0 引言
植物的生長都是在一定的環境中進行的，在生長過程中受到環境中各種因素的影響，其中影響最大的是溫度和濕度。若晝夜的溫度和濕度變化很大，其對植物生長極為不利。因此必須對溫度和濕度進行監測和控制，使其適合植物的生長，以提高其產量和質量。
本系統就是針對大棚內溫度、濕度，研究單片機" title="單片機">單片機控制的溫室大棚自動控制，綜合考慮系統的精度、效率以及經濟性要求多方面因素之后，設計一種基于計算機自動控制的大棚溫濕度控制" title="溫濕度控制">溫濕度控制系統。
本系統實現的蔬菜大棚溫濕度控制系統的目標功能如下：
(1)系統能對大棚環境溫濕度進行采集和顯示(現場觀溫、濕度，軟件記錄)。
(2)能通過上位機端遠程設定蔬菜的生長期適宜溫濕度。由主控機統一設置系統時間和溫度濕度修正值。
(3)當大棚的環境溫濕度參數超過設定的上下限值時控制相應的系統啟動。
(4)可實時顯示當前溫度、時間、報警閾值等信息，并可查詢各時間段的溫濕度情況，并加以控制。
1 系統各組成模塊
本系統通過溫度傳感器DS18B20采集溫度，HM1500LF采集濕度，經過含有單片機的檢測系統的進一步分析處理，通過通信線路將信息上行到PC機，在PC機上可對溫濕度信號進行任何分析、處理。用戶可以通過下位機中的鍵盤輸入溫濕度的上下限值和預置值，也可以通過上位機進行輸入，從而實現上位機對大棚內作物生長的遠程控制。如果環境的實時參數超越上下限值，系統自動啟動執行機構調節大棚內溫度和濕度狀態，直到溫濕度狀態處于上下限值內為止。如果有預置初值，且與當前狀態不相等時，系統也會啟動執行機構實時動態調節溫濕度狀態，直到所處的平衡狀態與預置值相等為止。
上位機即PC機使用DELPHI軟件編寫的一個數據庫管理系統，可直接設置溫度的上下限值和讀取下位機的數據，并對下位機內的控制設備進行操作，調節大棚內溫濕度狀態。形成作物生長的走勢圖，從而通過生長走勢圖得出適合各種作物生長的最佳環境參數條件，為今后的溫室種植提供參考。
上下位機之間通過符合串行總線RS 232標準的通信通道以事先約定的協議進行通信。系統原理圖如圖1所示。
2 總體電路及工作過程說明
使用智能溫度傳感器DS18B20進行組網來測量各個采集點的溫度，HM1500LF來采集濕度，單片機AT89S52作為該系統的處理核心，單片機根據溫濕度傳感器檢測到的數據，把各個測量點的溫濕度存儲并顯示在LCD液晶顯示器上，同時顯示在PC機上。
3 數據采集模塊
本模塊主要采用DS18B20采集溫度，HM1500LF采集濕度，由單片機AT89S52作總的控制并顯示與傳輸。具體原理圖如圖2所示。
3．1 溫度傳感器DS18B20
DS18B20是Dallas公司生產的一線式數字溫度傳感器，采用的是單總線數據傳輸方式，數據的輸入、輸出都通過同一條線，因此對時序有很高的要求，為了保證時序，需要做精確的延時，較短的延時可以通過用_nop_()來實現，根據DS18B20的讀寫時序，用到的延時有15μs，45μs，90μs，270μs，540μs等，因這些延時為15μs的整數倍，因此可編寫一個Delay15(n)函數，用該函數進行大約15μs×n的延時，非常方便。程序如下：
有了比較精確的延時保證，就可以對DS18B20進行初始化、數據寫、數據讀。根據時序圖，不難寫出相應的函數。
3．2 濕度傳感器HM1500LF
濕度傳感器HM1500LF是法國Humirel公司生產的一種低價位的線性電壓輸出濕度傳感器，HM1500LF的測濕元件選用濕敏電容，利用電容量與相對濕度的函數關系即可測量濕度。DS2450是美國Dallas公司最新推出的一種符合單總線協議的可組網集成A／D芯片，四個濕度傳感器分別接到一片DS2450的四個模擬電壓輸入通道A，B，C，D上，電路采用+5 V電源供電，必須在上電完畢后向地址1CH寫入40H，使模擬電路永久地保持在工作狀態。利用該電路濕度檢測信號在測量現場就被直接轉換為數字信號，因此HM1500LF和DS2450組合在一起，就構成一個單總線數字濕度傳感器模塊。
4 單片機軟件
整個系統的功能是由硬件電路配合軟件來實現的，當硬件基本定型后，軟件的相應子程序模塊就大體定下來了。單片機程序組成如圖3所示。
4．1 系統的主程序設計
主程序是系統的監控程序，在程序運行的過程中必須先經過初始化，流程圖如圖4所示。系統在初始化完成后就進入溫度測量程序，實時地測量當前的溫度并通過顯示電路在LCD上顯示。程序中以中斷的方式來重新設定溫度的上下限。根據硬件設計完成對溫度的控制。系統軟件設計的總體流程圖如圖4所示。
4．2 DS18B20的子程序模塊
DS18B20子程序調用要經過三個步驟：初始化、ROM操作指令、DS18B20功能指令。
DS18B20的每一次操作都必須滿足以上步驟，若是缺少步驟或是順序混亂，器件將不會返回值。例如這樣的順序：發起ROM搜索指令[F0h]和報警搜索指令[ECh]之后，總線控制器必須返回初始化。
4．3 LCD液晶顯示子程序模塊
液晶的使用首先要復位，其分為內部RESET電路復位和指令程序進行初始化。內部電路復位對電源的要求要滿足如表1，圖5所示的條件才能復位，否則只能用程序進行復位。
4．4 串口通信子程序
單片機和通用微機進行通信時，首先要設置串行口的波特率為9 600 b／s，1位停止位，無奇偶校驗。串口通信程序可以采用查詢和中斷的方式，由于單片機發送子程序的查詢和中斷方式的資源占用是一樣的，故發送采用查詢，接收子程序采用中斷。
4．5 PC機的上層軟件
上位機軟件采用Borland Delphi編寫。Delphi是Borland公司研制的新一代可視化開發工具，具有良好的數據庫訪問能力，是一個非常強大靈活的應用程序開發組件的集合。
上位機軟件主要由實時監測模塊、大棚信息模塊、智能控制模塊、環境參數設置模塊、作物長勢記錄模塊和直接控制模塊6大模塊組成，用戶可以通過界面內作物生長的走勢圖得出最適合作物生長的環境條件。上位機軟件控制界面友好，操作簡單明了，十分適合用戶操作。如圖6所示。
5 結語
本文結合溫濕度測控多點、遠程、高精度等要求設計了一個具有較高精度，能夠實現遠距離通信的多點溫濕度控制系統，以滿足大棚溫室溫濕度控制需要。相對于其他的溫度控制系統，本設計注意了對大棚溫濕度控制系統性能的提高，注重溫濕度控制的遠程化，合理考慮系統的制作成本和使用的方便性。本系統控制界面友好、操作簡單，數據顯示采用表格或圖形的形式，使用戶更方便地查看，同時下位機監測點可根據需要再擴展，系統性價比較高，有較好的實用性。