程 全,樊 宇,趙 宇

基于單片機(jī)的溫光自動控制系統(tǒng)設(shè)計

程 全1,樊 宇1,趙 宇2

(1.周口師范學(xué)院物理與電子工程系,河南周口466001;
2.周口師范學(xué)院計算機(jī)科學(xué)系,河南周口466001)

針對溫室中溫光控制的特點,提出了一種應(yīng)用無線通訊技術(shù)實現(xiàn)溫室的溫光控制方案.結(jié)合工程實踐,詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的工作原理并對硬件及軟件的設(shè)計進(jìn)行了分析.

單片機(jī) ;PT2272;PT2262

農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化,有力地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)設(shè)施的發(fā)展.但是,應(yīng)該看到,目前我國除一些蔬菜設(shè)施外,一般都是因地制宜、就地取材建立的簡易保護(hù)設(shè)施,抵御自然災(zāi)害的能力和耐久性差,在低溫、霜凍、高溫期間栽培作物常受傷害,安全性、增產(chǎn)、增收的穩(wěn)定性得不到保障.設(shè)施內(nèi)作業(yè)以手工為主,一些自動化、機(jī)械化、智能化環(huán)境調(diào)控技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)沒有普及,工作效率低,作業(yè)環(huán)境差,產(chǎn)量水平低,產(chǎn)品質(zhì)量滿足不了市場的需求.在園藝設(shè)施、裝備及栽培技術(shù)的研究開發(fā)方面,特別是工廠化高效農(nóng)業(yè)設(shè)施技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距.

隨著電子技術(shù)、傳感技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展,無線與有線傳輸設(shè)備的普及,控制芯片、降溫與控光設(shè)備可靠性的提高,完全可以實現(xiàn)蔬菜溫室、花房等對溫光要求較嚴(yán)格的場所對溫光控制的自動運(yùn)行.

1 系統(tǒng)介紹

目前,溫光控制系統(tǒng)多采用有線傳輸方式,雖然抗干擾能力強(qiáng),但是成本高,且控制距離有限,不易靈活設(shè)置.無線傳輸經(jīng)過多年的發(fā)展,已經(jīng)具備良好的發(fā)射和接收性能,抗干擾能力顯著提高.同時,它還具有靈活性強(qiáng),不易受地域限制,便于靈活設(shè)置與安裝等特點.通過對電路優(yōu)化設(shè)計,便可有效提高系統(tǒng)抗干擾能力和傳輸距離.

溫光控制系統(tǒng)采用不同功能的傳感器探測頭,準(zhǔn)確采集室內(nèi)溫度和室內(nèi)光線等參數(shù).把這些參數(shù)通過編碼芯片、射頻發(fā)射模塊、射頻接收模塊和解碼芯片后傳給單片機(jī),在對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和智能化處理后,根據(jù)作物生長所需最佳條件,由計算機(jī)智能系統(tǒng)發(fā)出指令,使有關(guān)系統(tǒng)、裝置及設(shè)備有規(guī)律運(yùn)作,將室內(nèi)溫、光等諸因素綜合協(xié)調(diào)到最佳狀態(tài).

1.1 電路組成

為了實現(xiàn)溫室溫光控制的自動控制,該系統(tǒng)采用LM335溫度傳感器與光敏電阻進(jìn)行溫度和光線的數(shù)據(jù)采集.當(dāng)溫度或光線高于設(shè)定數(shù)值上限時,通過OP-07將溫度傳感器或光電傳感器的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號,控制PT2262編碼器編碼產(chǎn)生觸發(fā)報警信號,經(jīng)由射頻發(fā)射模塊加載放大轉(zhuǎn)換后將信號發(fā)出.射頻接收模塊接收到信號后將其傳給解碼器解碼,由單片機(jī)控制系統(tǒng)AT89C2051對解碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行識別,驅(qū)動LED指示燈進(jìn)行報警,并自動控制觸發(fā)器或光電耦合器接通設(shè)備電路,使電動窗、排風(fēng)扇和空調(diào)設(shè)備進(jìn)行工作,把溫度和光線始終保持在設(shè)定的數(shù)值范圍.

1.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

信息采集發(fā)射模塊主要是對信號進(jìn)行采集,使其轉(zhuǎn)換成可用信號并將其發(fā)送出去,主要由溫度傳感器、光電傳感器、信號傳感器、編碼器、調(diào)制器、發(fā)射器、振蕩器七部分組成.

接收控制模塊主要完成信息的接收并把接收的信息通過CPU進(jìn)行比較分析,然后根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出控制指令,完成對溫度和光線的控制.該模塊主要由信息接收控制器、數(shù)據(jù)解碼器、單片機(jī)控制系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)、開關(guān)窗系統(tǒng)、降溫報警顯示器、開光窗報警顯示器等幾部分組成.

為了使LM335滿足用戶設(shè)定的溫度要求,在其1腳端連接一個滑動變阻器 R1作基準(zhǔn)調(diào)節(jié)電阻,在2腳接 R2作調(diào)節(jié)電阻,利用V=得出所設(shè)定的溫度,如設(shè)定溫度為10℃時,將 R1設(shè)定不變,調(diào)節(jié) Rw的阻值.當(dāng)用電壓表測的OP-07的輸出端電壓為0 V,既表示基準(zhǔn)電壓已調(diào)好.如果溫度高于10℃時,LM335電阻減少,電流升高,電壓升高,此時電壓V1>V2,輸出低電平;反之,低于10℃時,LM335電阻升高,電流減少,電壓降低,V1

硫化鎘光敏電阻器是由半導(dǎo)體材料制成的.光敏電阻器的阻值隨入射光線(可見光)的強(qiáng)弱變化而變化,在黑暗條件下,它的阻值(暗阻)可達(dá)1～10 MΩ;在強(qiáng)光條件(100 LX)下,它的阻值(亮阻)僅有幾百至數(shù)千歐姆.光敏電阻器對光的敏感性(即光譜特性)與人眼對可見光(0.4～0.76μm)的響應(yīng)很接近,只要人眼可以感覺到的光都會引起它的阻值變化.

PT2272和PT2262是18腳雙列直插式編解碼IC,具有很強(qiáng)的抗干擾能力、功耗低、工作電壓范圍寬(3～15 V)等特點.除地址編碼必須完全一致外,振蕩電阻還必須匹配,否則接收距離會變近甚至無法接收.

2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)程序主要包括主程序、數(shù)據(jù)接收程序、數(shù)據(jù)處理程序及控制程序,系統(tǒng)中把 P1.3和 P1.4引腳分別作為光線監(jiān)測和溫度檢測的信號輸入端來使用,程序中開窗和開空調(diào)的時間可根據(jù)受控面積的大小來進(jìn)行調(diào)節(jié).下面給出系統(tǒng)部分原程序以供參考.

3 結(jié)論

主要利用傳感技術(shù)對溫光信號進(jìn)行采集,然后利用編/解碼器對信號進(jìn)行編/解碼,再利用嵌入式系統(tǒng)對信號進(jìn)行分析判斷,控制受控電路實現(xiàn)無線傳輸和智能化控制.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,成本低,精度高,穩(wěn)定可靠,溫光特性曲線滿足各項指標(biāo)的要求.若采用不同的傳感單元,可廣泛應(yīng)用于溫度、濕度、光照等控制場合,實現(xiàn)模塊化應(yīng)用,具有廣闊的市場前景和發(fā)展前途.

[1]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999:172-191.

[2]李華.MCS-51系列單片機(jī)實用接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999:499-553.

[3]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2003:71-126.

[4]李朝青.PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001:201-230.

Design of temperature and light auto-control system based on microcontroller

CHENG Quan1,FAN Yu1,ZHAO Yu2
(1.Department of Physics and Electronic Engineering,Zhoukou Normal University,Zhoukou 466000; 2.Department of Computer Science,Zhoukou Normal University,Zhoukou 466000,China)

In view of greenhouse in warm and light control characteristic,proposed one kind of application wireless communication technology realizing the greenhouse warm and light control plan.In the article unified the project practice to elaborate in detail the system principle of work and has carried on the analysis and the introduction to the hardware and software design.

mecrocontruler;PT2272;PT2262

TN4

A

1671-9476(2010)05-0054-03

2010-03-16

河南省高等學(xué)校青年骨干教師資助計劃項目(2009GGJS-118)

程 全(1978-),男,河南沈丘人,講師,碩士,主要從事通信技術(shù)研究.