劉增林，竇艷芳，孟兆樂(lè)，汪 文，周 濤

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

0 引言

目前，水稻智能化集中浸種催芽技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各地農(nóng)業(yè)合作社和農(nóng)場(chǎng)的水稻催芽過(guò)程中,水稻浸種、催芽過(guò)程中溫度控制尤為關(guān)鍵?，F(xiàn)有的采用PT100金屬熱電阻的溫度傳感器，精度較低，電路較復(fù)雜，不能滿足現(xiàn)代化智能化催芽車間建設(shè)的需要。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于STM8單片機(jī)的催芽車間多路溫度采集器。測(cè)溫部分采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，顯示部分采用數(shù)碼管顯示，通訊部分采用485總線的MODBUS協(xié)議與上位機(jī)以及其他工業(yè)設(shè)備通信，為催芽車間溫度監(jiān)測(cè)提供一種系統(tǒng)的解決方案，提高水稻催芽生產(chǎn)過(guò)程中溫度控制的精確度與穩(wěn)定性，助力現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

1 系統(tǒng)方案選擇

多路溫度采集器主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、LED指示燈電路、數(shù)字溫度傳感器電路、數(shù)碼管顯示電路以及RS485通訊電路組成。多路溫度采集器可以實(shí)時(shí)檢測(cè)多點(diǎn)位的溫度并在數(shù)碼管上循環(huán)顯示，同時(shí)基于MODBUS協(xié)議和RS-485總線的通訊方式與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[1]。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)采用STM8S105K4T6單片機(jī)為核心控制器，其中包括電源供電電路，12MHz時(shí)鐘電路以及RST低電平復(fù)位電路。STM8S105K4T6單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如圖2所示[2]。

圖2 STM8S105K4T6單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖

2.2 LED狀態(tài)指示燈電路

指示燈電路采用兩個(gè)雙色LED進(jìn)行顯示，一個(gè)用來(lái)指示當(dāng)前的電源狀態(tài)，標(biāo)志供電電源的開(kāi)啟、關(guān)閉與異常狀態(tài)，另一個(gè)用來(lái)指示實(shí)時(shí)通訊狀態(tài)，標(biāo)志控制器當(dāng)前在上傳、下載以及未進(jìn)行通訊三種狀態(tài)，LED指示燈電路原理圖如圖3所示。

圖3 LED指示燈電路原理圖

2.3 DS18B20溫度傳感器電路

溫度傳感器電路采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，來(lái)采集催芽車間催芽箱內(nèi)不同點(diǎn)位的溫度值。溫度傳感器原理圖如圖4所示，采用單總線數(shù)據(jù)通訊模式，DATA端口為串行數(shù)據(jù)端口，連接到單片機(jī)的IO口，用于單片機(jī)和DS18B20之間的通信。DS18B20數(shù)字溫度傳感器相較PT100熱電阻傳感器來(lái)說(shuō)，有精度高、誤差小、電路簡(jiǎn)單、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，更適合應(yīng)用到催芽車間的測(cè)溫工作中[3]。

圖4 溫度傳感器原理圖

2.4 數(shù)碼管顯示電路

數(shù)碼管顯示電路一共采用五位數(shù)碼管，包括共陽(yáng)極的一位8段數(shù)碼管和共陽(yáng)極的四位8段數(shù)碼管，分別顯示測(cè)溫的點(diǎn)位以及實(shí)時(shí)的溫度值。數(shù)碼管顯示電路原理圖如圖5所示。

圖5 數(shù)碼管顯示電路原理圖

2.5 RS485通訊電路

RS485通訊是一種半雙工的通訊方式，兩線雙向傳送差分信號(hào),具有多點(diǎn)、雙向通信能力。RS485標(biāo)準(zhǔn)的傳輸距離可達(dá)到1000 m以上，傳輸速率可達(dá)到10 Mbps左右。適用于催芽車間內(nèi)多路溫度采集器與上位機(jī)的通訊過(guò)程。RS485通訊電路原理圖如圖6所示[4]。

圖6 RS485通訊電路原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序開(kāi)始先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，檢查硬件狀況，在設(shè)備成功啟動(dòng)以后，進(jìn)行多路溫度采集，將采集到的溫度進(jìn)行算法處理，最后通過(guò)數(shù)碼管來(lái)顯示，同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。主程序流程圖如圖7所示。

圖7 主程序流程圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

在催芽車間的40 m2的一個(gè)催芽池內(nèi)安裝此系統(tǒng)，對(duì)多路溫度采集器系統(tǒng)進(jìn)行整體測(cè)試。將多路溫度采集器系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與高精度的儀表測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，溫度誤差范圍在±0.5℃以內(nèi)，系統(tǒng)也比較穩(wěn)定。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果如表1所示[5]。

表1 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)論

基于STM8單片機(jī)，設(shè)計(jì)了催芽車間多路溫度采集器。根據(jù)系統(tǒng)性能的要求，搭建硬件電路設(shè)計(jì)以及軟件編寫程序控制。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)測(cè)試，采集數(shù)據(jù)精度達(dá)到要求，系統(tǒng)可用在催芽車間水稻種子催芽生產(chǎn)過(guò)程中，穩(wěn)定可靠。下一步將繼續(xù)深入研究，推廣到其他的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中。