温室大棚温度控制系统设计研究

王 淏 亢娟娜

（甘肃畜牧工程职业技术学院，甘肃武威 733006）

温室大棚是一个半开放、半封闭的系统，比较复杂，内部不仅受到种植作物的影响，更与大棚的结构、保温设施的使用等有关。而外部更与外界环境直接进行空气循环，因此外界的温度和光照对温室大棚内部的温度更有直接的影响。温室大棚内温度控制是一个非常复杂的系统，仅仅依靠手动调控或者是简单的功能控制系统难以将温室大棚环境保持在最佳状态，严重制约了温室作物产量的提高。因此，开发适应我国不同区域情况，具备先进技术水平和优良控制作用的温室大棚温度控制系统，对于农业发展和国民生活都具有重要意义。

1 温室大棚温度控制系统硬件设计

温室大棚温度控制系统设计的主要目的是对温室大棚内的温度进行实时监测并根据种植户预设的温度进行自动调控，确保瓜果蔬菜在不同生长期对温度的要求得到满足。因此，整个系统需要具备自动监测以及自动控制等功能。

1.1 系统硬件组成 系统硬件组成主要包括温度传感器、显示屏、报警装置、通风风机和加热设备等。发挥核心作用的通常是单片机，能够对温度传感装置交互的温度信息进行接收，并将其在显示屏之中及时显示[1]。与此同时，报警装置也会收到温度信息，倘若进行报警，意味着温度与预先设定的标准不符合，此时空调系统将会在报警之后立即开启，从而对大棚温度进行合理调控，使棚内保持恒温状态。串口通信是将各种器件依托串口进行连接，让信息实现交互，以确保各个功能稳定发挥。

1.2 控制器选择 根据温室大棚温度控制系统的特点，本系统使用STC 公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8 位单片机STC89C52。该型号单片机具有8 K 字节可编程Flash存储器、512字节的RAM 存储器，可用于存储运算的中间数据；具有32位I/O口线、看门狗定时器、内置4 KB EEPROM、MAX810 复位电路、3 个16 位定时计数器、4 个外部中断、一个7 向量4 级中断结构和全双工串行口。其完全兼容标准51 单片机，并提升了运行速度。

1.3 温度传感器选择 对于温室大棚温度控制系统而言，温度是其主要控制对象，因此如果要形成闭环反馈，则需通过室内环境传感器并将其送入主控芯片。温度传感器在系统中的作用是 “眼睛” 和 “耳朵”，因此其采集的准确性、快速性和稳定性直接决定整个系统控制品质的高低。温度传感器的种类众多，传统意义上的测温元件有热电偶、NTC 热敏电阻、Pt100等，目前的温度传感器测温模块有TS105系列测温模块、DS18B20 测温模块等。考虑到测温的精确性和使用的便利性，在一些性能要求较高的场合，往往采用集成温度传感器。

在温度控制系统的设计中，考虑到后续的系统升级和功能扩展，可采用DHT11 温湿度数字传感器。其除了具备DS18B20 等数字传感器电路简洁、精度高、使用方便的诸多优点之外，最重要的是DHT11 能够同时测量空气的相对湿度，在系统中可以作为一个预留功能，如后期有湿度测量控制需求，则可以不用更改系统硬件，通过程序编写便可以完成功能升级[2]。

1.4 LCD1602 显示屏简介 使用显示屏主要是为了随时观察和监视温室大棚温度参数，可选用LCD1602 显示屏。它是一种常用的工业字符型液晶显示屏，能够同时显示16×02 即32个字符，工作电压为3.3 V 或5 V，其显示对比度可调整，并内含复位电路，同时提供各种控制命令，如清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。其内部包括80 字节显示数据存储器DDRAM，且具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等特点。

1.5 报警装置 报警装置的主要功能由蜂鸣器实现，在对温室大棚内部温度进行控制的过程中，一旦预设标准温发生变化，温度过高或过低，报警器就能够发出报警信息。工作人员可根据显示数据采取有效的解决措施，将温室大棚内的温度保持在预设范围中，达到智能控温的目标。

1.6 串口通信标准 串口通信是将各种器件依托串口进行连接，让信息实现交互。为了确保该功能稳定发挥，将RS-232C 作为串口通信标准。以该标准为基础，操作人员能够对电气特性进行确定。同时，在对串口通信设计时，常常会用到兼容性较强的VSPD 软件，该软件的功能与COM 端口类似，能够将所有的信号线进行有效连接。同时，VSPD 软件拥有虚拟性特征，加之有两个串口，能够将上下位机进行有效连接。

2 温室大棚温度控制系统软件设计

2.1 主程序设计 主程序设计主要包含读取温度模块、液晶显示器LCD1602 模块、电机的控制模块、报警器模块以及串口通信模块等，主要基于不同模块的要求与功能，编辑相关的语言程序。

2.2 读取温度设计 通常来讲，单总线要与温度读取装置进行串联，由单总线为读取装置提供必要的电流，且与高信号线连接，这样能够从其获取一定能量，一旦电路出现了低信号状态，那么系统将会中断通电，当电平恢复之后，整个电源才会与系统联通。当装置读取温度时，需要由5 V 外部电源提供电能。

在使用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。在读取温度过程中，通常会出现整数和小数，而处理过程中需要将小数部分进行整化。通常仪器所获得温度都是代码形式，需要工作人员进行转化，可精确到0.1℃。

2.3 风机、加热设备的控制 在温室大棚温度控制系统之中，通风风机与加热设备控制模块很重要，可通过控制其运行速率来调控温度变化。多数园艺作物的下限温度为5℃～15℃、最适温度为20℃～28℃、上限温度为30℃～35℃，因此一般将温度上界限设置为28℃，并根据不同作物种植设置下限温度。当温室内温度低于温度上限，通风风机处于非运行状态；当反馈温度超过该界限，通风风机会自动启动；当温度低于下限温度时，加热设备启动；当温度达到一定程度时，通风风机或加热设备运行会处于平衡状态[3]。

2.4 报警器的启动 倘若要让系统能够对大棚温度进行智能控制，那么报警器启动的精准性非常关键。为了确保报警启动的精准性，设计时可以将28℃作为界限，一旦超过界限，报警装置则会启动，并发出声响。同时，需要对警声控制的主程序进行设计，例如报警信号、频率等，可根据自身要求进行调整。

2.5 串口通信模块 在对串口通信模块进行设计时，设计人员要先确定线路类型，然后再设计连接形式。串口通信模块可以选择的线路包括TXD、RXD、GND 等。这几种线路均可以构建成串口，确保交互任务能够有效完成。

3 系统调试

在完成温室大棚温度控制系统设计之后，需要严格按照硬件设计图对其进行安装，完成系统安装之后，接下来需要进行调试，达到相关标准和要求后方可进行实际应用。在对温室大棚温度控制系统进行调试时，需要对检测到的温度进行校准，通常通过检查显示屏显示数值来完成。在调试温度过程中，工作人员可通过使用水银温度计测量温室大棚内部实际温度，然后与显示屏显示的数值进行对比，如果两者偏差不大，说明系统检测数据基本不存在偏差。否则需要通过对温度值转换程序相关参数进行修改，来调整误差。