基于单片机的蔬菜大棚温度控制系统设计
201 0年3月 农机化研究 第3期
基于单片机的蔬菜大棚温度控制系统设计
张玉峰
(佳木斯大学，黑龙江佳木斯154007)
摘要：设计了以单片机为核心的蔬菜大棚温度控制系统。从硬件和软件两方面介绍了单片机温度控制系统
的设计思想，对硬件原理图和程序流程图进行了系统的描述。系统具有键盘输入温度给定值、LED数码管显示
温度值和温度越限报警的功能，实现了温度的自动测量和自动控制，可将大棚内的温度始终控制在适合蔬菜生
长的温度范围内。
关键词：单片机；蔬菜大棚；模糊控制
中图分类号：S625．5+1 文献标识码：A 文章编号：1003—188X(2010)03—0150一04
0引言
我国北方冬季寒冷而漫长，大力推广蔬菜大棚种
植蔬菜能够更好地满足人民生活水平日益提高的需
要。冬季蔬菜大棚管理最重要的一个因素就是温度
的控制。温度管理一般把一天分为午前、午后、前半
夜和后半夜4个时段来进行温度调节。午前以促进
光合作用、增加同化量为主，一般应将棚温保持在25
—30℃为宜；午后光合作用呈下降趋势，应将温度比
午前降低5℃左右，以20～25℃为好，避免高温下养
分消耗过多。日落后4～5h内，要将棚内温度从20％
逐渐降到15qC上下，以促进体内同化物的运转。此
后，再将夜温降到10—12℃，以抑制呼吸、减少消耗、
增加积累。但不可把温度降得过低，以免发生低温危
害。另外，阴雨天光照不足，光合作用不能正常进行，
棚内温度也应比晴天低5℃左右，以降低呼吸消耗。
随着单片机的飞速发展，通过单片机对被控对象进行
控制日益广泛，其具有体积小、功能强、性价比高等特
点，把单片机应用于温度控制系统中可以起到更好的
控温作用，可完成对温度的采集和控制等的要求。近
年来，模糊控制技术成为一种应用广泛的控制技术有
着自己独特的一面。为此，设计了利用单片机进行温
度模糊控制的系统。
1 系统总体方案设计
蔬菜大棚用埋在土壤表层的电加温线完成对其
内部进行加热，本设计当中温度较低且精度要求不高
收稿日期：2009—05一05
作者简介：张玉峰(1965一)，男，黑龙江佳木斯人，副教授，在读硕
士，(E—mail)jmsdxzyf@163．corn。
的，采用集成AD590作为测温器件。
蔬菜大棚的电源采用交流电，使用可控硅来控制
加热的功率。由于本设计中的功率只有2kW，则使用
单相220V交流电即可。
该温度控制系统启动后，能够按实测温度和设定
温度通过单片机的运算输出信号从而控制双向晶闸
管的导通角，来控制蔬菜大棚的加热功率，调节温度，
使温度保持在设定值。在单片机进行运算的同时会
进行相应的报警判断，来决定是否输出报警信号等。
温度控制系统分为3个部分：人机对话部分、主机和
温度检测与控制部分。单片机蔬菜大棚温度控制系
统原理框图如图1所示。
。机对话部分 广一≮。磊l；
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图1 蔬菜大棚温度控制系统原理框图
2系统硬件设计
根据系统的总体方案来选择系统所需的硬件。
系统硬件设计电路如图2所示。
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图2系统硬件电路
其中，包括主机、测温器件、温度控制驱动驱动部
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分、键盘、显示器、报警电路中所需硬件的选择、连接
方式等。
2．1 主机
在整个单片机控制系统中，CPU既是运算处理中
心，又是控制中心，是控制系统中最关键的器件。此
系统控制方案简单，数据量也不大，因此选用具有
8031内核的AT89C52作为控制系统的主机。它是一
种低功耗、高性能的CMOS8位微处理器，AT89C52可
构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，提
高系统可靠性，降低系统成本。由于其内部有8kB的
Flash存储器，因此不需要外扩程序存储器。
2．2温度检测部分的设计
温度检测部分包括温度传感器、转换器和A／D转
换器3部分。
温度传感器的选择是能否达到理想的控温精度
的关键。综合上述各个传感器的优缺点，这里温度传
感器的选择如下：本系统的测温范围是0～50℃，而且
本次测量精度要求不是很高，可选用集成AD590温度
传感器可以满足本系统的要求。
转换器将AD590输出信号转换成与温度成正比
的电压，当温度在0～50℃时转换器输出0～5V的电
压。温度检测与转换电路如图3所示。
图3温度检测与转换电路
AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两
端感温电流源。其主要特性：温度感应输出为1斗A／
K；可测量温度范围55—1500C；电源电压范围+4～
30V。它的输出电流，=(273+丁)¨A(r为摄氏温
度)，因此量测的电压V1=(273+r)斗A×lOk=(2．
73+T／100)V。由于一般电源供应较多元件之后，电
源是带杂波的，因此使用稳压二极管作为稳压元件，
再利用可变电阻分压，其输出电压屹需调整至2．
73V。为了将电压量测出来又要使输出不分流，笔者
使用了电压跟随器。最后使用差分放大器，其输出％
=(150k／20k)x(K—K)=3T／40(V)。如果现在为
T=400C，输出电压v0=3V。
A／D转换器的选择主要取决于温度的控制精度。
本系统要求温度控制误差≤±2。C，采用8位A／D转
换器，最大量化误差为4-0．5×(1／255)×200。C=4-
0．40C，完全能够满足精度要求。这里采用MCl4433
·15l·
作为A／D转换器，其输出为BCD码。电路设计好后，
调整转换器的输出，使0—50℃的温度变化对应于0
—5V的输出，以供A／D转换用，则A／D转换对应的
数字量为0—1 999，则转换结果除以10正好是温度
值。用这种方法可以减少标度变换的工作量，另一方
面还可以避免标度转换带来的计算误差。
2．3温度控制部分设计
温度控制部分包括D／A转换器、光耦合元件、驱
动器、晶闸管功率调节器和电加温线几部分。
电加温线功率的变化通过控制双向晶闸管的导
通角实现，双向晶闸管和电加温线串接在交流220V
供电回路中。单片机经运算输出的数字控制量从P2
口输出，通过DAC0832转换成模拟量，通过光电隔离
器和驱动电路送到可控硅的控制端，从而控制电阻丝
的通电加热功率。
2．4人机对话部分的设计
人机对话部分包括显示、键盘、和报警3部分电
路，实现蔬菜大棚的人性化操作界面，有利于使用人
员对温度的检测与控制。
2．4．1显示部分的设计
本系统设有5位LED数码显示器，停止加热时显
示设定温度，启动加热时显示当前蔬菜大棚的温度。
采用串行口扩展的静态显示电路作为显示接口电路，
采用共阳极接法。
静态显示指显示某一字符时，相应段的发光二极
管恒定导通或截止。单片机除可用本身的并行端口
或扩展的I／O端口直接与LED接口外，也可利用本身
的串行端口TXD，RXD与LED接口。在本设计中使
用74I_5164，它是8位串人并出移位寄存器，作为静态
显示器的显示输出口。段码由串行口RXD经移位寄
存器并行输出到LED显示器，P3．3用于显示器的输
入控制，在启动显示之前，应将其置“1”。具体连接方
式如图4所示。
图4用74LSl64扩展的LED
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2．4．2键盘的设计
本系统中，操作者对系统的操作和干预是通过键
盘进行的，通过键盘修改设定温度值、上限温度和下
限温度。
键盘扫描是CPU工作的一个主要内容，CPU在忙
于各项工作任务时，既要保证不失时机地响应键操
作，又不能过多的占用CPU时间。因此，有必要根据
系统的实际特点，选择好键盘的工作方式。
本系统中键盘处理程序采用扫描工作方式进行
处理，是利用CPU在完成其他工作的空余调用键盘扫
描子程序。既保证了任务的优先级，同时又能及时响
应键盘的操作。在主程序中每循环一次主程序就判
断一次“是否有按键按下”的事件。当查询有键按下
时，程序按以下方法进行处理：软件延时一段时间再
判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为有一
个确认的键按下，否则按键抖动处理；在确认有键按
下的条件下，通过扫描的方式求取键值；键闭合1次
进行1次键功能操作。
本系统设有16个键，分别是启动、0—9等10个
数字键、上限、下限、设定、确认键，另有一未设定功
能。由Pl口作键盘接口，采用4 X 4矩阵式。通过键
盘进行参数设定，并启动系统工作。
在本键盘中，用到P1口，8个口中4个口接行线，
另外4个口接列线。键盘的接线方式如图5所示。
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图5键盘接线I奎l
2．4．3报警功能的实现
报警功能由蜂鸣器实现。当由于意外因素导致
恒温水箱温度高于或低于设定温度时，P3．4口送出的
低电平经反向器驱动蜂鸣器呜叫报警。报警电路如
图6所示。
图6报警电路图
3 系统的软件设计
3．1主程序流程图
主程序流程是整个程序的核心，体现了系统的工
作流程。本主程序首先进行相关单元的初始化，然后
调用按键程序进行工作温度和上、下限温度等参数的
设置，直到按下开机键，系统启动，开始工作。
主程序要完成的功能为：
1)对单片机硬件资源进行初始化；
2)温度的数据采集；
3)外部中断响应；
4)温度控制；
5)越界报警。
主程序流程图如图7所示。
图7主程序流程图
3．2温度控制模糊决策程序
+1删 本系统模糊决策程序的输入信号为△￡和△￡2，△t
～
=设定温度一测量温度，At2：本次温度一上次温度。
当一5℃≤△￡≤+5℃，一1℃≤△￡2≤+1 oC的范围内
变化时，根据模糊决策输出相应的控制量，当At<一
5℃或At2<一l℃时，输出控制为最大值；当At>+
5。C或At2>+1oC时，输出控制量为最小值。温度控
制模糊决策程序流程图如图8所示。
盯瞄8
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2
3
4
5
6
7
●
●
●
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模糊决镱打序
求A￡：送7BH，并最化，龄化囚于为0．2
量化后在O刘lO之问＼．—／
工Y 输出为最大值或最小值
A t送7AH，并皱化，壤化因子为1
麓化后在()铷O之『日】?——丫
转t程序的LOP处
查表(模糊决策)度输出拧制链
返I【j|
图8温度控制模糊决策程序流程图
4结语
本设计采用单片机对蔬菜大棚的温度进行模糊
控制，使其温度稳定在某一个设定值上，并且具有键
盘输入温度给定值、LED数码管显示温度值和温度越
限报警的功能，实现了自动控温。
参考文献：
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[10] 张毅刚．MCS一51单片机应用设计[M]．哈尔滨：哈尔滨
工业大学出版社，1997．
7 Design of the Temperature Control System Based on Single
Chip Computer in Vegetable Shed
Zhang Yufeng
(Jiamusi University，Jiamusi 1 54007，China)
Abstract：Designed the temperature control system based on single chip computer in vegetable shed．It introduced the
Single chip computer temperature control system design mentality from two aspects that the hardware and the software，
having made the system description Oil the hardware schematic diagram and software diagram．And the system has the key·
board entry temperature given value．LED display temperature value，surmounting boundary of the temperature reports
outside．It realizes temperatures detect and control automatically，kept the temperature which Suit for vegetable growth．
Key words：single chip computer；vegetable shed；fuzzy control
·153·万方数据
基于单片机的蔬菜大棚温度控制系统设计
作者： 张玉峰
作者单位： 佳木斯大学,黑龙江,佳木斯,154007
刊名： 农机化研究
英文刊名： JOURNAL OF AGRICULTURAL MECHANIZATION RESEARCH
年，卷(期)： 2010，32(3)
引用次数： 0次
参考文献(10条)
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_njhyj201003040.aspx
下载时间：2010年5月23日
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