孟凡超

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.鄭州市電子信息工程學(xué)校，河南 鄭州 450007）

依據(jù)單片機(jī)設(shè)計(jì)的溫度濕度控制系統(tǒng)分析

孟凡超

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.鄭州市電子信息工程學(xué)校，河南 鄭州 450007）

隨著國(guó)家新興農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，整個(gè)農(nóng)業(yè)活動(dòng)中的科技含量逐漸增加.而溫室作為高科技農(nóng)業(yè)中的重要組成部分，對(duì)整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的推動(dòng)力逐漸增加.據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表示，我國(guó)國(guó)產(chǎn)溫室如今正以每年180萬(wàn)公頃的面積飛速發(fā)展.在溫室的發(fā)展過程中，整個(gè)溫室溫度和濕度的合理控制能夠有效提高溫室作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，提高資源的利用效率和質(zhì)量.伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，關(guān)于溫室溫度濕度管理方面的研究也逐漸形成了一定的體系.長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)國(guó)產(chǎn)溫室中關(guān)于溫度濕度的控制系統(tǒng)科技含量較低，管理混亂，因此，在引入單片機(jī)設(shè)計(jì)下的溫度濕度控制系統(tǒng)能夠轉(zhuǎn)化形成智能型控制系統(tǒng)，通過智能系統(tǒng)和程序來(lái)管理溫室的溫度和濕度.本文擬從單片機(jī)的作用入手，引入溫度濕度控制系統(tǒng)的操作模型，進(jìn)而闡述其工作原理和改進(jìn)之處，從而推動(dòng)這一研究及早進(jìn)入實(shí)用化.

單片機(jī)；溫度濕度管理；控制系統(tǒng)

隨著信息化不斷推進(jìn)，科技水平的不斷提高，在生產(chǎn)過程中對(duì)生產(chǎn)設(shè)施的要求逐漸提高，性能極高的設(shè)備逐漸成為生產(chǎn)過程中的重要工具.而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，尤其是溫室生產(chǎn)環(huán)境，對(duì)濕度和溫度的控制要求很高.以往，溫度濕度控制系統(tǒng)都是人為控制，通過儀器測(cè)量、固定記錄等方式來(lái)記錄環(huán)境空氣中溫度和濕度信息，這種科技含量低的檢測(cè)方式在時(shí)效上無(wú)法做到有效反饋，同時(shí)其準(zhǔn)確性和科學(xué)性又大大降低，在具體生產(chǎn)中，往往還會(huì)產(chǎn)生一定的科學(xué)事故.而單片機(jī)的引入，能夠有效改善溫度濕度控制系統(tǒng).

1 單片機(jī)的定義和作用

單片機(jī)是一種集成電路芯片，通過使用電路技術(shù)將CPU、RAM、ROM和定時(shí)器以及驅(qū)動(dòng)電路、模擬多路轉(zhuǎn)化器等集成在硅片上的一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng).單片機(jī)目前被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活.由于單片機(jī)在溫度檢測(cè)、信息存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)控制方面有著極強(qiáng)的作用，同時(shí)利用單片機(jī)能夠確保整個(gè)過程的科學(xué)性和準(zhǔn)確性.

單片機(jī)可以通過按鍵編程自行設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)參數(shù)，從而確保了整個(gè)過程的科學(xué)性.單片機(jī)體積小，制造成本低廉，同時(shí)只要需要操作控制系統(tǒng)，都能形成有效產(chǎn)品.在應(yīng)用中，單片機(jī)控制功能強(qiáng)，同時(shí)能夠接收和發(fā)布處理指令.從而實(shí)現(xiàn)多機(jī)控制和分布式控制.因?yàn)閱纹瑱C(jī)有著極強(qiáng)的抗干擾能力，且可靠性高，所以在生產(chǎn)生活中，經(jīng)常使用單片機(jī)制作操作系統(tǒng).在溫室使用過程中，溫度和濕度是兩個(gè)最重要的生產(chǎn)因素，溫度和濕度的檢測(cè)需要較多數(shù)量的檢測(cè)儀器，而整個(gè)儀器基本分布于各個(gè)地方，在數(shù)據(jù)搜集和整理上單片機(jī)的使用也恰好滿足需要.依據(jù)單片機(jī)設(shè)計(jì)的溫度濕度控制系統(tǒng)可以有效收集數(shù)據(jù)、及時(shí)科學(xué)的進(jìn)行分析，且成本低廉，系統(tǒng)整體性價(jià)比較高.

2 基于單片機(jī)基礎(chǔ)之上的溫度濕度控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及內(nèi)容和工作原理

為有效檢測(cè)溫室濕度和溫度情況，確保溫度濕度控制系統(tǒng)符合實(shí)際應(yīng)用.本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用INTEL生產(chǎn)的8051單芯片微控制器.作為MCS單芯片的一種，8051芯片有著同步式的順序系統(tǒng)，而且這一系統(tǒng)的工作完全依賴于時(shí)脈信號(hào)，通過內(nèi)建始終產(chǎn)生器，在應(yīng)用中只要保證其他震蕩子和電容，就能夠讓系統(tǒng)產(chǎn)生同步信號(hào).

2.1 溫度濕度控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案將依據(jù)8051芯片設(shè)置.通過對(duì)各分部點(diǎn)采集器對(duì)溫度和濕度進(jìn)行采集，進(jìn)而將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器中進(jìn)行分析，且根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置一定參數(shù)，而當(dāng)檢測(cè)數(shù)值超過這一參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出一定提醒，從而進(jìn)行人工干預(yù).通過集成開發(fā)環(huán)境將程序的編輯、處理數(shù)據(jù)、鏈接、調(diào)試以及轉(zhuǎn)化處理等功能為一體，經(jīng)過功能合理分配，整個(gè)系統(tǒng)控制更加有效.

2.2 溫度濕度控制系統(tǒng)的功能與內(nèi)容

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案通過設(shè)計(jì)溫度濕度控制器來(lái)對(duì)溫室內(nèi)部的溫度和濕度進(jìn)行檢測(cè)和數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析.該設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，整體是一個(gè)完整系統(tǒng)，而整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程是獨(dú)立的.在數(shù)據(jù)收集、分析之后，當(dāng)超過預(yù)定參數(shù)時(shí)，將發(fā)出預(yù)警提醒，從而可以有效解決問題.溫度濕度系統(tǒng)的具體系統(tǒng)要求如下：首先，工作環(huán)境應(yīng)選擇溫室，其次溫度測(cè)量誤差在0.5℃作用，而測(cè)溫范圍應(yīng)不低于0℃，不高于55℃，在濕度測(cè)量上，誤差應(yīng)該在2.5%RH以內(nèi)，同時(shí)濕度范圍在0～100%RH之間，也要設(shè)置溫濕度報(bào)警系統(tǒng).從檢測(cè)環(huán)境到檢測(cè)數(shù)據(jù)直至預(yù)警系統(tǒng)都要涉及.

2.3 溫度濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

針對(duì)溫度濕度這一控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過程中有許多影響和制約因素，而設(shè)計(jì)原則中首先要考慮產(chǎn)品的科學(xué)性和可靠性，需要在預(yù)定時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)檢測(cè)，要具備自我診斷功能，在電路板的設(shè)計(jì)過程中，要合理的分布.整個(gè)過程中，要注意成本控制，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素.要更多運(yùn)用軟件，降低成本消耗，采用性價(jià)比更為合適的硬件設(shè)備.整個(gè)溫度濕度控制系統(tǒng)需要保障一下功能實(shí)施，首先要合適處理溫度、濕度參數(shù)，其次要對(duì)數(shù)據(jù)有效處理、有效存儲(chǔ)，最后要有獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，同時(shí)還要能夠確保具備一個(gè)處理能力強(qiáng)、可靠性高的系統(tǒng)處理器.本系統(tǒng)是基于Intel8051單片機(jī)設(shè)置的，這一系統(tǒng)需要具備溫度采集模塊、濕度采集模塊、計(jì)時(shí)模塊、存儲(chǔ)記憶模塊、報(bào)警預(yù)警系統(tǒng)等功能措施.

2.4 溫度濕度控制系統(tǒng)的工作原理簡(jiǎn)介

整個(gè)溫度濕度控制系統(tǒng)以單片機(jī)為中樞機(jī)構(gòu)，通過對(duì)溫度和濕度的具體測(cè)量，結(jié)合通信技術(shù)的測(cè)控技術(shù)、預(yù)警提醒，以傳感器作為測(cè)量元件，構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的基本過程.在整個(gè)過程中始終以Intel8051作為核心，使用線路傳輸溫度濕度傳感器所采集的內(nèi)容，還要把采集的數(shù)據(jù)顯示在一定的數(shù)據(jù)顯示器上，Intel8051作為核心處理模塊，在整個(gè)過程中要起到統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)作用，結(jié)合預(yù)定參數(shù)，形成一定的預(yù)警系統(tǒng)，保障整個(gè)溫室的正常運(yùn)作.

3 溫度濕度控制系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)方案及內(nèi)容

3.1 硬件設(shè)置方案

Intel8051單片機(jī)設(shè)計(jì)了相關(guān)振蕩頻率，同時(shí)通過控制系統(tǒng)設(shè)置節(jié)能模式，在節(jié)能模式下，處理器可以暫時(shí)停止工作，而存儲(chǔ)管理器定時(shí)記錄數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)、繼續(xù)工作.而性價(jià)比極高的Intel8051單片機(jī)可以作為整個(gè)系統(tǒng)的控制器.在溫度濕度控制系統(tǒng)中，各組成部分的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都依據(jù)時(shí)間點(diǎn)，穩(wěn)定工作，而時(shí)間點(diǎn)的頻率將直接影響單片機(jī)的穩(wěn)定性和速度.復(fù)位電路復(fù)位作為單片機(jī)的初始操作，只用復(fù)位引腳加上一定的機(jī)器周期，就可以是單片機(jī)復(fù)位.而復(fù)位這一過程經(jīng)常采用自動(dòng)復(fù)位和按鈕控制復(fù)位兩種方式.在這一過程中需要充分保障電容的充電過程和時(shí)間.關(guān)于傳感器，要使用AD2351數(shù)字溫濕度傳感.整個(gè)傳感器設(shè)計(jì)要使用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和傳感技術(shù).在這一過程中要保障感濕元件和側(cè)溫設(shè)施有效運(yùn)轉(zhuǎn)，校準(zhǔn)系統(tǒng)通過一定的程序形式，使得整個(gè)系統(tǒng)集成更為簡(jiǎn)單快捷.在系統(tǒng)設(shè)置中我們要充分建立一定的預(yù)警系統(tǒng)，通過固定參數(shù)的設(shè)置，當(dāng)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)不符合這一要求時(shí)，要給與一定的警示.最后，在這一過程中要有一定的顯示模塊，通過電壓對(duì)顯示區(qū)域進(jìn)行控制，在這一過程中基本不需要人工干預(yù)，只要在合適的狀態(tài)下，都能確保數(shù)據(jù)采集有效及時(shí)，同時(shí)還要及時(shí)分析，從而確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好運(yùn)作.

3.2 軟件設(shè)置方案

溫度和濕度檢測(cè)過程中最重要的一部分就是將溫度和濕度的測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)字.這是整個(gè)系統(tǒng)中最重要的，只有經(jīng)過單片機(jī)的處理，才能確保溫度和濕度數(shù)據(jù)采集的精確性，而精確性又關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)與預(yù)警.通過采用AD2351傳感器的使用可以有效確保整個(gè)系統(tǒng)良性、合理運(yùn)轉(zhuǎn).在軟件設(shè)置方案中，Intel8051首先完成對(duì)串口等各項(xiàng)組成部分的初始化工作，然后讀取AD2351的數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時(shí)依據(jù)設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行考核，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時(shí)，要重新讀取數(shù)據(jù).主機(jī)發(fā)出信號(hào)后，要連續(xù)接收傳感器的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù).在軟件方面，溫度和濕度的判斷預(yù)警體系是判斷整個(gè)系統(tǒng)是否合理的重要組成部分，判斷與預(yù)警體系通過對(duì)當(dāng)前溫室內(nèi)部實(shí)際溫度和濕度與要求的濕度和溫度范圍進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而進(jìn)行判斷，然后再進(jìn)行控制.控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的中樞機(jī)構(gòu)，當(dāng)溫度和濕度較高時(shí)，要及時(shí)做下降處理，而當(dāng)溫度和濕度低于下限時(shí)，要及時(shí)增加.當(dāng)差別范圍過大時(shí)，要及時(shí)啟動(dòng)預(yù)報(bào)，且引入人為控制.而關(guān)于溫度和濕度判斷控制系統(tǒng)程序的整體設(shè)計(jì)流程如圖1所示.

圖1 溫度和濕度控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)流程

4 結(jié)語(yǔ)

基于INTEL8051的溫濕度控制系統(tǒng)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，溫濕度偏差小，精準(zhǔn)度和科學(xué)性更高，在整個(gè)運(yùn)作過程中，運(yùn)行平穩(wěn)無(wú)差錯(cuò).而顯示中通過使用LCD設(shè)施，讀數(shù)更加便捷.面對(duì)國(guó)內(nèi)外溫度和濕度檢測(cè)使用的檢測(cè)設(shè)施逐漸增多和應(yīng)用范圍更廣這一局面，我們要僅僅結(jié)合單片機(jī)和集成電路技術(shù)不斷提高的水平，形成性能更加穩(wěn)定、結(jié)果更加準(zhǔn)確等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).科技含量的不斷增加，信息化產(chǎn)業(yè)的不斷推進(jìn)，人們生活水平的不斷提高，就需要我們充分利用科技服務(wù)人民，為人民帶來(lái)更多收益.在溫室生產(chǎn)中，溫度和濕度的要求更加嚴(yán)格，基于單片機(jī)的溫濕度監(jiān)測(cè)控制設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過對(duì)環(huán)境的溫濕度檢測(cè)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，從而確保結(jié)果的科學(xué)性和參考性.采用高性能的控制芯片INTEL8051，高精度數(shù)字溫濕度傳感器AD2351.向板塊化、快速化、智能化的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)靠近.理論只有應(yīng)用實(shí)踐才能得到檢驗(yàn)，通讀對(duì)溫室溫度和濕度的有效改革，能夠?yàn)闇厥易魑锷L(zhǎng)提供更加便利的環(huán)境，而這也有良好的發(fā)展前景.

〔1〕趙鴻圖．基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．微計(jì)算機(jī)信息，2010（4）：12-14.

〔2〕易順明，趙海蘭，袁然．基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．現(xiàn)代電子技術(shù)，2011（7）：17-19.

〔3〕張毅剛．單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］．北京：高等教育出版社, 2013.12-15.

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