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温湿度控制系统论文集散控制系统论文温室环境温湿度控制系统应用设计摘要随着改革开放，坚持科学发展观，促进农业持续快速发展，特别是90年代以来，我国的设施园艺产业得到迅猛的发展，设施园艺被看作是21世纪最具活力的新产业。该控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。通过键盘先编制出温室花卉最适环境条件的管理程序表，存储于电子计算机的记忆装置中，计算机根据程序表确认、修正温室内的参数，并给终端控制系统指令。传感器向中央控制装置输送检测信息，根据中央控制装置的指令输出控制信号，实现温室环境调节。 关键词温室 传感器 自动控制 单片机 中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：16717597（2008）112011502 随着改革开放，坚持科学发展观，促进农业持续快速发展，特别是90年代以来，我国的设施园艺产业得到迅猛的发展，以花卉为主的作为观赏和礼品的植物设施栽培在大江南北遍地开花，设施园艺被看作是21世纪最具活力的新产业。 温室是观赏植物栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类观赏花卉对温度及湿度等生长所需条件的要求也不尽相同，为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、良好的生存环境，以提早或延迟花期，最终将会给我们带来巨大的经济效益。 控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。先编制出温室花卉各生育阶段最适环境条件的管理程序表，存储于电子计算机的记忆装置中，电子计算机根据程序表确认、修正温室内的参数，并给终端控制系统指令。终端控制设备向中央控制装置输送检测信息，根据中央控制装置的指令输出控制信号，使电器机械设备执行动作，实现温室环境调节。该系统可自动控制加热、加湿处理。根据需要，通过键盘将信息输入中央管理室，根据情况可随时调节环境。温室环境自动化控制系统在大型现代化温室的利用，是设施栽培高新技术的体现。 一、温湿度控制系统硬件 （一）硬件的基本组成 MCS-51系列单片机中的8031、6M晶震、30pF电容；共阳极七段数码显示管三个；按键一组5个；型号为WZB-003，分度号为BA2的铂热电阻变送器作为温度传感器；光耦合双向可控硅驱动器；型号为HM1500的湿度传感器；电磁继电器；8位模数转换器ADC0809；外部扩展EPROM 2764程序存储器；串并转换器74LS164；8位地址锁存器74LS373；蜂鸣报警器。 （二）硬件电路结构框图 系统的硬件电路包括主机（8031）、温度检测、温度控制、湿度检测、湿度控制和人机对话（键盘/显示/报警）6个主要部分。图1-1为系统的结构框图。 先对各部分电路介绍如下： （1）主机 选用MCS-51系列单片机中的8031单片机作为控制系统的核心，外部扩展ROM用EPROM 2764作为程序存储器。它的引脚的输入/输出电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。8031的晶震频率为6MHz。 （2）温度检测 这部分包括温度传感器、变送器和A/D转换三个部分。 温度传感器和变送器类型的选择与被控温度的范围和精度有关。型号为WZB-003，分度号为BA2的铂热电阻适用于0C500C的温度测量范围，可以满足本系统的要求。 变送器将电阻信号转变成为与温度成正比的电压，当温度在0C500C时，变送器送出0V4.9V的电压。 A/D转换器件的选择主要是取决于温度的控制精度，本系统要求温度控制误差不大于2摄氏度，采用8位A/D转换器，其最大量化误差为1，完全能够满足精度要求。这里我们采用ADC0809作为A/D转换器。电路设计好后，调整变送器的输出，使0C500C的温度变化对应于0V4.9V的电压输出，则A/D转换的数字量为00HFAH，即0250，则转换结果乘以2正好是温度值。用这一方法，一方面可以减少标度转换的工作量，另一方面，还可以避免标度转换带来的误差。 （3）温度控制 加热器的控制用双向可控硅驱动器来实现，双向可控硅驱动器与加热器串接在交流220V市电回路中。单片机的P1.7口通过光隔离器和三极管驱动电路送到双向可控硅驱动器控制端，由P1.7口的高低电平来控制双向可控硅驱动器的导通与断开，从而控制加热器对温室进行加热、降温处理。 （4）湿度检测 这部分包括湿度传感器和A/D转换两个部分。湿度传感器类型的选择也与被控温度的范围和精度有关。 为使系统结构更加紧凑合理，以及降低成本，和湿度检测电路共用一个A/D转换器ADC0809。调整变送器的输出，使0%RH100%RH的湿度变化对应于0V4V的电压输出，则A/D转换的数字量为00H64H（0%RH100%RH） ，即0100，采样检验结果2次， 则转换结果除以2正好是湿度值。用该方法，和温度采样相同，一方面可以减少标度转换的工作量，另一方面，还能避免标度转换带来的误差。 （5）湿度控制 加湿器的控制用电磁继电器来实现，加湿器接在交流220V市电回路中。单片机的P2.6口通过光隔离器电路送到电磁继电器控制端，由P2.6口的高低电平来控制电磁继电器控制开关的导通与断开，从而控制加湿器对温室进行加湿、干燥通风处理。 （6）人机对话 这部分包括键盘、显示和报警三个部分的电路。 本系统设有3位LED数码显示器，停止加热时显示设定温湿度，启动加热、加湿时显示温室内的当前温湿度。采用串行口扩展的静态显示电路作为显示接口电路。 为使系统结构简单紧凑，键盘只设5个功能键，分别是“复位”、“启动”、“百位+”、“十位+”、“个位+”键，由单片机复位键RST和P1口低4位作为键盘接口，利用+1键可以对预置温湿度的百位、十位、个位进行加1设置，并在LED数码7段显示器显示当前设置值，连续按动相应位的+1键即可实现0C500C的温度设置和0%RH100%RH的湿度设置。 报警功能由蜂鸣器实现，当由于意外使温室内的温湿度超过预置值时，P1.6口送出的低电平经反向器驱动蜂鸣器叫报警。 （三）总体电路原理图 1.该花房温湿度控制系统具体指标 （1）温湿度均可预置,控制过程恒温、恒湿控制,温度控制误差 , 湿度控制误差2%RH； （2）预置时显示设定温湿度值，加温加湿时显示实时温湿度，显示温度精度1C，湿度的精度为1%RH； （3）温度超出预置温度5C时，发声报警；湿度超出预置湿度3%RH时，发声报警； （4）对控制过程的线性没有要求； （5）加热器和加湿器工作电压均为交流220V市电。 2.总体电路功能介绍 本系统是一个典型的闭环控制系统。从技术指标可以看出，系统对控制的精度要求不高，对控制过程的线性也没有要求，因此，系统采用最简单的通断控制方式，即花房的温湿度达到设定值时，断开加热器或加湿器；当温湿度降到低于某值时，接通加热器或加湿器开始加热或者加湿。从而保持花房的恒温、恒湿控制。 二、软件设计 （一）工作流程 软件选择温湿度系统的控制对象，控制温度还是控制湿度。选择温度控制时，系统在上电复位后先处于停止加热状态，这时可以用+1键设置预置温度，显示器显示预置温度，温度设定好后，就可以按启动键启动系统工作了，温度检测系统不断定时检测当前温度，并送往显示器显示，达到预定值后，停止加热并显示当前值；当温度下降到下限（比预设值低2）时，启动加热器。这样，不断重复上述过程，使温度保持在预置温度范围之内。启动后不能再修改预制温度，必须按复位/停止键回到停止加热状态再重新设定预置温度。 当选择湿度控制时，系统在上电复位后先处于停止加湿状态，这时可以用+1键设置预置湿度，显示器显示预置湿度，湿度设定好后，按启动键启动系统工作，湿度检测系统不断定时检测当前湿度，并送往显示器显示，达到预定值后，停止加湿或通风干燥处理并显示当前值；当湿度下降到下限（比预设值低2%RH）时，再启动加湿器。这样，不断重复上述过程，使湿度保持在预置湿度范围之内。启动后不能再修改预制湿度，必须按复位/停止键，回到停止加湿状态再重新设定预置湿度。 （二）资源分配 为了便于阅读程序，首先给出单片机资源分配情况。数据存储器的定义与分配如表2-1所示： 程序存储器：EPROM2764的地址范围为0000H1FFFH；I/O口：P1.0P1.3 键盘输入；P1.6报警控制；P1.7加热器控制；P2.6加湿器控制；A/D转换器ADC0809：通道0通道7的地址为7FF8H7FFFH，使用通道0和通道1。 （三）程序流程图 主程序采用中断嵌套方式设计，各功能模块子程序可直接调用。主程序完成系统的初始化，温度预置及其合法性检测，预置温度的显示，湿度预置及其合法性检测，预置湿度的显示、定时器0设置。主程序流程图如图2-1所示。定时器0中断服务子程序是温湿度控制体系的主体，用于温湿度的检测、控制和报警（包括启动A/D转换、读入采样数据、数字滤波、越限温湿度报警和越限处理、输出双向可控硅管或继电器的控制脉冲等）。中断由定时器0产生，根据需要每隔15s中断一次，即每15s采样控制一次。但系统采用6MHz晶振，最大定时为130ms，为实现15s定时，这里另行设了一个软件计数器。 三、结论 基于单片机的花房温湿度控制系统在精度和操作上还可以再提高，系统硬件的集成度也可以在实际中再进一步加强；如果对软件进行少量修改，该系统还可以完成除霜、消毒和通风干燥等作用。当然，还有很多可以改进完善的地方，在实际应用中还可以不断提高其精度、测量范围和扩大其应用领域。 参考文献： 1张迎新等，单片机原理与应用M.北京：电子工业出版社.2004：228-269. 2李全利、迟荣强，单片机原理及接口技术M.北京：高等教育出版社.2004：151-177. 3王福瑞，单片微机测控系统设计大全M.北京:北京航空航天大学出版社.1998.282-283. 4Philips Semiconductors and Electronics North America Corporation，DATA HANNDBOOK 80C51-Based 8-Bit MicrocontrollerM，Printed in U.S.A1994.5：3-26.