培，经10千欧姆电阻后其电压为2.732伏特。余者依上述方法类推。利用AD590以及接口电路把温度转换成模拟电压，经由ADC0804转换成数字信号后传送给AT89C51处理。温度采集和AD590温度传感器工作的系统结构电路图为图3。1(五)显示模块译码IC及温度显示的电路图如图5所示。显示部分的工作原理是，它将温度转换的数字量，即温度值，经由AT89C51的P1口由两个译码IC输出并分别送入两个七段数码管显示，这两个LED都是共阳极的。图5译码IC及温度显示BCD码转换成7段LED数码管的译码驱动IC，如图6所示，首推7447系列，包括7446、7449、74LS49。其中的7446及7447输出低电平驱动的显示码，用以推动共阳极7段LED数码管；而7448及74LS49输出高电平驱动显示码，用以推动共阴极7段LED数码管，7446、7447与7448的引脚相同（双并排16pins）。1图6译码IC7447D、C、B、A：BCD码输入引脚。a、b、c、……g：7段数码管输出引脚。LT：本引脚为测试引脚，当接高电平时，所连接的7段LED数码管全亮。正常显示下应接低电平。RBI：本引脚为涟波淹没输入引脚，正常显示下应接低电平。BI和RBO：本引脚为淹没输入或涟波淹没输出引脚，正常显示下应接低电平。7段LED数码管是利用7个LED组合而成的显示设备，可以显示0到9共10个数字。当要显示多个数码管，可分别驱动每个数码管；当要利用人类的视觉暂留现象，则可以采用快速扫描的方式，只要一组驱动电路即可达到显示多个数码管的目的。一般来说，7段LED数码管可分为共阳极和共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同的接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；同样的，共阴极就是把所有LED的阴极连接到共同的接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）。(六)键盘扫描1图7键盘扫描电路图7是键盘扫描的电路图，其中74922是键盘扫描IC。键盘扫描电路的原理是，将键盘接在一个键盘扫描IC74922上，当在键盘上按下键时，相关的键码将通过74922的A、B、C、D口线传递给AT89C51单片机。键盘采用电话式键盘，结构如图8所示。键盘是接在键盘扫描IC74922（上图6所示）上面的，键盘的输入通过74922的X1——X3和Y1——Y4输入。X1X2X3图8电话式键盘鉴于键盘扫描IC为4*4形式，以下键盘编码每行后面都有0FFH，以配合硬件使用。按键123456对应编码01H02H03H04H05H06H按键789*0#123456789*0#Y1Y2Y3Y41对应编码07H08H09H0AH00HOBH表3键盘编码键盘扫描IC74922的工作过程：X1—X3接键盘的行，Y1——Y4接键盘的列，按键信息由这几个口输入，由A、B、C、D四个口输出到P3口的低四位，再通过P1口经过译码IC显示在LED上。键盘扫描芯片不断查询是否有按键输入，当查询到有按键时，DA置1，同时执行相应的程序，比较温度是否超出上、下限，进而决定是加热还是降温。(七)WP型温室加热器如图7所示，在AT89C51的P2.1口上接一个继电器，将加热器接在此继电器上。需要提高温度时，单片机控制P2.1口，使之置1，进而控制加热器加热。(八)降温模块如图7所示，在AT89C51的P2.2口上接一个继电器,将降温风扇接在此继电器上。需要降温时，单片机控制P2.2口，使之置1，进而控制降温风扇降温。二、软件设计本系统的工作流程是，操作人员可以从键盘上输入要设定的温度值。当此温度值与当前温度不同时，单片机控制系统采取调节的动作。当设定温度大于测定温度时，则使加热器工作；当设定温度小于测定温度时，则开启降温风扇。此程序流程包括4个部分。第一部分是主程序，它描述的是程序的总体结构；第二部分是定时器T0的描述，它的功能是将实际温度和设定的温度比较，再作出相应的动作；第三部分是键盘扫描部分；第四部分是显示部分，用于显示温度值。(一)主程序YN开始系统初始化A/D转换判断有无按键？按键程序1图9主程序本温度控制系统的总体设计思路见图9的主程序流程图，系统采用温度传感器AD590采集温度数据，再由ADC0804模数转换器将温度转化为单片机可以处理的数据。本系统将温度总体控制在20℃到30℃之间，并且可以通过键盘输入要设定的温度值，并通过7段数码管显示出来。在整个系统的运行期间，有一个定时器T0中断每隔20ms扫描一次，用于当前温度与设定温度的比较，然后发出加温或降温的命令。程序代码如下：ORG00HJMPSTARTORG0BHJMPTIM0START:MOVTMOD,#01HMOVTH0,#60MOVTL0,#76SETBTR0MOVIE,#82HMOVR4,#09HMOVR0,#30H1CLEAR:MOV@R0,#00HDJNZR4,CLEARMOVA,#00HMOVDPTR,#TABLE1MOVCA,@A+DPTRMOV34H,AMOVA,#01HMOVDPTR,#TABLE1MOVCA,@A+DPTRMOV35H,AMOV36H,#0FFHSTART0:MOVX@R0,AWAIT:JBP3.4,KEYINJBP2.0,ADCJMPWAITADC:MOVXA,@R0MOV37H,ACLRCSUBBA,36HJCTDOWNTUP:MOVA,37HCLRCSUBBA,34HJNCPOFF1JMPLOOPPON:CLRP2.1JMPSTART0POFF:SETBP2.1JMPLOOPTDOWN:MOVA,37HCLRCSUBBA,35HJCPONJMPLOOPLOOP:MOV36H,37HCLRAMOVR4,#0FFHDJNZR4,$CALLL1