農用溫度智能控制系統(tǒng)的研究

農用溫度智能控制系統(tǒng)的研究

0智能溫度控制器如果溫室技術的發(fā)展跟上市場的發(fā)展，現(xiàn)代溫室的優(yōu)勢就無法得到強調。尤其在部分落后地區(qū),農業(yè)大棚普遍采用人工監(jiān)控溫度的方法,不僅增加了農民的工作負擔,又常常使棚內溫度不能及時、準確地保持在合理的范圍內,造成一定程度的產量下降。特別是在有意外事故發(fā)生時(棚內溫度急劇下降或上升),會造成作物的嚴重損壞,增加不必要的經濟損失。筆者研究的智能溫度控制器具備以下功能:1)具有自動溫度測控功能,其控制溫度范圍在20°～25℃。當T<20℃時,自動驅動加熱器工作;當T>25℃時,可實現(xiàn)自動換氣。2)具有遠、近距離報警功能。當有意外事故發(fā)生造成T<15℃或T>30℃時,可自動報警。其中,遠距離報警信號在1km范圍內均可接收。1溫度信號轉換系統(tǒng)基于AT89C52的農用溫度智能控制器的系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。其工作原理為:由單片機控制CD4051多路開關,使8支熱電阻分時檢測現(xiàn)場溫度,并把溫度信號轉換成電壓信號送入ADC;經A/D轉換后送入單片機進行判斷和處理;然后控制報警、加熱或換氣裝置工作。由于雙積分A/D轉換器在取樣時間內采樣的是輸入電壓的平均值,從而熱電阻測的是大棚內的平均溫度,而不是局部溫度,從而能夠較真實地反映大棚內的實際溫度。2硬件設計2.1傳感器的選用本系統(tǒng)采用PT100鉑電阻作為采集溫度的傳感器。鉑電阻具有物理化學性能穩(wěn)定、抗氧化能力強、靈敏度高、材料易于提純、工藝性好、制作容易以及產品的一致性好等優(yōu)點。按1987年7月第77屆國際計量委員會批準建立新的國際溫標(簡稱ITS-90)規(guī)定,整個溫標分4個溫度范圍,其中13.803-961.78相應的標準儀器用鉑電阻溫度儀。因此,本系統(tǒng)傳感器采用PT100,傳輸線使用三線制,如圖2所示。三線制的優(yōu)點:一是可以減少因連接導線電阻值的改變而引起的測量誤差;二是利用不平衡電橋檢測因溫度變化而導致輸出電壓的變化。2.2mcs-533a/d轉換編碼模塊5G14433具有抗干擾性能好、轉換精度高(相當于11位二進制數(shù))、自動校零、自動極性輸出、自動量程控制信號輸出、動態(tài)字位掃描BCD碼輸出、單基準電壓、外接元件少以及價格低廉等特點。其基本原理是:對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分,將輸入電壓平均值變成與之成正比的時間間隔,然后利用時鐘脈沖和計數(shù)器測出此時間間隔;進而得到相應的數(shù)字量輸出。由于5G14433的A/D轉換結果是動態(tài)分時輸出BCD碼,而Q0～Q3和DS1～DS4均不是總線式的,因此MCS-51單片機只能通過I/O接口或擴展I/O接口與其相連,且5G14433A/D轉換器帶有鎖存器,因此可以采用外部中斷方式直接與CPU的P1口相連。5G14433與AT89C52接口電路,如圖3所示。2.3輸出控制輸出控制電路主要包括蜂鳴器報警電路、無線遙控報警的發(fā)射電路和接收電路,以及可控硅控制的加熱裝置和換氣裝置的驅動電路。2.3.1溫度低電時本設計采用的是鳴音報警,單片機的P0.0引腳作為報警輸出口。當單片機發(fā)出的控制信號為高電平時,三極管導通,蜂鳴器鳴叫;當單片機發(fā)出的控制信號為低電平時,三極管不導通,蜂鳴器不叫。鳴音長短由單片機編程定時控制。2.3.2距離為1km的距離報警系統(tǒng)農用大棚溫度低于15℃和高于30℃時,對大棚主人發(fā)出警報信號。除了在大棚附近采取有線連接的近距離報警形式外,為擴大大棚主人的活動范圍,系統(tǒng)設計了報警距離為1km的遠距離報警系統(tǒng)。該遠距離報警系統(tǒng)采用無線電波傳播信號,距離在1～3的范圍內分為電波發(fā)射機電路和接收機電路。遠距離報警系統(tǒng)電路主要由NE556雙時基集成電路、RX5019/RX5020無線發(fā)射/接收組件及鎖相環(huán)音頻譯碼器LM567組成。后兩者的使用改變了傳統(tǒng)的溫度/電壓轉換設計思路,采用了溫度/頻率轉換裝置,從而使系統(tǒng)控制更加精確、靈敏,抗干擾能力更強,可靠性更高。2.3.3交流過零同步脈沖AT89C52單片機對溫度的監(jiān)控是通過對可控硅調功電路實現(xiàn)的,雙向可控硅和加熱絲串聯(lián)在交流220V、50Hz交流市電回路中,如圖4所示。在給定周期T內,AT89C52只要改變可控硅的接通時間即可改變加熱絲功率,以達到調節(jié)溫度的目的?？煽毓杞油〞r間可以通過可控硅門極上觸發(fā)脈沖控制。該觸發(fā)脈沖由AT89C52用軟件在P0.3與P0.5引腳上產生,經過零同步脈沖同步后再經光藕和驅動器件輸送到可控硅門極上。過零同步脈沖是一種50Hz交流電壓過零時刻的脈沖,可使可控硅在交流電壓正弦波過零時觸發(fā)導通。圖4中,電壓比較器LM311用于把50Hz正弦交流電壓變?yōu)榉讲ā７讲ǖ恼呇睾拓撨呇胤謩e作為兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入信號,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的兩個窄脈沖經二極管或門混合后就可得對應于交流220V市電的過零同步脈沖。此脈沖一方面作為可控硅的觸發(fā)同步脈沖加到溫度控制電路,另一方面還作為記數(shù)脈沖加到AT89C52的P0.2/T2CLK和P0.4/T2CLK端。3自模塊的組成部分本溫度控制器的軟件系統(tǒng)主要由主程序、A/D轉換子程序、中值濾波子程序、越限報警及可控硅控制加熱或換氣判斷子程序、T0和T1中斷服務程序、控制加熱或換氣中斷服務子程序、CPU出錯處理子程序等自模塊組成。3.1系統(tǒng)的控制裝置主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序,其主要完成單片機的初始化、定時器、外部中斷及數(shù)據(jù)單元的初始化等,用戶可以通過它監(jiān)控系統(tǒng)的工作。主程序流程圖如圖5所示。3.2轉換子程序a、dA/D轉換子程序將A/D轉換結果由89S51控制采集后送入片內RAM中,并給定數(shù)據(jù)存放格式。3.3介質濾波子程序中值濾波子程序是計算機對輸入的信號進行數(shù)字處理,以便減少干擾在有用信號中的比重,提高信號的真實性。3.4采樣值設定的限制越限報警程序將采樣、數(shù)字濾波后的數(shù)據(jù)與該被測點上、下限給定值進行比較,檢測采樣值是否越限。若越限(≤15℃或≥30℃),則分別置上下限標志,并輸出相應的聲光報警信號;若不越限,則清除相應的標志。3.5采樣時間的確定TO中斷服務程序用于等待5G14433進行溫度轉換所需的時間。為保證系統(tǒng)的正常運行,TO中斷服務程序的運行時間必須小于采樣時間?？紤]要保證執(zhí)行機構完成必要的動作和保證控制器對擾動做出及時的反應,將本系統(tǒng)的采樣時間設計為0.5s。T1中斷服務程序用于控制雙向可控硅觸發(fā)脈沖的延時時間。3.6加熱、合理、適合于不同的溫度狀態(tài)可控硅控制加熱或換氣判斷子程序,把加熱或換氣后溫度值與事先設定的溫度值進行比較判斷。當判斷為真時,停止加熱或換氣;當判斷條件為假時,繼續(xù)加熱或換氣,以控制大棚的溫度在正常溫度范圍內。加熱(換氣)中斷服務子程序流程圖如圖6所示。3.7cpu丟失處