計算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)     C o m p u t e r K n o w l e d g e a n d T e c h n o l o g y 電腦知識 第 12 卷第 31 期 ( 2016 年 11 月 ) 用于溫室大棚的多路遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)設(shè)計 王一涯 1 ， 牛 濤 2 ， 陳曙光 3 ， 王憲菊 3 （ 1. 阜陽市春江農(nóng)業(yè)科技有限公司 ， 安徽 阜陽 236000 ； 2 . 阜陽市欣牛農(nóng)業(yè)科技有限公司 ， 安徽 阜陽 236000 ； 3. 阜陽師范學(xué)院 ， 安徽 阜陽 236037 ） 摘 要 ： 在 利 用 溫 室 大 棚 進(jìn) 行 農(nóng) 作 物 培 育 時 ， 溫 度 是 影 響 其 生 長 、 發(fā) 育 的 關(guān) 鍵 因 素 之 一 ， 因 此 對 溫 室 大 棚 進(jìn) 行 多 點(diǎn) 溫 度 監(jiān) 控 ， 采 取 有 效 的 措 施 控 制 大 棚 溫 度 在 一 定 范 圍 內(nèi) 顯 得 尤 為 重 要 。 設(shè) 計 了 一 種 基 于 單 片 機(jī) 的 溫 室 大 棚 多 點(diǎn) 溫 度 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 。 系 統(tǒng) 中 選 用DS18B20 傳 感 器 作 為 測 溫 元 件 ， 以STC89C52 單 片 機(jī) 為 核 心 ， 進(jìn) 行 多 點(diǎn) 溫 度 檢 測 并 以1602 液 晶 顯 示 數(shù) 據(jù) 。 同 時 ， 通 過 串 口 與PC 進(jìn) 行 通 信 ， 并 以VB 編 寫 的 上 位 機(jī) 界 面 將 各 點(diǎn) 溫 度 以 曲 線 的 形 式 顯 示 出 來 ， 可 保 存 相 關(guān) 溫 度 數(shù) 據(jù) 。 經(jīng) 多 次 試驗(yàn)證明 ， 該系統(tǒng)溫度測量范圍廣 ， 穩(wěn)定性好 ， 能夠長時間工作 ， 基本上能夠滿足溫室大棚溫度監(jiān)控的需求 。 關(guān)鍵詞 :DS18B20; 溫度監(jiān)控系統(tǒng);1602 液晶;VB; 單片機(jī) 中圖分類號 ： TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： A 文章編號 ： 1009-3044(2016)31-0237-03 DesignofMulti-ChannelandRemoteTemperatureControlSystemUsedinGreenhouses WANGYi-ya 1 ， NIU-Tao 2 ， CHENShu-guang 3 ， WANGXian-jv 3 （1.Fuyang Chunjiang Agricultural Technology Co.,Ltd, Fuyang 236000, China; 2.Fuyang Xinniu Agricultural Technology Co., Ltd,Fuyang236000,China;3.FuyangNormalUniversity,Fuyang 236037,China) 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 moni- toring system based on single chip microcomputer is designed. Sensor DS18B20 is chosen to be the temperature measuring ele- ment, 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 byVB 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 temper- aturemeasurementrange,goodstabilityandtheabilityofworkingforalongtime. Keywords:DS18B20;Temperaturemonitoringsystem;LCD1602;VB;MCU 1 引言 環(huán) 境 因 素 的 適 宜 與 否 對 于 溫 室 大 棚 系 統(tǒng) 來 說 是 首 要 考 慮 的 問 題 ， 也 是 其 需 要 克 服 的 關(guān) 鍵 技 術(shù) 之 一 ， 如 果 僅 靠 人 工 管 理 的 方 法 是 無 法 單 獨(dú) 實(shí) 現(xiàn) 的 ， 必 須 要 以 現(xiàn) 代 科 學(xué) 技 術(shù) 作 為 輔 助 。 通 過 對 監(jiān) 測 數(shù) 據(jù) 的 分 析 ， 結(jié) 合 作 物 生 長 發(fā) 育 規(guī) 律 ， 來 控 制 環(huán) 境 條件， 從而使作物能夠達(dá)到優(yōu)質(zhì) 、 高產(chǎn) 、 高效的栽培目的 1 。 目 前 ， 我 國 溫 室 自 動 化 控 制 模 式 主 要 有 兩 種 ： 一 是 以 工 業(yè) 計 算 機(jī) 核 心 ， 二 是 以 單 片 機(jī) 為 核 心 2 。 國 內(nèi) 目 前 研 發(fā) 生 產(chǎn) 的 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 參 差 不 齊 ， 價 格 低 廉 的 大 都 是 壽 命 短 ， 控 制 精 度 較 低 且 穩(wěn) 定 性 差 ， 真 正 設(shè) 計 合 理 ， 操 作 方 便 的 ， 價 格 比 較 昂 貴 ， 生 產(chǎn) 成 本 很 高 ， 不 宜 大 規(guī) 模 投 入 實(shí) 際 應(yīng) 用 ， 而 且 在 數(shù) 據(jù) 的 處 理 和 整 合 方 面 也 不 夠 完 善 。 因 此 ， 開 發(fā) 出 成 本 低 、 性 能 好 、 具 有 自 主 知 識 產(chǎn) 權(quán) 的 一 套 溫 度 測 控 系 統(tǒng) 對 于 溫 室 大 棚 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 具 有 重要意義 。 2 系統(tǒng)設(shè)計 2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 本 系 統(tǒng) 以 STC 89C 52 單 片 機(jī) 為 控 制 中 心 ， 以 多 個 DS 18 B 20 溫 度 傳 感 器 作 為 測 溫 元 件 對 溫 室 大 棚 內(nèi) 多 點(diǎn) 溫 度 進(jìn) 行 測 量 ， 單 片 機(jī) 對 其 溫 度 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 分 析 、 處 理 ， 并 通 過 TFT 彩 屏 實(shí) 時 顯 示 ， 將 測 量 數(shù) 據(jù) 與 設(shè) 定 值 進(jìn) 行 比 較 ， 若 實(shí) 際 溫 度 值 不 在 設(shè) 定 溫 度 范 圍 內(nèi) ， 單 片 機(jī) 輸 出 控 制 信 號 ， 控 制 報 警 模 塊 發(fā) 出 警 示 ， 并 控 制 繼 電 器 驅(qū) 動 外 部 設(shè) 備 執(zhí) 行 相 關(guān) 動 作 。 單 片 機(jī) 作 為 下 位 機(jī) ， 將 處 理 過 的 溫 度 數(shù) 據(jù) 通 過 串 口 傳 輸 給 PC 機(jī) ， 并 通 過 VB 編 寫 的 上 位 機(jī) 收稿日期 ： 2016 - 09- 25 基 金 項 目 ： 皖 北 鮮 切 花 產(chǎn) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 平 臺 技 術(shù) 集 成 與 應(yīng) 用 示 范 ( 1501031085 ); 基 于 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 蔬 菜 標(biāo) 準(zhǔn) 化 種 植 技 術(shù) 集 成 與 示 范 （ 科 農(nóng)秘 【 2015 】 518 號 ） ； 新型溯源系統(tǒng)下的國家級農(nóng)業(yè)科技園區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品電商應(yīng)用系統(tǒng)創(chuàng)新與示范 ( 1604 a 0702037 ) 作者 簡介 ： 王一 涯 ( 1978 ) ， 男 ， 安徽 阜陽 人 ， 高級 工程 師 ， 學(xué)士 ， 研究 方向 為農(nóng) 業(yè)物 聯(lián)網(wǎng) ； 牛濤 （ 1980 ） ， 男 ， 安徽 阜陽 人 ， 農(nóng)藝 師 ， 學(xué) 士 ， 研 究 方 向 為 農(nóng) 學(xué) ； 陳 曙 光 ( 1966 ) ， 男 ， 安 徽 省 阜 陽 市 ， 教 授 ， 碩 士 ， 研 究 方 向 為 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) ； 王 憲 菊 （ 1984 ） ， 女 ， 安 徽 阜陽人 ， 碩士 ， 研究方向?yàn)闇y控 。 E-mail:kfyjdnzs.net.cn http:/www.dnzs.net.cn Tel:+ 86- 551 - 65690963 65690964 ISSN 1009- 3044 C o m p u t e r K n o w l e d g e a n d T e c h n o l o g y 電腦知識 Vol. 12 , No. 31, November 2016 237 DOI:10.14004/j.cnki.ckt.2016.4182    計算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù) C o m p u t e r K n o w l e d g e a n d T e c h n o l o g y 電腦知識  第 12 卷第 31 期 ( 2016 年 11 月 ) 界 面 以 數(shù) 據(jù) 形 式 和 曲 線 形 式 進(jìn) 行 顯 示 ， 便 于 溫 室 內(nèi) 的 溫 度 觀 察 與 分 析 。 通 過 VB 上 位 機(jī) 界 面 和 外 界 的 鍵 盤 均 能 夠 人 為 的 設(shè) 置 報 警 溫 度 的 范 圍 ， 可 應(yīng) 用 于 不 同 環(huán) 境 條 件 中 去 。 系 統(tǒng) 整 體 結(jié) 構(gòu) 圖如圖 1 所示 。 圖 1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 2.1 .1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系 統(tǒng) 硬 件 部 分 主 要 由 單 片 機(jī) STC 89C 52 、 多 路 溫 度 傳 感 器 DS 18b 20 、 按 鍵 、 彩 屏 TFT 和 溫 度 報 警 模 塊 。 在 溫 室 大 棚 里 布 置 多 個 溫 度 傳 感 器 ， 實(shí) 現(xiàn) 多 點(diǎn) 的 溫 度 測 量 ， 溫 度 傳 感 器 將 采 集 的 數(shù) 據(jù) 通 過 單 總 線 傳 輸 給 單 片 機(jī) ， 單 片 機(jī) 對 輸 出 進(jìn) 行 分 析 和 處 理 ， 一 方 面 將 處 理 后 的 輸 出 送 彩 屏 TFT 顯 示 ， 另 一 方 面 通 過 串 口分時 將各點(diǎn) 采集的 溫度值 通過串 口傳輸 給 PC 機(jī) 。 PC 機(jī)將接 收 的 數(shù) 據(jù) 通 過 VB 編 寫 的 上 位 機(jī) 軟 件 實(shí) 時 顯 示 各 點(diǎn) 溫 度 值 ， 并 能 以 曲 線 的 形 式 顯 示 任 一 點(diǎn) 的 溫 度 變 化 趨 勢 。 按 鍵 模 塊 有 三 個 按 鈕 組 成 ， 按 鈕 分 為 設(shè) 置 鍵 、 加 鍵 和 減 鍵 。 按 下 設(shè) 置 鍵 后 ， TFT 顯 示 界 面 自 動 跳 轉(zhuǎn) 到 參 數(shù) 設(shè) 置 界 面 ， 再 通 過 加 鍵 和 減 鍵 修 改 溫 度 上 下 限 值 。 若 測 量 的 溫 度 值 不 在 設(shè) 置 的 溫 度 范 圍 內(nèi) ， 單 片 機(jī) 則 啟 動 報 警 模 塊 發(fā) 出 警 示 信 息 ， 同 時 在 上 位 機(jī) 的 界 面 也 可 觀 察 到 提 示 信 息 。 以 便 采 集 有 效 措 施 ， 進(jìn) 行 大 棚 溫 度 的 有 效 控 制 。 2.1 .1.1 溫度測量模塊 該 系 統(tǒng) 采 用 8 個 DS 18 B 20 數(shù) 字 溫 度 傳 感 器 作 為 測 溫 元 件 ， 因 為 其 獨(dú) 特 的 單 總 線 接 口 設(shè) 計 使 得 硬 件 電 路 非 常 簡 單 ， 只 需 將 傳 感 器 的 信 號 線 管 腳 與 單 片 機(jī) I/O 口 直 接 相 接 。 該 系 統(tǒng) 將 8 個 溫 度 傳 感 器 依 次 與 單 片 機(jī) 的 P 1 口 的 8 個 引 腳 連 接 。 單 片 機(jī) 分 時 讀 取 8 個 DS 18B 20 傳 感 器 采 集 的 溫 度 數(shù) 據(jù) 。 由 于 在 液 晶 顯 示 屏 上 和 上 位 機(jī) 軟 件 上 不 但 要 顯 示 各 點(diǎn) 的 溫 度 值 還 要 顯 示 各 點(diǎn) 的 位 置 信 息 ， 因 此 對 8 個 溫 度 傳 感 器 進(jìn) 行 編 號 ， 其 編 號 與 傳 感 器 所 在 位 置 一 一 對 應(yīng) 。 DS 18 B 20 溫 度 傳 感 器 的 測 量 電 路 如 圖 3 所示 ： 圖 2 單個溫度傳感器與單片機(jī)的連接電路圖 2.1 .1.2 彩屏顯示模塊 為 了 節(jié) 省 單 片 機(jī) 的 I/O 資 源 ， 本 系 統(tǒng) 選 擇 具 有 SPI 串 口 通 信 功 能 的 LCD 液 晶 顯 示 ， 該 彩 屏 與 單 片 機(jī) 的 硬 件 連 接 十 分 簡 單 ， 如 圖 3 所 示 ， 彩 屏 的 時 鐘 信 號 輸 入 線 CLK 接 單 片 機(jī) 的 P 2. 0 引 腳 ， 數(shù) 據(jù) 輸 入 線 MOSI 接 單 片 機(jī) 的 P 2. 1 引 腳 ， 復(fù) 位 線 RES 接 單 片 機(jī) 的 P 2. 2 引 腳 ， 數(shù) 據(jù) / 命 令 選 擇 線 DC 接 單 片 機(jī) P 2. 3 引 腳 ， 背 光 線 BLK 接 單 片 機(jī) P 2. 4 引 腳 ， 數(shù) 據(jù) 輸 出 線 MISO 接 單 片 機(jī) 的 P 2. 5 引 腳 。 若 不 讀 取 彩 屏 信 息 ， MISO 線 可 以 不 接 。 該 彩 屏 一 方 面 可 實(shí) 時 顯 示 各 點(diǎn) 的 溫 度 值 ， 兩 一 方 面 結(jié) 合 按 鍵 模 塊 可 對 溫 度 上 下限值進(jìn)行設(shè)置 。 圖 3 單片機(jī)與彩屏的硬件連接圖 2.1 .1.3 按鍵輸入模塊 本 設(shè) 計 鍵 盤 模 塊 電 路 如 圖 4 所 示 ， S 1 、 S 2 和 S3 分 別 接 單 片 機(jī) 的 P 3. 2 、 P 3. 3 和 P 3. 4 引 腳 。 在 主 界 面 狀 態(tài) 下 按 下 S 1 鍵 一 次 ， 進(jìn) 入 最 高 報 警 溫 度 上 限 的 設(shè) 置 ， 再 通 過 點(diǎn) 擊 S 2 和 S3 進(jìn) 行 加 減 ； 按 下 S 1 鍵 兩 次 ， 進(jìn) 入 最 低 報 警 溫 度 下 限 的 設(shè) 置 ， 同 樣 通 過 點(diǎn) 擊 S1 和 S 2 進(jìn)行加減， 即可完成溫度范圍的設(shè)置 。 圖 4 按鍵模塊 2.1 .1.4 串口通信模塊 MAX 232 引 腳 C 1 + 與 C 1- ,C 2 + 與 C 2- ,V + 與 VCC ， V- 與 GND 之 間 均 必 須 接 電 容 ， 一 般 選 用 瓷 片 電 容 ， 0 . 1 UF 或 者 1UF 皆 可 ， 具 體 電 容 值 由 所 選 用 的 MAX 232 型 號 決 定 。 串 口 模 塊 電 路 如 圖 5 所示 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 J2 T2O R2I GND VCC 16 GND 15 T1I 11 T1O 14 R1O 12 R1I 13 R2I 8 T2O 7 R2O 9 T2I 10 CL+ 1 CL- 3 V+ 2 CL+ 4 CL- 5 V- 6 MAX232CPE U2 0.1uF C2 0.1uF C5 0.1uF C6 0.1uF C3 0.1uF C4 P3.0 P3.1 R2I T2O VCC GND 圖 5 RS 232 串口通信模塊 2.1 .2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系 統(tǒng) 軟 件 采 用 模 塊 化 編 程 思 想 ， C 51 語 言 編 寫 。 軟 件 主 要 分 為 按 鍵 掃 描 子 程 序 、 數(shù) 據(jù) 采 集 子 程 序 、 串 口 通 信 子 程 序 、 液 晶 顯 示 子 程 序 和 報 警 子 程 序 。 程 序 流 程 圖 如 圖 6 所 示 。 當(dāng) 系 統(tǒng) 上 電 復(fù) 位 后 ， 主 程 序 開 始 運(yùn) 行 ， 程 序 開 始 初 始 化 各 參 數(shù) 以 及 端 口 定 義 ， 然 后 各 標(biāo) 志 位 清 零 和 彩 屏 顯 示 ， 接 著 進(jìn) 行 鍵 盤 掃 描 ， 再 讀 出 各 個 DS 18B 20 傳 感 器 的 溫 度 。 處 理 后 的 溫 度 值 同 時 送 彩 屏 顯 示 和 通 過 串 口 傳 輸 給 上 位 機(jī) 顯 示 。 最 后 將 溫 度 值 與 設(shè) 定 的 溫 度 范 圍 相 比 較 ， 若 超 出 范 圍 ， 報 警 模 塊 將 會 進(jìn) 行 報 警 。 否 238計算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)     C o m p u t e r K n o w l e d g e a n d T e c h n o l o g y 電腦知識 第 12 卷第 31 期 ( 2016 年 11 月 ) 則， 程序返回到按鍵掃描子程序處， 循環(huán)執(zhí)行以上模塊 。 圖 6 下位機(jī)主程序流程圖 2.1 .2.1 按鍵掃描子程序 如 圖 7 所 示 ： 程 序 開 始 先 進(jìn) 行 按 鍵 掃 描 ， 如 果 沒 有 按 鍵 被 按 下 ， set_st 等 于 0。 當(dāng) 確 定 有 按 鍵 被 按 下 時 判 斷 被 按 下 的 是 哪 個 按 鍵 ， 如 果 是 S1 被 按 下 ， 再 判 斷 S1 被 按 下 幾 次 。 如 果 S1 被 按 下 一 次 ， 全 局 變 量 set_st 等 于 1 ， 則 系 統(tǒng) 進(jìn) 入 報 警 溫 度 上 限 設(shè) 置 界 面 ， 這 時 再 判 斷 按 鍵 S 2 和 S3 是 否 被 按 下 ， 如 果 S 2 被 按 下 ， 觸 發(fā) 單 片 機(jī) 外 部 中 斷 0， 那 么 報 警 溫 度 上 限 值 加 1 ； 如 果 S3 被 按 下 ， 觸 發(fā) 單 片 機(jī) 外 部 中 斷 1 ， 則 報 警 溫 度 上 限 值 減 1。 如 果 S1 被 按 下 兩 次 ， set_st 等 于 2， 則 系 統(tǒng) 進(jìn) 入 報 警 溫 度 下 限 設(shè) 置 界 面 ， 這 時 再 判 斷 S 1 和 S 2 是 否 被 按 下 ， 同 上 所 述 ， 對 報 警 溫 度 下 限 進(jìn) 行 加 減 。 如 果 S 1 被 按 下 三 次 ， set_st 等 于 0， 則 液 晶 轉(zhuǎn) 換 到 實(shí) 時 溫 度顯示界面 。 圖 7 按鍵掃描流程圖 3 結(jié)論 經(jīng) 過 硬 件 和 軟 件 調(diào) 試 ， 系 統(tǒng) 可 完 成 對 報 警 溫 度 上 下 限 值 的 靈 活 設(shè) 置 ， 單 片 機(jī) 分 時 采 集 8 路 溫 度 傳 感 器 的 數(shù) 據(jù) ， 并 將 實(shí) 際 溫 度 值 與 設(shè) 定 值 進(jìn) 行 比 較 ， 可 進(jìn) 行 溫 度 報 警 以 便 采 集 相 應(yīng) 的 溫 控 措 施 。 液 晶 顯 示 屏 實(shí) 時 顯 示 8 路 溫 度 值 ， 同 時 可 在 PC 機(jī) 上 遠(yuǎn) 程觀測溫室大棚各點(diǎn)溫度值和溫度曲線 。 參考文獻(xiàn): 1 李 中 華 , 王 國 占 , 齊 飛 . 我 國 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展 思 路 J. 中國農(nóng)機(jī)化 ,2012 ( 1 ). 2 葛 志 軍 ， 傅 理 . 國 內(nèi) 外 溫 室 產(chǎn) 業(yè) 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 與 研 究 進(jìn) 展 J. 安 徽 農(nóng)業(yè)科學(xué) ,2008 , 36 ( 35 ). 3 劉 篤 仁 , 韓 保 君 . 傳 感 器 原 理 及 應(yīng) 用 技 術(shù) M. 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社, 2003 . 4 黃 賢 斌 , 鄭 筱 霞 . 傳 感 器 原 理 與 應(yīng) 用 M. 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 . 成都 :電子科技大學(xué)出版社 , 2009 . 5 侯 媛 彬 , 袁 益 民 , 霍 漢 平 , 王 勇 等 . 凌 陽 單 片 機(jī) 原 理 及 其 畢 業(yè) 設(shè) 計精選 M. 科學(xué)出版社 , 2006 . 6 趙亮 . 液晶顯示模塊 LCD 1602 應(yīng)用 J. 電子制作 ,2007 ( 3) 7 劉 國 勇 .MAX 232/MAX 232 A 收 發(fā) 器 及 其 應(yīng) 用 J. 國 外 電 子 元 器件 ,1997 ( 3 ). 8 譚浩強(qiáng) . 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