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摘要：随着大棚技术的普及，温室大棚的温度控制已成为一个重要问题。目前应用于温室大棚的温度检测系统大多由模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成。这种温度采集系统需要在温室大棚内布置大量测温电缆，安装拆卸繁杂，成本高。同时线路上传送的是模拟信号，测量误差较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。本文提出一种基于单片机并采用数字化单总线技术的温度测控系统应用于温室大棚的设计方案，期望提高大棚农作物的产量，增加经济效益。
关键词：单总线技术；温度传感器；串行接口；温室大棚
目前开发的温室计算机控制系统采用了主机终端模式，该模式通过一个主机作为控制中心，负责对其它子系统进行控制管理，该模式不灵活且投入大。分布式计算机系统是计算机控制系统的发展方向，该系统采用了所谓的客户服务器模式。未来的计算机控制与管理是综合性、多方位的，因此温室环境测试与自动控制技术将朝多因素、多样化方向发展。
一、方案论证
温度检测系统有则共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差，又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。所以多点温度检测系统的设计关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。本章就分别对这两部分的设计及具体选型进行方案论证。
（一）传感器部分
方案一：采用热敏电阻可满足40摄氏度至90摄氏度范围内的测温要求，但热敏电阻的精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中，采用单片温度传感器，比如AD590，LM35等，由于这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂。另外，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点测量。即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。
方案二：在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行A/D转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用一定措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。而采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。该芯片的物理化学性很稳定，能用做工业测温元件，且线性较好。当被测温度在0-100摄氏度时，最大线性偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点是采用了单总线的数据传输，它直接输出温度的数字信号。因此由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度测量装置可直接与计算机连接。这样，测温系统的结构就比较简单，体积也不大，且由于AT89C51可以带多个DS18B20，因此可以非常容易实现多点测量，轻松地组建传感器网络。
采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用能有效地避免外界的干扰，提高了测量电路的精确度。
（二）主控单元部分
方案一：此方案采用PC机实现。它可在线编程、可在线仿真的功能让调试变得方便，且人机交互友好。但是PC机输出信号不能直接与DS18B20通信。需要通过RS-232电平转换兼容，硬件的合成及在线调试较为繁琐。而且在一些环境比较恶劣的场合，PC机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦！
方案二：此方案采用AT89C51八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20进行控制工作，也可以与PC机通信。运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机）负责监控，而下位机（单片机）进行多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统，并可实现远程控制。另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。
（三）系统方案
综上所述，温度传感器以及主控部分都采用第二方案。
系统针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想设计了一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用的是RS-232串行通讯标准，通过下位机（单片机）进行现场的温度采集，温度数据既可以由下位机模块实时显示，也可以送回上位机进行数据处理，具有巡检速度快、扩展性好、成本低等特点。
二、硬件电路设计
系统底层电路的功能主要包括：多点温度测试及其相关处理，实时显示温度信息，与上位机通讯传输温度数据。硬件设计主要包括以下几个模块：电源以及看门狗电路，键盘以及显示电路，温度测试电路，串口通讯电路。
三、软件设计
整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。
首先要根据系统的总体功能和键盘设置选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。
四、结论
随着社会的进步和科学技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时还有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。因此，一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统的设计就成为当今的热点。本设计就是在这样的形势下，提出的一种基于单片机的温度测控系统用于温室大棚内温度的控制，以提高大棚农作物的产量，增加经济效益。
参考文献：
[1]曲喜贵.电子元件材料手册[M].北京：电子工业出版社，1989：422- 430.
[2]胡汉才.单片机原理及系统设计[M]. 北京：清华大学出版社，2002：66-85.
[3]吉鹏，马云峰等.单片机原理与接口技术[M].北京：高等教育出版社，2001：158-162.
[4]刘君华.智能传感器系统[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999：154-160.
关键词：单总线技术；温度传感器；串行接口；温室大棚
目前开发的温室计算机控制系统采用了主机终端模式，该模式通过一个主机作为控制中心，负责对其它子系统进行控制管理，该模式不灵活且投入大。分布式计算机系统是计算机控制系统的发展方向，该系统采用了所谓的客户服务器模式。未来的计算机控制与管理是综合性、多方位的，因此温室环境测试与自动控制技术将朝多因素、多样化方向发展。
一、方案论证
温度检测系统有则共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差，又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。所以多点温度检测系统的设计关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。本章就分别对这两部分的设计及具体选型进行方案论证。
（一）传感器部分
方案一：采用热敏电阻可满足40摄氏度至90摄氏度范围内的测温要求，但热敏电阻的精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中，采用单片温度传感器，比如AD590，LM35等，由于这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂。另外，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点测量。即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。
方案二：在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行A/D转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用一定措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。而采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。该芯片的物理化学性很稳定，能用做工业测温元件，且线性较好。当被测温度在0-100摄氏度时，最大线性偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点是采用了单总线的数据传输，它直接输出温度的数字信号。因此由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度测量装置可直接与计算机连接。这样，测温系统的结构就比较简单，体积也不大，且由于AT89C51可以带多个DS18B20，因此可以非常容易实现多点测量，轻松地组建传感器网络。
采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用能有效地避免外界的干扰，提高了测量电路的精确度。
（二）主控单元部分
方案一：此方案采用PC机实现。它可在线编程、可在线仿真的功能让调试变得方便，且人机交互友好。但是PC机输出信号不能直接与DS18B20通信。需要通过RS-232电平转换兼容，硬件的合成及在线调试较为繁琐。而且在一些环境比较恶劣的场合，PC机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦！
方案二：此方案采用AT89C51八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20进行控制工作，也可以与PC机通信。运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机）负责监控，而下位机（单片机）进行多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统，并可实现远程控制。另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。
（三）系统方案
综上所述，温度传感器以及主控部分都采用第二方案。
系统针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想设计了一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用的是RS-232串行通讯标准，通过下位机（单片机）进行现场的温度采集，温度数据既可以由下位机模块实时显示，也可以送回上位机进行数据处理，具有巡检速度快、扩展性好、成本低等特点。
二、硬件电路设计
系统底层电路的功能主要包括：多点温度测试及其相关处理，实时显示温度信息，与上位机通讯传输温度数据。硬件设计主要包括以下几个模块：电源以及看门狗电路，键盘以及显示电路，温度测试电路，串口通讯电路。
三、软件设计
整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。
首先要根据系统的总体功能和键盘设置选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。
四、结论
随着社会的进步和科学技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时还有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。因此，一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统的设计就成为当今的热点。本设计就是在这样的形势下，提出的一种基于单片机的温度测控系统用于温室大棚内温度的控制，以提高大棚农作物的产量，增加经济效益。
参考文献：
[1]曲喜贵.电子元件材料手册[M].北京：电子工业出版社，1989：422- 430.
[2]胡汉才.单片机原理及系统设计[M]. 北京：清华大学出版社，2002：66-85.
[3]吉鹏，马云峰等.单片机原理与接口技术[M].北京：高等教育出版社，2001：158-162.
[4]刘君华.智能传感器系统[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999：154-160.