基于单片机AT89S52的蔬菜塑料大棚恒温控制系统

黎运宇，孔德荣

（广西民族师范学院物理与电子工程系，广西崇左532200）

基于单片机AT89S52的蔬菜塑料大棚恒温控制系统

黎运宇，孔德荣

（广西民族师范学院物理与电子工程系，广西崇左532200）

基于AT89S52单片机和ds18b20数字温度传感器设计蔬菜塑料大棚的恒温控制系统。蔬菜大棚恒温控制系统包括单片机控制模块，温度采集测试模块，按键温度设置模块，温度显示模块，电源模块和温度显示模块。系统控制程序主要由单片机的主控程序，键盘输入的温度设置程序，继电器控制程序组成。

蔬菜大棚；恒温控制；单片机；温度传感器

现代的温室蔬菜大棚蔬菜生产过程中最重要的环节就是对蔬菜的生长环境的一些重要数据的采集和控制。中国幅员辽阔，气候变化多样，利用塑料大棚恒温对进行蔬菜的栽培种植，对缓解季节性蔬菜的供求矛盾有重要作用，并且可以从中获得巨大的经济利益。目前，蔬菜温室大棚的种植虽然也安装有锅炉、电加热各种加热的设备，但是进行加热主要还是靠种植者的经验来进行的，这样加热没有达到度温度的准确控制，没有达到蔬菜生长的最适合温度。为了达到对蔬菜大棚内的温度比较精确地控制，设计了温度控制系统以AT89S52单片机为控制的主要核心，利用数字温度传感器（DS18B20）对温室蔬菜大棚内的空气温度进行实时的采集并且通过加热器对温度进行控制，以实现对蔬菜大棚内的温度调节。

一、系统概述

设计的温度控制系统是由单片机AT89S52、继电器、按键系统、数字温度传感器DS18B20、LED显示器和一些小的电器元器件组成的电路。通过对单片机输入程序从而达到控制加热器对外部空气进行加热，调节温度保持在一定的范围内，以满足蔬菜对气温的要求。

（一）温度控制系统设计方案

制作蔬菜塑料大棚保温控制系统，为了方便在proteus软件中进行仿真，选用AT89S52单片机，辅以4个LED组成显示模块用于显示温度，数字温度传感器DS18B20模块用于采集外部的温度并反馈给单片机，3个按键组成的按键输入模块用于设置控制温度的最高上限和最低下限，继电器模块用于控制电源的接通或断开，控制加热器工作或停止，从而构成蔬菜塑料大棚保温控制系统[1]57-70。设计的蔬菜大棚很稳控制系统是以AT89S52单片机为核心，辅以数字温度传感器DS18B20模块、温度显示模块和按键输入模块等设备，可以对蔬菜大棚内的温度进行实时采集，并且显示和控制[2]152-166。设计的系统可根据大棚内蔬菜对气温的要求来设置温度，从而适应各种的蔬菜所需要的不同温度需求。如图1所示为设计的系统的框架图。

使用按键模块对蔬菜大棚内的最高温度和最低温度进行设置；温度采集模块数字温度传感器DS18B20对蔬菜大棚内的温度进行实时的采集，并对温度传感器DS18B20采集到的温度进行数字化处理，在温度显示模块中实时显示出来；单片机控制模块通过开关器件对加热器进行实时控制，达到对温度的调控。

（二）温度控制系统

温度控制系统把大棚内的温度控制在适合棚内蔬菜的生长温度范围内，使蔬菜得到比较好的生长环境。

1.数字温度传感器

DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的单总线器件，具有线路简单，体积小的优点，用它组成的一个测温系统，可以在一根通信线上挂多个数字温度计。DS18B20具有的特点是（1）只需一个端口即可实现通信，内部的每个器件上有唯一的序列号；（2）使用中不需要外部元器件便能实现测温，测量温度范围在-55℃到+125℃之间；（3）数字温度计可以从9位到12位选择分辨率用户且能实现温度上、下限告警设置。

2.AT89S52单片机

单片机具有体积小，耗电量低，价格便宜和抗干扰能力强等特点，非常适用于监测控制系统，智能仪器等方面。使用其单片机是为了构成一个具有收集、判断、存储、计算、显示和控制等功能的智能监测控制系统[3]90-108。52系列单片机能够兼容的围芯片较多，是一种低电压，高性能CMOS8位单片机的典型产品，并且AT89S52单片机具有较高的性价比，此保温控制系统采用的是ATMEL公司生产的AT89S52单片机作为保温系统的控制器。

3.加热器

系统选择的加热器是常见的吹风机作为加热器使用。吹风机作为加热器可以使得热量在大棚内可以得到很好扩散，可使得大棚内的温度升高的时候比较均衡。选择使用吹风机作系统的加热器，吹风机的出气口温度比较高，不可以靠近种植物。

（三）系统的工作原理

恒温控制系统的工作原理是：通过键盘K1、K2、K3对系统输入需要的最高和最低温度值，由数字温度传感器DS18B20对外界的温度进行实时的检测并通过显示模块LED实时显示出来，当数字温度传感器DS18B20测试外界温度小于设置的最低温度的时候就会反馈到单片机，单片机就对继电器输出通电的指令，使得加热器通电对大棚内的空气进行加热，当数字温度传感器DS18B20测试到外界的温度到输入的最高温度的时候反馈回到单片机，单片机又对继电器输出断电的指令，加热器停止进行加热[4]155-172。不断反复循环，从而达到对蔬菜大棚恒温的控制。

二、硬件设计

（一）温度环境调控系统

保温控制系统单片机，LED显示模块，温度传感器模块，按键模块以及继电器模块构成[5]。系统通过键盘模块设定控制温度的最高上限值和最低下限值，由数字温度传感器测量外界大棚内的温度并反馈回单片机，单片机再根据温度传感器测试到的温度来控制继电器开关的接通和断开，控制加热器工作状态。

（二）电路图设计

蔬菜大棚恒温控制系统的电路图如图2所示，图中除了加热器外包含了单片机控制模块，温度采集测试模块，按键温度设置模块，温度显示模块，电源模块和温度显示模块。其中电源模块中有2种电路板供电的方式：第一种是USB线直接供电，用USB线接到手机充电器上就可以直接给系统电路板供电，充电器的输入电压为220V，而输出电压为5-10V；第二种就是USB旁边设置2根电源针，这2根针就是外接电源接线柱，但外接电源必须经过变压器把电压降为5-10V之间，这样才能使系统的功能可以正常使用[6]82-90。

1.控制系统主电路图

恒温控制系统的主电路图为AT89S52单片机的电路图。单片机的电源引脚是40电源接口，引脚20是接地接口；引脚10连接的是数字温度传感器DS18B20；引脚35、36、37分别连接的是键盘设置模块电路的K1、K2、K3按键的电路线；引脚21连接的是继电器的电路，使得单片机可以对继电器输出继电器通电和断电的指令；引脚24、25、26、27、32、33、34、35、36、37、38、39这些引脚是连接控制显示器模块连路的接口，单片机引脚9、31控制温度传感器DS18B20和继电器电源的电路接口。

2.控制系统其他部分的电路图

继电器部分的电路由一个10K的电阻，一个PNP型的三极管，11.0592MH的晶振和一个220V的零线插线板构成。选择11.0592MH晶振的原因是为了得到精确的通信波特率，串口通信的可靠性高，11.0592MH的晶振具有因为它能够准确地划分成时钟频率，能够及时接收单机的指令，并且可以和单片机只同步[7]105-125，使得系统能够实时的对蔬菜大棚内的温度进行比较精确的调控。

键盘控制模块电路由K1、K2、K3这个3个按键构成的。通过K1、K2、K3这个3个按键的组合可以对系统输入温度的最高上限和最低下限，大棚内的温度则保持在这个温度最高上限和最低下限值之间。

温度采集模块电路由一个数字温度传感器DS18B20元器件构成。它的功能是测量大棚内的温度并反馈给单片机，使得单片机可以根据温度的变化给继电器输出通电或断电的指令。

显示模块电路由4个LED模块构成。这个显示模块可以显示数字温度传感器DS18B20采集到的实时温度，还可以通过K1、K2、K3按键的不同组合的按法显示出设置温度的最高上限和最低下限值。

三、软件设计

（一）系统的I/O分布

图3为温度控制系统的工作I/O分布图。通过对系统的一些主要程序的设置和输入，可使系统能够很好地对大棚内的温度进行智能的温度控制。工作流程如下：

图3 系统的I/O分布图

当系统的电源模块接通电源后，电路开始工作，如果不需要重新设置温度的最高上限和最低下限值时，系统会默认是之前最后一次设置的值，如果需要重新设置温度的最高上限和最低下限值的话就只要通过键盘输入就可以了。显示模块会显示出大棚内的实时温度，当温度小于最低温度值的时候系统会控制继电器通电给加热器通电进行加热，当温度大于最高温度值的时候系统会控制继电器断电使得加热器停止加热。如此反复循环，使得蔬菜大棚内的温度在一定的范围内，从而达到了蔬菜大棚保温控制系统的实现。

（二）系统主程序

系统的主程序包含了单片机的主控程序，键盘的设置输入程序，继电器的通电与断电的程序。

1.键盘输入设置程序

键盘输入设置程序的主要作用就是实现通过K1键的按下的次数的不同和K2、K3键的组合来完成温度最高上限和最低下限值的设置，从而达到符合蔬菜大棚内种植的蔬菜对温度的要求。

2.继电器控制程序

继电器控制程序的作用是继电器的开关根据键盘模块设置的最高温度上限和最低温度下限值来控制加热器电路的导通与断开。当数字温度传感器DS18B20测试到外界的温度大于键盘设置的最高温度上限值的时候单片机就会控制继电器内的开关断开，从而使得加热器断电停止加热；当DS18B20测试到外界的温度小于键盘设置的最低温度下限值的时候单片机就会控制继电器内的开关导通，从而使得加热器开始工作加热。

3.温度控制程序

温度控制程序是数字温度传感器DS18B20的控制程序。程序控制数字温度传感器DS18B20测试蔬菜大棚内的温度并传递反馈到单片机内，DS18B20反馈回单片机的延迟时间是1微秒，单片机又DS18B20测试到的温度输出到显示模块LED上，这样就可以达到温度的实时测试和显示。

结语

基于单片机AT89S52的蔬菜大棚保温控制系统温度的调节速度快，可以根据自己的需要来设定所需要的温度范围值，能够适应不同蔬菜种植生长过程中对不同温度的要求。系统采用的数字温度传感器DS18B2因其的温度感应性能好，用它来组成一个测温模块，线路简单，用一根通信线就能实现反馈数据功能，应用中不用外接任何别的元器件即可实现温度测量。整机线路简单，体积小，成本低，具有非常优越的推广应用价值。

[1]张徐亮，张雅丽，朱万经．集成电路设计手册[M].北京：人民邮电出版社，2014.

[2]金凤莲．模拟电子技术基础实验及课程设计[M]．北京：清华大学出版社，2009.

[3]吴琼伟，谢龙汉．电路设计与制板[M].北京：清华大学出版社，2004.

[4]刘祖刚．模拟电子电路原理与设计基础[M].北京：机械工业出版社，2012.

[5]吴建辉．CMOS模拟集成电路分析与设计[M]．北京：电子工业出版社，2011.

[6]王冬霞.集成门电路应用电路设计[M].北京：清华大学出版，2013.

[7]张宪，张大鹏.电子电路实用手册——识读、制作、应用[M]．北京：化学工业出版社，2012.

责任编辑：李凡生

Study on a Constant-temperature Control System for a Vegetable Greenhouse Based on the Single-chip Microcomputer(AT89S52)

LI Yun-yu,KONG De-rong
(Department of Physics and Electronic Engineering,Guangxi Normal University,Guangxi Chongzuo,532200)

Based on the single-chip microcomputer(AT89S52)and digital temperature sensor(DS18B20)，this paper designs a constant-temperature control system for a Vegetable greenhouse,whose system concludes mange modules,such as single-chip microcomputer control module,temperature acquisition test module,key temperature setting module,temperature display module, power module,and temperature display module.The System control program is composed of master control program of MCU,the temperature of the keyboard input setup,relay control program.

vegetable greenhouse,constant-temperature controlling,single-chip microcomputer,temperature sensor

TP29

A

1674-8891（2016）03-0017-03

2016-03-10

2016年度广西高校中青年教师基础能力提升项目一般项目（编号：KY2016YB515）。

黎运宇（1974—），男，土家族，湖南张家界人，广西民族师范学院物理与电子工程系讲师，研究方向：机械电子工程、农业机械化。孔德荣（1989—），男，广西象州县人，北京电旗通讯技术服务股份公司南宁项目部技术员。