温室控制系统设计与实现

1系统硬件设计

Flash程序存储器支持并行和串行在系统编程（ISP），极大的提高了系统的改进升级。温度传感器采用美国DALLAS公司生产的DS18B20数字温度传感器，该传感器体积较小，采用独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃，其工作电源范围较宽，可在3~5V之间，在使用中不需要任何元件即可正常工作。土壤湿度传感器采用LM339比较器实现，当电极插入土壤后，由于土壤的含水量不同，将影响比较器工作状态。采用石墨棒做电极，可减少与土壤的电化学反应，防止电极腐蚀。石墨电极插入土壤中，土壤的湿度值再有A/D转换芯片转换为数字量送与微处理器处理，处理得到的湿度值送显示单元显示。显示单元采用JCM12864液晶显示器，该显示器自带字库，方便编程，支持并行和串行通信，本系统采用串行通信，以减少与主机的连线，且采用SPI串行总线可有效减少系统布线，减少外部干扰，提高系统可靠性。

2系统软件设计

2.1温度传感器模块软件设计数字温度传感器DS18B20采用单总线接口方式，其内部包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的电可擦出的E2PRAM，其高速暂存由9个字节组成，温度转换命令发出后，经转换得到的温度值以2个字节补码形式存放在高速缓冲的第0和第1个字节中，单片机可通过单总线节后读取该数据。根据DS18B20的通信协议，每读/写一次都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，复位要求在500us以上，当DS18B20收到信号后等待16~60us便会发出60~240us的低脉冲，以示复位成功。2.2湿度传感器模块软件设计湿度值得转换主要由A/D芯片TLC1549完成，TLC1549是10位开关电容逐次逼近模/数转换器采用SPI通信方式，根据SPI通信时序可写出TLC1549读程序，MOVR1，#08HLOOP:CLRSCLKMOVC,P1.2RLCASETBP1.1DJNZR1,LOOPMOVR0,A2.3JMC12864液晶显示驱动软件设计JMC12864通信采用SPI同步串行接口，串行数据传送共分三个字节完成：第一字节：串口控制—格式11111ABC，A为数据传送方向控制，H表示数据从LCD到MCU，L表示数据从MCU到LCD。B为数据类型选择，H表示数据是显示数据，L表示数据是控制指令。C固定为0；第二字节：(并行)8位数据的高4位—格式DDDD0000；第三字节：(并行)8位数据的低4位—格式0000DDDD。JMC12864SPI发送数据程序代码如下所示。

3系统测试及防干扰措施

系统整个控制面板除了电器控制开关外，还设置了手动与自动控制切换开关，以便人为干预温室环境。由于系统化内部有交流继电器等高压电器，会对系统产生干扰，所以必须做好防干扰措施，使系统稳定工作。措施主要有以下几点：（1）单片机系统与交流接触器之间采用光电耦合，减少触点接触干扰；（2）每个模块供电端分别加0.1pF左右瓷片电容，以防止电网尖脉冲干扰；（3）单片机与JCM12864SPI通信总线用屏蔽电缆连接，以减少对LCD液晶屏干扰；（4）使用P89V51RD内部看门狗电路，在系统崩情况下可自动复位重启。采用以上4点措施基本可以减少外界电网对系统的干扰，使系统稳定的工作。经过实地的测试，本系统能够稳定的控制土壤湿度和温室内的温度，达到了自动控制温室内环境和节水的目的，且本系统成本低廉易于实现，可在农村推广应用。

作者：严桂林 单位：青海师范大学物理系