基于DS18B20恒温监控系统的设计与实现

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于DS18B20恒温监控系统的设计与实现范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：基于ds18b20恒温监控系统在对国内外蔬菜花卉温室智能控制应用的基础上，针对影响蔬菜花卉温室智能化控制的诸多因素，将传感器监测和单片机控制相结合，提出了基于DS18B20恒温监控系统的设计方案。整个系统采用模块化设计，由数据采集、单片机控制、键盘管理、实时显示、温度超限报警和数据辅助存储等功能模块组成。该系统设备已广泛应用于蔬菜花卉温室中，取得了较好的经济效益。

关键词：恒温监控系统；DS18B20温度传感器；单片机；蔬菜花卉温室

中图分类号：S625.5+1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）08-1947-03

随着农业现代化的快速发展，温室正朝着智能化方向发展。我国农业也逐渐地从传统农业向优质、高效、高产为目的的现代农业转变。因而蔬菜花卉温室的建设自然也离不开现代化的科学技术。国内外大量的科学试验、生产实践证明，环境的监控对蔬菜花卉等植物的生长有着非常重要的作用，植物只有在适宜的环境下才能生长良好[1]。

蔬菜花卉温室内环境的监控的一个主要方面是对环境温度进行测量和控制。用单片机监控温室的温度，根据温室温度的变化自动地调温，确保温室中的植物生长在适宜的温度下。

目前，国外现代化温室的内部设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准。温室内的各环境因素大多由计算机集中控制，检测传感器也较为齐全，如温室内外的温度、湿度、光照度、CO2浓度、营养液浓度等，传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的自动控制，如无级调节的天窗通风系统、湿帘与风扇配套的降温系统、由热水锅炉或热风机组成的加温系统、可定时喷灌或滴灌的灌溉系统、CO2施肥系统以及适用于温室作业的农业机械等。计算机对这些系统的控制己经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制，而是基于环境模型上的监督控制以及基于专家系统上的人工智能控制，一些国家在实现自动化的基础上正将计算机监控系统向着完全自动化、无人化、智能化的方向发展[2]。

1 系统设计要求与设计原理

该系统主要是完成一种集温度测量、显示、报警、控制于一体的单片机温度监测控制系统的理论设计与仿真实现。主要包括相关理论探讨、硬件电路实现、软件程序设计以及仿真过程等。其基本原理是通过AT89C51单片机依次查询蔬菜花卉温室内多个DS18B20温度传感器的输出信号，然后再对输入信号进行相应处理，通过显示模块显示出来后进行观测；并将采集到的温度与理论初始值设定的温度上下限进行比较，如果参数值超过设定的上下限时，报警电路进行报警并启动升降温设备[3]。

2 系统硬件组成

2.1 系统的电路框架

系统的电路框架如图1所示。

2.2 温控原理及实现

DS18B20 的测温原理如图2所示，不同温度下，温度系数振荡器产生不同的脉冲信号输入到减法计数器，确定一个门周期。由于受温度影响小，频率几乎恒定，在一个门周期内，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，即可完成温度测量。测量前，首先将一个温度基值对应的基数分别置入减法计数器和温度寄存器中，当减法计数器减到0时，温度寄存器的值将加l，减法计数器的预置值将重新被装入继续计数，如此循环，直到另一减法计数器计数到0时，停止温度寄存器中数值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性温差，在计数门未关闭的状况下，重复修正减法计数器的预置值，直至温度寄存器的数值达到被测温度值[4]。

2.3 实时显示电路

实时显示电路是由LED发光二极管组合构成的。单片机与LED数码显示器有以硬件为主和以软件为主的两种接口方法，这里采用以软件为主进行设计。单片机输出信号经阻排连接到数码管，数码管采用动态显示，对于接口电路来说，需要有两个输出口，其中一个用于输出显示段码，另一个用于输出控制信号。这样就可以逐个循环点亮每个数码管，每位间隔约1 ms，就好像在同时显示不同的字符一样[5]。实际状况如图3所示。

2.4 实际硬件的实现与连接

硬件系统实现单片机与各电路的连接及各子模块之间的连接。主要由单片机时钟电路、复位电路、DS18B20温度传感器、显示电路、键盘管理、控制电路和报警电路等组成。实际硬件电路如图4所示。

3 系统软件设计

该系统的软件包括主程序、键盘管理子程序、显示子程序、温度转换子程序、温度控制子程序、异常报警子程序、温度报警范围设定子程序以及有关DS18B20的初始化程序等。

主程序负责系统的正常运行以及调用各种子程序和管理中断服务程序。在主程序的设计中，首先对单片机的一些主要的端口进行定义，在初始化完成之后，调用各个子程序，实现传感器的初始化、数据读写、温度转换、温度显示、判断报警、键盘管理等功能，主程序循环执行各个模块。主程序的流程如图5所示。

4 小结

该系统以爱特梅尔公司的AT89C51单片机为核心进行硬件设计，数据采集采用DS18B20温度传感器，在开发过程中使用了Protel仿真和Keil开发软件，这些都大大缩短了软件的开发周期。为了便于编写、调试、修改和增删，系统软件的编制采用了模块化的设计方法。该套系统设备体积小、质量轻、便于携带、可靠性高，适用于现场实时工作。目前该系统已广泛应用于蔬菜花卉温室中，在农业生产中有着非常重要的作用。

参考文献：

[1] 于海业，马成林，陈晓光.发达国家温室设施自动化研究的现状[J].农业工程学报，1997，13（增刊）：253-257.

[2] 先锋工作室.单片机程序设计实例[M].北京：清华大学出版社，2002.

[3] 王志强，陈 平.基于GPRS技术的粮库温湿度监测系统设计[J].安徽农业科学，2010，38（14）：7552-7554.

[4] 赵海兰，赵祥伟.智能温度传感器DS18B20的原理与应用[J].现代电子技术，2003（14）：34-36.

[5] 陈立兵，樊瑾瑜，代 杰.基于AT89S52单片机的温度采集系统设计[J].机械与电子，2011（2）：67-69.