温室自动控制电路的研究

秦颖（长春理工大学光电信息学院）

韩成浩（长春建筑大学）

摘   要

本文介绍用P89V52（CPU模块），AM2301（温湿度传感器），ZY1730(语音模块)，LED(显示模块),加温系统，洒水系统等部分组成的温室自动控制电路。本文着重介绍了新器件材料AM2301，ZY1730和显示电路的应用。也介绍了现场一些对干扰信号所采取的抗干扰政策之硬件和软件设计思想等。并指出从该控制系统原理出发，只要改变软件的有关设计即可方便的组成其他多种非线性控制系统。

一、             引   言

温室自动控制系统这一工程是从我的一个学生的毕业设计而来的，当时的题目是温湿度测量仪。我们用的第一套方案是温室手动控制系统。但随着社会的发展，手动控制系统已经跟不上生产力的发展。只好另辟蹊径，全身心的研究自动控制系统。

二、             主要性能

1.功能

(1)温湿度传感器：采集室内温度和湿度，传送至中央处理器。

(2)显示器：显示当前温度（前三位）和湿度（后三位）。

(3)自动控制调节电路：当温度出现异常，会自动触发洒水系统和加温系统，洒水和加温。

(4)当温度或湿度持续偏高或偏低时，会发出语音报警功能。

2.技术指标

(1)测温度、湿度的范围：温度（0℃~80℃）±0.4℃，湿度（0~100%RH）±3.0%RH。

(2)显示精度：0.5%±1个字。

(3)电源电压：直流3.3V~5.5V。

(4)响应时间：8S（tau63%）

三、总体方案设计

系统主要分为五部分（温湿度采集电路，单片机数据处理电路，温湿度显示电路，洒水系统和加温系统）如图1所示：

图1  温室自动控制系统

1.温湿度采集电路部分

图2   AM2301数字温湿度传感器          图3  AM2301与单片机的连接

AM2301数字温湿度传感器（如图2所示）是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。AM2301采用单线制串行接口，即DATA用于微处理器与AM2301之间的通讯和同步，采用单总线数据格式,一次通讯时间5ms左右,具体格式在下面说明,当前数据传输为40bit,从高位开始传送。

数据格式:40bit数据=16bit湿度数据+16bit温度数据+8bit校验和

例子： 接收40bit数据如下：      

        0000 0010 1000 1100 0000 0001 0101 1111 1110 1110

                 湿度数据        温度数据        校验和

            湿度高8位+湿度低8位+温度高8位+温度低8位=的末8位=校验和

            例如：0000 0010+1000 1100+0000 0001+0101 1111=1110 1110

            湿度=65.2％RH    温度=35.1℃     

用户主机（MCU）发送一次开始信号后,AM2301从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后, AM2301发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集。（注：主机从AM2301读取的温湿度数据总是前一次的测量值，如两次测量间隔时间很长，请连续读两次以获得实时的温湿度值）,并且与单片机连接简单如图图3所示。

2.语音报警部分

语音报警芯片ZY1730适用多种电子系统的语音录放模块，ZY1730使用模拟处理存储方式，音频数据直接存储在固体存储器中无需数据压缩，提供更优质的语音和音乐在现，没有异常的背景噪音，且电路断电后语音内容不会丢失。一个最小的ZY1730录放系统仅ZY1730的应用电路如图4所示：

图4  语音报警电路图

工作方法：S1为录音键，S3为播放键，S5为擦除键，操作时录音键按下不动，麦克风对准音源，放音时按一下S3键即可。

3.温湿度显示部分

温湿度显示电路，采用FYD12864-0402B液晶显示模块，它是一种具有4位/8位并行，2线或3线串行多种接口方式，内不含有国标一级，二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。其显示分表率为128*64，内置8192个16*16点汉字和128个16*8点ASCII字符集，利用模块灵活的接口方式和简单方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面，可以显示8*4行16*16点阵的汉字，还可以完成图形显示。如图5所示FYD12864-0402B液晶显示模块与单片机的连接。

图5   FYD12864-0402B液晶显示模块与单片机的连接

4.控制信号输出部分

本论题控制部分采用MOC3063来控制加温系统和洒水系统。MOC3063是一个过零触发的光电双向可控硅开关，本系统采用的驱动电路如图6所示：

图6  MOC3063构成的光电开关

本电路的好处是可以直接用单片机来控制，也可以用5V电源来驱动，MOC3063构成的开关电路好处在于不会产生接触火花，会对周围器件产生影响，缺点在于开关上常有小电流电压。使用时将其接在单片机P2.0上即可控制。

四、             总结

温室自动控制系统如图7 所示：

数据采集中的温度湿度检测技术一直是工业控制一个热点。本文以这样一个具有挑战性的问题为前提，应用了各种先进芯片，将其具体到了生产生活当中。本工程做了很长一段时间，经过不断测试和完善，技术不断的更新改进，这样才得到最后的成功！（本系统的软件部分为产品的保密性省去）。