冬季塑料大棚供暖远程测控系统

冬季塑料大棚供暖远程测控系统
1 引言
随着我国国民经济的发展，人民的生活水平日益提高，冬季大棚蔬菜的市场日渐扩大，尤其是北方地区在寒冷的冬季用塑料大棚栽培蔬菜，更体现出经济价值。

仅靠南菜北调长途运输，一是成本高，二是运到目的地，蔬菜已经不新鲜了，所以，依靠农业科技，大力推广塑料大棚种植蔬菜能更好地满足人民生活需要，这也是国家菜篮子工程所包括的内容。

冬季塑料大棚蔬菜最重要的一个管理因素是温度的控制。

温度太低，会发生蔬菜冻死或者停止生长，所以要将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。

如果仅靠人工控制既太耗人力，又容易发生差错。

因此，本文设计的智能化供暖系统，就显得很有必要。

2 系统主要部件说明
我们采用AD590 集成温度传感器作测温探头，以电流输出量化为温度指示。

测温范围为- 50C ~ +150C。

电流温度灵敏度为1!A/ 1C，当温度每变化1C时，传感器输出电流变化1!A。

AD590 集成温度传感器由于在制作工艺上采用了激光微调修正技术，器件的一致性、均匀性、线性度都非常好，应用中不需要再设计线性化电路。

它的输出电流正比于绝对温度，可作为精确测温器件或作为其他温度元件的校正器件，其测量精度可达10.1C，而且它作为一种正比于温度的高阻电流源，抗干扰能力也很强。

由以上所述优良特性，AD590 传感器用作塑料大棚土壤温度的测量，其误差完全可以忽略不记。

模数转换器采用ADC0809 型号的8 位芯片，模数转换器的功能就是将模拟信号转换成数字信号。

比较器是采用数字比较器，数字比较器能对多位数码进行比较，先比较最高位，如果标准温度的最高位大于实测温度的最高位，不论其他各位数码情况如何，则标准温度大于实测温度。

反之，若标准温度的最高位小于实测温度的最高位，则标准温度小于实测温
度。

如果标准温度的最高位等于实测温度的最高位，则比较两数的次高位，再来决定大小，依次类推。

用智能控制组件的MCS-8051 型号单片机是有40 个引脚的双列直插式芯片。

数模转换器采用DAC98B1 型号的8 位芯片，数模转换器可以看着是一个译码器，它将输入的二进制数字信号转换为模拟信号。

并行I/ 0 接口是采用Intel 8255A 通用I/ 0 接口芯片，它可用程序来改变功能，通用性强，使用灵活，通过它可直接将CPU 总线接向外设。

模拟信号放大器是由晶体管放大电路完成。

电子开关由集电极接有常开继电器的三极管构成。

DV2O2O5 型号电加温线是DV 系列电加温线的一种，使用温度!4OC。

系统主电源使用的是22OV 交流电。

设定北方冬季塑料大棚内的标准温度为2OC ~25C，这样可选择栽培适合这个温度条件下的蔬菜作物。

当然，温度是自行设定的，主要取决于栽培什么作物，原理一样。

这里选择冬季市场看好的番茄、青椒、黄瓜、豇豆等蔬菜。

远程测控终端用JY-RTU6640-M提供设备状态指示灯，方便设备维护；宽电压供电范围：7V-30V；带RS232、RS485(232也转为485的情况下，可以有两路485)；内置大容量SPI-flash(容量可选1Mbit-64Mbit)，实现数据的长时间本机保存（需定制）；6路AD仿真量输入(12位)，输入电压为0-30V，也可以测量4-20mA工业电流信号；6路继电器输出控制、4路光耦输入输出控制(输入和输出的位数自选)；内置RTC，掉电可自动计时，定时定点唤醒，需定制；高效的电源管理设计，在对功耗要求严格的场合，实现低功耗节能，延长工作时间，需定制；传输支持多种协议，我公司自定协议和Modbus协议(ASCII、RTUModbus TCP)完美支持；Modbus从机工作模式：标准从机、从机主动回传；Modbus主机工作模式：标准主机、主机不巡检；数据远程传输支持GPRS、以太网等；
供暖系统的工作过程见图l。

温度传感器AD59O 首先对塑料大棚现场温度进行测量，输出与温度成正比的电流，流经与传感器AD59O 相连接的电阻R 产生随温度变化的电压降。

! 值为2k!，温度每变化lC时，! 两端电压将变化2mV。

由于AD59O 输出电流与绝对温度成正比，即当温度为OC时，AD59O 将有273.2"A 电流输出，!上产生电压降为O.5464V。

本方案是以北方地域冬季为背景而设计的，考虑到北方冬季室外气温一般都在OC以下，则假定传感器AD59O 测到的实际温度为- 25C时，传感器AD59O 有电流输出为248. 2"A，R 上产生O. 4964V的电压降，此电压进入晶体管放大电路进行模拟信号放大，经模拟信号放大器放大后的模拟信号输入A/ D 模数转换器，经模数转换输出数字信号送入数字比较器。

单片机中已预置了由软件设定好的2OC ~ 25C范围内的温度上限值和下限值的标准温度，其值是以与十进制数相对应的842l 代码数字信号表示的，此数字信号也送入数字比较器与A/ D 模数转换器送入的实测温度数字信号进行比较。

比较结果分为 3 种情况：“大于”、“等于”、“小于”，这里不讨论“小于”的情况，因为比较结果相等时，电源就自动断电，塑料大棚内停止加热了，不存在设定标准温度值小于实测温度值的情况。

当实测温度低于设定标准温度时，数字比较器输出一个高电平送入状态触发器，向CPU 发出中断请求，采用D 触发器作为状态触发器，因为中断源要能发出中断请求信号，且这个信号能保持到CPU 响应这个中断以后，才清除原来的中断请求信号，D 触发器满足以上条件。

这时D 触发器为“l”，CPU 内部的中断允许触发器也为“l”，即开中断时，CPU 在现行指令执行结束后响应中断.
CPU第一步首先屏蔽掉同级或较低级的中断申请，内部自动实现关中断。

第二步，保留断点，把断点处的IP 和CS 推入堆栈保留，以备中断处理完毕后能返回主程序。

第三步，保护现场，为了使中断处理不影响主程序的运行，故要把断点处的有关的各个寄存器的内容和标志位的状态推入堆栈保护起来。

第四步，进中断入口，转入相应的中断服务程序，并开始执行中断服务程序（见图3）。

在中断服务程序执行完后。

接着第五步还要恢复现场，把所保存的各个内部寄存器的内容和标志位的状态从堆栈弹出送回CPU 中的原来位置。

第六步，开中断与返回，在中断服务程序的最后要开中断，以便CPU 能响应新的中断请求。

最后还要安排一条返回指令，将堆栈内保存的IP 和CS 值弹出，运行就恢复到主程序。

CPU 执行完中断服务程序后送出一个控制信号到并行接口8255A（数据端口A，工作在方式l，端口C 的PC7、PC6、PC5 作控制）。

CPU 发出的控制信号经并行口输出到D/ A 数模转换器，输出一个模拟控制信号送到模拟信号放大器，经过晶体管电路放大，输出一个被放大了的模拟信号用来驱动电子开关，送到与集电极串接常开继电器的三极管电子开关上。

当电流从集电极流出，常开继电器闭合，接通加热电源，给大棚蔬菜供暖。

这时电加温线加上了电，开始给土壤加热。

当实测温度等于设定标准温度时，数字比较器输出一个低电平送入数据寄存器，假定是BL 寄存器。

在单片机的软件里有传送指令将OOH 操作数送至CPU 的累加器AL 中以及输出指4EE4将AL 中的OOH 送至单片机某个输出端口。

5 结束语
冬季大棚蔬菜管理最重要的一个因素就是温度的控制。

设计的冬季塑料大棚供暖系统实现了自动测量和自动控制温度，将大棚内温度始终控制在适合蔬菜生长的范围，代替了人工控制，降低了成本，给社会带来经济效益，对菜篮子工程的实施起到了不可低估的作用。

本文以栽培蔬菜为例，也可以栽培鲜花等。

自动供暖系统中用作控制组件的核心MCS-8051 单片机也可采用其它的机种，其原理相同。

本文中的有关数据是理论计算值，有的已经实践检验是完全正确的。