农用温度智能控制系统的研究

农用温度智能控制系统的研究

0智能温度控制器如果温室技术的发展跟上市场的发展，现代温室的优势就无法得到强调。尤其在部分落后地区,农业大棚普遍采用人工监控温度的方法,不仅增加了农民的工作负担,又常常使棚内温度不能及时、准确地保持在合理的范围内,造成一定程度的产量下降。特别是在有意外事故发生时(棚内温度急剧下降或上升),会造成作物的严重损坏,增加不必要的经济损失。笔者研究的智能温度控制器具备以下功能:1)具有自动温度测控功能,其控制温度范围在20°～25℃。当T<20℃时,自动驱动加热器工作;当T>25℃时,可实现自动换气。2)具有远、近距离报警功能。当有意外事故发生造成T<15℃或T>30℃时,可自动报警。其中,远距离报警信号在1km范围内均可接收。1温度信号转换系统基于AT89C52的农用温度智能控制器的系统结构框图如图1所示。其工作原理为:由单片机控制CD4051多路开关,使8支热电阻分时检测现场温度,并把温度信号转换成电压信号送入ADC;经A/D转换后送入单片机进行判断和处理;然后控制报警、加热或换气装置工作。由于双积分A/D转换器在取样时间内采样的是输入电压的平均值,从而热电阻测的是大棚内的平均温度,而不是局部温度,从而能够较真实地反映大棚内的实际温度。2硬件设计2.1传感器的选用本系统采用PT100铂电阻作为采集温度的传感器。铂电阻具有物理化学性能稳定、抗氧化能力强、灵敏度高、材料易于提纯、工艺性好、制作容易以及产品的一致性好等优点。按1987年7月第77届国际计量委员会批准建立新的国际温标(简称ITS-90)规定,整个温标分4个温度范围,其中13.803-961.78相应的标准仪器用铂电阻温度仪。因此,本系统传感器采用PT100,传输线使用三线制,如图2所示。三线制的优点:一是可以减少因连接导线电阻值的改变而引起的测量误差;二是利用不平衡电桥检测因温度变化而导致输出电压的变化。2.2mcs-533a/d转换编码模块5G14433具有抗干扰性能好、转换精度高(相当于11位二进制数)、自动校零、自动极性输出、自动量程控制信号输出、动态字位扫描BCD码输出、单基准电压、外接元件少以及价格低廉等特点。其基本原理是:对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分,将输入电压平均值变成与之成正比的时间间隔,然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔;进而得到相应的数字量输出。由于5G14433的A/D转换结果是动态分时输出BCD码,而Q0～Q3和DS1～DS4均不是总线式的,因此MCS-51单片机只能通过I/O接口或扩展I/O接口与其相连,且5G14433A/D转换器带有锁存器,因此可以采用外部中断方式直接与CPU的P1口相连。5G14433与AT89C52接口电路,如图3所示。2.3输出控制输出控制电路主要包括蜂鸣器报警电路、无线遥控报警的发射电路和接收电路,以及可控硅控制的加热装置和换气装置的驱动电路。2.3.1温度低电时本设计采用的是鸣音报警,单片机的P0.0引脚作为报警输出口。当单片机发出的控制信号为高电平时,三极管导通,蜂鸣器鸣叫;当单片机发出的控制信号为低电平时,三极管不导通,蜂鸣器不叫。鸣音长短由单片机编程定时控制。2.3.2距离为1km的距离报警系统农用大棚温度低于15℃和高于30℃时,对大棚主人发出警报信号。除了在大棚附近采取有线连接的近距离报警形式外,为扩大大棚主人的活动范围,系统设计了报警距离为1km的远距离报警系统。该远距离报警系统采用无线电波传播信号,距离在1～3的范围内分为电波发射机电路和接收机电路。远距离报警系统电路主要由NE556双时基集成电路、RX5019/RX5020无线发射/接收组件及锁相环音频译码器LM567组成。后两者的使用改变了传统的温度/电压转换设计思路,采用了温度/频率转换装置,从而使系统控制更加精确、灵敏,抗干扰能力更强,可靠性更高。2.3.3交流过零同步脉冲AT89C52单片机对温度的监控是通过对可控硅调功电路实现的,双向可控硅和加热丝串联在交流220V、50Hz交流市电回路中,如图4所示。在给定周期T内,AT89C52只要改变可控硅的接通时间即可改变加热丝功率,以达到调节温度的目的。可控硅接通时间可以通过可控硅门极上触发脉冲控制。该触发脉冲由AT89C52用软件在P0.3与P0.5引脚上产生,经过零同步脉冲同步后再经光藕和驱动器件输送到可控硅门极上。过零同步脉冲是一种50Hz交流电压过零时刻的脉冲,可使可控硅在交流电压正弦波过零时触发导通。图4中,电压比较器LM311用于把50Hz正弦交流电压变为方波。方波的正边沿和负边沿分别作为两个单稳态触发器的输入信号,单稳态触发器输出的两个窄脉冲经二极管或门混合后就可得对应于交流220V市电的过零同步脉冲。此脉冲一方面作为可控硅的触发同步脉冲加到温度控制电路,另一方面还作为记数脉冲加到AT89C52的P0.2/T2CLK和P0.4/T2CLK端。3自模块的组成部分本温度控制器的软件系统主要由主程序、A/D转换子程序、中值滤波子程序、越限报警及可控硅控制加热或换气判断子程序、T0和T1中断服务程序、控制加热或换气中断服务子程序、CPU出错处理子程序等自模块组成。3.1系统的控制装置主程序是系统的监控程序,其主要完成单片机的初始化、定时器、外部中断及数据单元的初始化等,用户可以通过它监控系统的工作。主程序流程图如图5所示。3.2转换子程序a、dA/D转换子程序将A/D转换结果由89S51控制采集后送入片内RAM中,并给定数据存放格式。3.3介质滤波子程序中值滤波子程序是计算机对输入的信号进行数字处理,以便减少干扰在有用信号中的比重,提高信号的真实性。3.4采样值设定的限制越限报警程序将采样、数字滤波后的数据与该被测点上、下限给定值进行比较,检测采样值是否越限。若越限(≤15℃或≥30℃),则分别置上下限标志,并输出相应的声光报警信号;若不越限,则清除相应的标志。3.5采样时间的确定TO中断服务程序用于等待5G14433进行温度转换所需的时间。为保证系统的正常运行,TO中断服务程序的运行时间必须小于采样时间。考虑要保证执行机构完成必要的动作和保证控制器对扰动做出及时的反应,将本系统的采样时间设计为0.5s。T1中断服务程序用于控制双向可控硅触发脉冲的延时时间。3.6加热、合理、适合于不同的温度状态可控硅控制加热或换气判断子程序,把加热或换气后温度值与事先设定的温度值进行比较判断。当判断为真时,停止加热或换气;当判断条件为假时,继续加热或换气,以控制大棚的温度在正常温度范围内。加热(换气)中断服务子程序流程图如图6所示。3.7cpu丢失处