蔬菜大棚智能温度控制系统

文/王雪

智能温度控制系统设计难度比较大，一方面会因为系统的综合性与复杂性很强，其集成了多种软件技术，所以系统的温控功能很强，另一方面系统智能化要求比较高，相关人员还要从系统结构、模块等方面设计出发，使系统具有智能化特点。在系统设计中，相关人员设计内容主要有硬件、上位机以及下位机的相关软件等，在设计完毕，相关人员还要做好系统调试工作。本文主要针对蔬菜大棚智能温度控制系统进行研究。

1 蔬菜大棚智能温度控制系统硬件设计

智能温度控制系统在温控中，首先需要对蔬菜大棚的温度进行实时监测，如果温度不符合要求，系统会自行调控，使大棚永远保持恒温。在该过程中，会涉及到温度自动检测和自动控制系统，所以系统硬件设计要满足检测、控制功能。

1.1 系统硬件组成

硬件主要位于下位机，系统硬件主要包括温度传感装置、温度数值显示屏、单片机以及报警装置、电机。在该系统中，单片机处于核心地位，其主要接收温度传感装置交互的温度信息，信息主要呈现在显示屏中，报警装置也会接收该信息，如果报警装置发出警报，则证明温度不符合要求，与报警装置相连接的空调系统则会立即处于开启状态，如此大棚内部的温度便可以得到有效调控，大棚便可以一直保持恒温状态。

1.2 单片机

单片机主要选择AT89C51形式，单片机的功能核心主要体现在CPU设计中，该器件中的运算器会对控制算法进行计算，计算数据是控制器的参考依据。单片机的接口主要为I/O形式，该接口代表输入或输出端口，其对应的连接对象是唯一的。单片机功能发挥主要依靠最初编辑的程序，该程序主要存在于程序存储器中，单片机获取的所有数据则被有效纳入到数据存储器中。在单片机应用中，经常会遇到系统时延现象，相关人员可以利用定时器来控制时延，使系统及时有效。中断系统主要与CPU联系在一起，执行其指令，共同控制系统。单片机的电路形式主要采取复位电路形式，在智能化控制系统中，这种复位电路主要表现为自动复位，当然人工复位也是常见形式。单片机的引脚功能主要控制电源和输入输出线路。

1.3 数字温度传感器

数字温度传感装置主要为DS1820形式，这种传感装置通信功能强，其与I/O线连接起来，该条线便可以支持其与其他传感装置共同完成信息交互工作。在工作中，该装置直接可以将温度信息转化为数字信息传递到显示屏中，如果监测温度不在-55-+125℃范围内时，相关的报警温度便会传达给报警装置，报警装置会立即作出反应。温度传感器的存在，使得大棚内温度得到量化分析。温度转化的数据主要被写入RAM存储器中。此外该装置内部结构中还具有64位激光只读存贮器。该种装置在感应温度时，主要参考计数脉冲振荡器在门电路中的顺利程度，如果整个过程比较顺利，则证明温度低，反之温度则高。

1.4 LCD1602简介

显示屏内部的控制器需要控制多种项目，其在完成指令时，也需要在高度控制环境中操作，所以其内部的可编程控制命令很多，共计11个，这些指令可用在屏幕数值清除、光标返回以及显示开关控制等方面。

1.5 报警电路

报警电路主要连接报警装置，该电路可以通过警笛判断线路的安全状态，如果报警装置一直发出声响，则证明线路还未完全断开。

1.6 串口通信标准

串口通信是指各种器件通过串口连接在一起，实现信息交互功能，针对该项功能，相关人员还要设计串口通信标准，一般采取RS-232C为串行通信标准。其在系统中也是连接端口，主要作为两个通信装置的信息交互通道。在利用该种标准时，相关人员还要明确其电气特性。在串口通信中，相关人员要将下位机硬件系统与上位机的测控系统联系起来，以达到两者之间的指令信息传递反馈目的，特定通信协议可以使两者之间的信息交互更加方便有效。在串口通信中，还会应用到VSPD软件，该软件兼容性较强，其功能与COM端口类似，所以其能有效连接所有信号线。该软件具有虚拟性特点，其存在的两个串口可以分别与上下位机联系起来。

2 下位机软件设计

2.1 主程序设计

在主程序设计中，相关人员需要设计四种模块，温度测量模块、数值显示模块、电机调控模块以及报警模块。相关人员要根据四种功能模块的功能要求与特点等，编辑相关的语言程序。

2.2 读取温度设计

温度读取装置会与单总线串联在一起，单总线会向其传递相关电流，装置还会与高信号线建立联系，从中获取能量，当电路处于低信号状态时，系统会中断通电，电平恢复常态，电源才会联通系统。装置在读取温度时，还会借助外部5V电源的电能。在用C语言编写温度数据读取程序时，还要对读取时间进行限制，使装置的各个读取指令能在固定时间内完成。在温度测量读取中，会出现整数和小数，相关人员要在温度处理流程中，将小数部分整数化。仪器获取的温度为代码形式，相关人员要将其转化为实际的温度数值。温度可以精确到0.1℃。

2.3 液晶显示器LCD1602

该装置属于温度显示系统的一部分，其显示部分主要为字符或数字等，字符在显示过程中，并不会形成图形形式，因为字符上下、左右均有间隔。

2.4 电机的控制

电机控制模块很重要，在智能温度控制系统中，电机运行速率的转变意味着温度调控变化，相关人员还要规定电机运行温度。28℃可以作为温度界限，界限以下，电机处于非运行状态，超过该界限，电机的占空比数值会加大，电机会处于运行状态，当温度高到一定程度时，电机运行会处于平衡状态，电机控制力度会加大。

2.5 报警器的启动

报警器要准确启动，系统才能达到智能控温目的。所以报警器的启动设计也很重要，相关人员要设计报警温度，一般选择28℃为界限，超过该界限，报警装置会启动，发出蜂鸣。还要设计警声控制主程序，在主程序中，不仅要设置报警信号，还要设置频率。

2.6 串口通信模块

在串口通信模块设计中，相关人员主要对线路类型进行确定，对连接形式进行设计，该模块选择的线路主要有TXD、RXD、GND三种，前两者主要为交联关系，后者选择直连形式。这三种线路可构成串口，完成信息交互任务，所以不需要连接其他的信号线路。

3 上位机测控系统软件系统

3.1 总体要求

上位机测控系统软件在温度测量控制中起着重要作用，相关人员在设计该软件时，还要按照温度智能测控要求，确定系统结构。相关人员还要选择合适的设计方法，RUP面向对象设计法可以满足系统软件设计的总体要求。软件开发不仅要满足系统的功能要求，还要满足开发平台要求，即软件能与运行平台相匹配，如此软件才能得到有效运行和利用。软件要满足兼容性要求，如此其与平台中的数据库管理系统以及操作系统才能相适应。在编写开发程序时，相关人员一般选择Matlab工具进行编写。

3.2 软件开发

软件开发要满足规范化要求，还需要按照正常的流程进行，在正式开发中，相关人员需要做好软件开发需求分析工作，基于此，作出初步设计，在纠偏找茬中，相关人员还要做好详细设计。最后将设计内容转化为代码，编制相关程序。在需求分析中，相关人员要考虑到蔬菜大棚在不同季节、不同时间段对温度的需求情况，然后确定每个季节或每个时间段的标准温度，将其作为控制参考，以保证实际温度控制的精确度。上位机系统软件设计主要是为了代替传统人工测温控温方式，因为上位机可以直接呈现实时温度数值，并储存相关的温度数据，作为操作人员的参考依据。在上位机部分设计中，相关的软件系统主要满足包括五大模块，分别是串行通信、数据显示、历史数据储存及趋势显示、数据查询、标准参数修改模块，这五大模块各自发挥功能，使大棚的温度得到有效调控。

3.3 上位机测控功能

在上位机测控功能发挥中，上位机还要对相关的温度数据进行分析处理。温度数据可来自下位机或其他系统结构，这些数据最终会被录入数据库中。相关人员可观察这些数据的趋势图，从中找到温度变化规律，从而确定标准温度，并在温度调控模块中，修改标准温度参数。该系统中的数据库不是唯一的，其功能比较强大，覆盖了整个智能温控系统的所有数据，所以其设计文件数量不止一个，而是十个。相关人员所修改的历史标准温度数值都会被储存在标准值表中，相关人员可从温度信息表中，随时获得传感装置测得的实时温度，以检查大棚是否处于恒温状态中。

3.4 应用程序的设计

在设计应用程序时，相关人员可借助MATLAB软件来仿造系统模型，在建模中，完成设计、修改等工作。应用程序的设计内容包括显示界面、停止接收功能、设置功能、查询功能。在显示界面设计中，应将其设计成可视化窗口，在该界面中，要设置通信端口、温度值以及当前温度值，这三种事项都有多种选择，其次在界面中还要设计确定、设置、停止接收、查询功能按钮，这些按钮主要为用户操作提供选择方向。在停止接收功能设计中，相关人员要提高其控制作用，使其能在按钮落下同时控制温度显示数值，使该数值不再发生变化，该数值为接受停止按钮落下时的实时温度值，所以当停止接受按钮作用时，相关人员不应再以可视化窗口显示温度为测量数值，还应到现场亲自测量。确定键可以改变停止接收键的状态，点击确定键，显示界面会在第一时间内恢复正确的实时温度数值。在设置功能设计中，相关人员可通过点击“设置”按钮，进行温度上限以及其他阈值设计，该设置限值将会成为电机状态以及报警装置状态的参考依据。当温度超过阈值时，报警装置会作出反应，系统会立即处于开启状态，电机也会准备就位，为温度调控做准备。在查询功能设计中，“查询”按钮会与数据库建立联系，相关人员通过点击查询按钮，便可以获得数据库中的相关数据。这些历史数据会以图文并茂形式呈现在显示界面上。多个温度数据会显示出波浪形。

4 系统调试

当系统设计完毕，相关人员还要按照设计图纸，进行材料安装，最终的系统成品还要经历调试工作，才能进入到应用环节。在系统调试中，相关人员要对测温数值进行检查校准。检查对象主要为数码管，在检测中，相关人员要利用温度计等测温装置测量大棚温度，然后将其作为实际温度标准数值，对数码管显示数值进行检查，如果两者相差无几，则证明系统不存在偏差。否则相关人员需要对温度值转换程序进行调整，使相关的参数正常化、规范化，这是初步调整，在二次调整中，相关人员要对非线性误差进行校正，使相关参数在温度差范围内。

5 结语

智能温度控制系统设计要符合蔬菜大棚的基本要求，在系统设计中，相关人员还要以现实环境温度变化规律为参考依据。每种设计对象都要符合总体要求以及功能要求。在调试中，可能会遇到各种新问题，相关人员还要将这些问题作为调试控制点，以使系统更加完善，最终为蔬菜生长提供良好适宜的环境，恒温环境会使时蔬更加新鲜美味。