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3.1 信號采集單元
信號采集包括溫度采集和濕度采集。DS18B20溫度傳感器采集溫室內的環境溫度，并直接轉化為數字信號送入單片機進行處理，DS18B20傳感器掛在單 片機的P0.7口線上；HS1101濕度傳感器采集溫室內的環境濕度，利用其等效電容的變化與濕度的關系，組成多諧振蕩器，單片機檢測振蕩頻率計算出濕 度，HS1101傳感器組成振蕩電路，其輸出連接在單片機的P2.X口上，溫、濕度檢測接口電路如圖2所示。
3.2 核心控制單元
本系統采用STC89C54RD+單片機作為下位機內核，它是一種低電壓、高性能的CMOS 8位單片機，片內含有16 KB可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和1 280 B的隨機存取數據存儲器、32個I/O口線、3個16位定時/計數器、一個6向量兩級中斷結構、一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路，指令代碼完 全兼容傳統的MCS-51系列單片機，具有ISP在系統編程功能，利于在線調試和產品開發。溫室內的溫度通過DS18B20采集送入單片機的P0.7口； 濕度轉換為頻率送入單片機的P2.X口，采集的環境參數交替在顯示器上顯示。同時，采集的環境參數通過P3.0和P3.1引腳至接口芯片MAX1483輸 送至上位機進行處理，并等待上位機發送的控制命令，控制相應的執行機構。本系統的下位機與上位機之間的串口通信采用符合RS-485電氣標準的 MAX485芯片，其抗干擾能力強，共模抑制比高，當以100 kb/s的速率傳輸時，可傳送的距離為1.2 km，能實現多點對多點的通信，很好地解決了溫室分布零散和集中管理的矛盾，非常適合溫室規模擴大時測控系統的擴展，其硬件電路如圖3所示。
3.3 環境控制執行單元
系統自動檢測溫室內的溫度和濕度，控制執行單元驅動通風機、加熱器、噴淋水泵、遮陽幕簾等設備，是智能控制系 統的執行者。控制系統啟動后檢測溫室內的溫度，當溫度低于設定值時，啟動加熱循環水升溫。本系統在植物底部和溫室上方安裝熱水管道進行加溫，管道內水溫控 制在60～80℃，底部加溫對植物的健康成長十分有益；上方管道加溫使溫室加熱均勻，有利于植物生長。當溫室的溫度高于設定值時，開啟通風機降溫；若濕度 低于某設定值時，啟動噴霧水泵增濕，反之，啟動通風機去濕。
系統硬件電路如圖3所示，單片機的P1口輸出控制信號，實現對溫室內各環境參數的調節，為避免電機產生的電磁干擾，采用光電耦合器隔離單片機I/O口與驅動電路。
4 溫室控制系統軟件設計
本系統軟件采用模塊化設計，C語言編寫。考慮到溫室多參數控制的復雜性，本系統采用優先調節原則，即在溫室環境溫度、濕度等要素中選擇1個作為主要的控制 要素，然后再對其他要素進行控制，這樣做的目的是減小系統控制復雜度。控制過程中考慮到檢測和控制需要經過一段時間的延時，如溫室噴霧后的一段時間內，空 氣水霧影響空氣濕度正常檢測的問題等[5]。
軟件設計中的程序模塊主要包括主程序、溫度采集子程序以及顯示子程序等。系統主程序流程如圖4所示，系統正常運行前首先進行初始化，設定溫室內植物生長所 需的溫度和濕度參數。然后檢測溫室內的主要參數——溫度，調用溫度采集子程序，與設定值比較判斷并進行相應的處理，若溫度合適，再檢測其濕度參數。
溫度采集子程序流程圖如圖5所示[6]，溫度采集使用的是一線式數字溫度傳感器DS18B20，其工作過程嚴格遵循單總線協議。主機首先發一個復位脈沖， 使所有掛在總線上的DS18B20芯片復位，接著發送ROM操作命令啟動數據轉換并延時等待。工作中系統對DS18B20的操作以ROM命令和存儲器命令 形式出現，其中ROM操作命令均為8位長，命令代碼分別為：讀ROM(33H)、匹配ROM(55H)、跳過ROM(CCH)、搜索ROM(F0H)和告 警搜索(ECH)命令。存儲器操作命令為：寫暫存存儲器(4EH)、讀暫存存儲器(BEH)、復制暫存存儲器(48H)、溫度變換(44H)、重新調出 EERAM(B8H)和讀電源供電方式(B4H)命令等。單片機采集溫度時，需要先發1個保持480 μs～960 μs的低電平復位脈沖，然后釋放總線，等待DS18B20的應答信號。DS18B20在接收到復位脈沖后等待15～60 μs發出應答脈沖，應答脈沖保持60～240 μs。單片機從發送完復位脈沖到再次控制總線至少需要等待480 μs才能進行讀寫操作。
利用DS18B20溫度傳感器檢測溫度，實現單總線掛接多個傳感器對多點或多室溫度進行檢測，但實際應用中單總線上傳感器多于8個時，系統程序運行不正常，而線纜過長也造成測溫數據錯誤，在現場布線中使用屏蔽電纜減少環境干擾。
植物溫室智能控制系統采用先進的傳感器技術和單片機技術，對環境的溫度和濕度等參數進行檢測及控制，集監、控、管于一體的溫室智能化監控系統，實現了對植 物生長環境的智能化控制，改變了傳統溫室依靠人工操作的缺點，且基于單片機的控制系統實現了智能化、節能化、網絡化，是現代溫室智能控制的發展方向。
參考文獻
[1] 張瑞華.溫室環境自動監控[J].計算機與農業，2005(2)：8-10.
[2] 馬云峰.單片機與數字溫度傳感器DS18B20的接口設計[J].計算機測量與控制，2002，10(4)：278-280.
[3] 李俊，張曉東.基于單片機的溫濕度檢測與控制系統研究[J].單片機開發與應用，2008，24(2)：116-118.
[4] 朱亞東，師帥兵，胡磊.谷物濕度測量系統的設計[J].農業化研究，2009(4)：87-89.
[5] 劉美琪，馬斌強，李寶杰，等.多信息融合的智能溫室控制系統研究[J].河南農業大學學報，2009，43(2)：182-185.
[6] 周超，初從穎，侯朋飛.基于DS18B20的大棚溫控系統設計[J].中國高新技術企業，2009(10)：11-12.
