【正文】 單片機(jī)溫度控制設(shè)計(jì) —— 溫度的采集與處理1 緒 論 課題背景隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，設(shè)施園藝工程因其涉及學(xué)科廣、科技含量高、與人民生活關(guān)系密切，己越來越受到世界各國(guó)的重視。這也為我國(guó)大型現(xiàn)代化溫室的發(fā)展提供了極好的機(jī)遇，并產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。我國(guó)的現(xiàn)代化溫室是在引進(jìn)與自我開發(fā)并進(jìn)的過程中發(fā)展起來的。我的溫室大棚技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)形成了比較完整和全面的體系。虛擬儀器溫室大棚溫度測(cè)控系統(tǒng)是一種比較智能，經(jīng)濟(jì)的方案，適于大力推廣，該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進(jìn)行采集，然后再進(jìn)行比較，通過比較對(duì)大棚內(nèi)的溫度是否超過溫度限制進(jìn)行分析，如果超過溫度限制，溫度報(bào)警系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警，來通知管理人員大棚內(nèi)的溫度超過限制，并調(diào)節(jié)大棚溫度，從而有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)，以達(dá)到提高產(chǎn)量目的。 課題分析 國(guó)內(nèi)外溫室控制技術(shù)發(fā)展概況溫室是一種可以改變植物生長(zhǎng)環(huán)境、為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱?chǎng)所。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長(zhǎng)的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)是以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。智能溫室系統(tǒng)是近年來逐步發(fā)展起來的一種資源節(jié)約型高效設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)，它是在普通日光溫室的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)自控技術(shù)、智能傳感技術(shù)等高科技手段發(fā)展起來的。世界發(fā)達(dá)國(guó)家荷蘭，美國(guó)，英國(guó)等大力發(fā)展集成化的溫室產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)研制成功對(duì)溫室內(nèi)溫度，濕度，光照，氣體交換，滴灌，營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)等實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的現(xiàn)代化高科技溫室，甚至于育苗，移栽，清洗，包裝等也是實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，自動(dòng)化。此外遙感技術(shù)(Wireless Technology)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Transfer Control ProtocelInternet Protocol /TCPIP)，控制局域網(wǎng)(Ctroller area network)也逐漸應(yīng)用于溫室的管理與控制中。目前，美國(guó)已將全球定位系統(tǒng)，遙感遙測(cè)等高新技術(shù)應(yīng)用于溫室生產(chǎn)，由82%的溫室使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，有67%的農(nóng)戶使用計(jì)算機(jī)，其中27%的農(nóng)戶還用于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。英國(guó)的智能溫室系統(tǒng)，西班牙和奧地利的遙控溫室系統(tǒng)都是計(jì)算機(jī)控制的成功應(yīng)用，另外，德國(guó)已將3S技術(shù)(地理信息系統(tǒng)GIS，全球定位系統(tǒng)GPS和遙感技術(shù)RS)應(yīng)用于溫室。我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，溫室技術(shù)的發(fā)展缺比較晚，與國(guó)外的技術(shù)相比有很大差距。這主要是我國(guó)溫室技術(shù)興起的比較晚的緣故，為了提高這方面的技術(shù)，在自70年代末起，我國(guó)先后從日本、美國(guó)、荷蘭和保加利亞等國(guó)引進(jìn)了不下40套的現(xiàn)代化溫室成套設(shè)備，雖然引進(jìn)的這些溫室設(shè)備技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進(jìn)，但在我國(guó)的使用過程中還存在著較為嚴(yán)重問題，主要是由于我國(guó)自然氣候的特點(diǎn)和引進(jìn)的設(shè)備不能相符合，導(dǎo)致設(shè)備不能發(fā)揮作用，加上設(shè)備的可改動(dòng)性不大，因而很難達(dá)到設(shè)備對(duì)溫室內(nèi)溫度、濕度等的合理控制。經(jīng)過多年來的研究和實(shí)驗(yàn)，我國(guó)的溫室大棚技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)形成了比較完整和全面的體系。但在某些方面還有欠缺和需要改進(jìn)地方，譬如說對(duì)溫室中溫度因子的控制水平、控制精度以及控制穩(wěn)定性方面都有待于進(jìn)一步的提高。 單片機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展應(yīng)用單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路以及定時(shí)器計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國(guó)際上逐漸采用微控制器代替單片微型計(jì)算機(jī)這一名稱?！拔⒖刂破鳌备芊从硢纹瑱C(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名稱已經(jīng)為國(guó)內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱。單片機(jī)的主要特點(diǎn)有：(1)具有優(yōu)異的性能價(jià)格比。(2)集成度高、體積小、可靠性高。(3)控制功能強(qiáng)。(4)低電壓，低功耗。單片機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域：由于單片機(jī)具有上述顯著的特點(diǎn)，因此，其應(yīng)用領(lǐng)域無(wú)所不至，在自動(dòng)化裝置、智能化儀器儀表和家用電器等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。其典型的應(yīng)用領(lǐng)域有工業(yè)控制，儀器儀表，電信技術(shù)，辦公自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，汽車和節(jié)能，制導(dǎo)和導(dǎo)航，商用產(chǎn)品，家用電器等。因此，在本課題設(shè)計(jì)的溫度測(cè)控系統(tǒng)中，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度的控制。 課題設(shè)計(jì)的目的及意義由于我國(guó)的溫室大棚產(chǎn)業(yè)起步比較晚，發(fā)展時(shí)間短，造成我國(guó)的溫室大棚技術(shù)水平比較低，現(xiàn)代化管理程度不高，溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)條件差等狀況。因此迫切需要在技術(shù)上進(jìn)一步的進(jìn)行改進(jìn)和提高。這種設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了溫度實(shí)時(shí)測(cè)量、顯示和控制。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，具有較高的測(cè)量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡(jiǎn)單方便，性價(jià)比高，可維護(hù)性好。這種溫度測(cè)控系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室大棚，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制，是一種比較智能、經(jīng)濟(jì)的方案，適于大力推廣，以便促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)，從而提高溫室大棚的畝產(chǎn)量，以帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。　課題研究的主要內(nèi)容及章節(jié)安排該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進(jìn)行采集，利用溫度傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度的變化，變換成電流的變化，再轉(zhuǎn)換為電壓變化輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制數(shù)字顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫度，同時(shí)通過比較，對(duì)大棚內(nèi)的溫度是否超過溫度限制進(jìn)行分析。如果超過我們預(yù)先設(shè)定的溫度限制，溫度報(bào)警系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)對(duì)大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。論文的具體章節(jié)安排如下：第1章緒論，介紹論文的研究背景和意義以及本論文的主要研究?jī)?nèi)容。第2章系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，主要介紹器件的選擇、工作原理和注意事項(xiàng)及系統(tǒng)原理圖。第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第4章系統(tǒng)的測(cè)試，完成對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)。最后給出了溫度控制系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果并進(jìn)行分析，同時(shí)提出了系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。溫度采集信號(hào)放大A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)存儲(chǔ)電路數(shù)碼管顯示越限報(bào)警按鍵電路 系統(tǒng)總體框圖2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 采集模塊設(shè)計(jì) 傳感器的選擇測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展主要大體經(jīng)過了三個(gè)階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)。模擬集成溫度傳感器/控制器。智能溫度傳感器。模擬集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上，可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測(cè)量溫度)、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。它是目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590，AD592等。模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)和可編程溫度控制器，某些增強(qiáng)型集成溫度控制器中還包含了A/D轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別。智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開始發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。智能溫度傳感器DS18B20正是朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器DS18B20作為溫度測(cè)量裝置己廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。方案的確定：方案一：采用智能溫度傳感器DS18B20采集數(shù)據(jù)。方案二：采用鉑電阻溫度傳感器PT100采集數(shù)據(jù)。 DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20的管腳DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝。UDDII/OGNDDS18B20I/OGNDNCNCDS DS18B2012132438