單片機在人工氣候箱智能控制器中的應用

1 南方冶金學院信息工程學院贛州3410002 贛州市自來水公司 贛州341000

用計算機輔助農業生產，模擬自然環境中與植物生長有關的溫度、濕度和光照等因素 ，創造局部人工氣候；以尋求各種農作物的最佳生長條件，探索植物的生長、發育規律。將使農業獲得高產，保證產品優質，提高農業生產的經濟效益。在計算機輔助農業生產中，人 工氣候箱是農業科學研究的有效工具之一，它是具有光照、加濕功能的高精度冷熱恒溫設備 ，為用戶提供了一個理想的人工氣候實驗環境。人工氣候箱不僅可用作植物的發芽、育苗、組織細胞、微生物的培養；還可用作昆蟲、小動物的飼養，水體分析的bod測定以及其它用 途的人工氣候試驗。它的用途廣泛，是生物遺傳工程、醫學、農業、林業、環境科學、畜牧、水產等生產及科研部門較理想的試驗設備。

人工氣候箱的主要技術指標為：

控溫范圍：有加濕時為20～45 °c；無加濕時為10 ～45 °c（無加濕又無光照時連續工作不超過120 h，控溫下限可控制在4 ～ 10 °c范圍內）

控濕范圍：50%～95%

濕度波動性允差：±10%（當箱內溫度25 °c，箱內濕度80%以上時）

溫度波動性允差：±15 °c

溫度均勻性允差：±2 °c

溫度越限報警：±4 °c

光照度：三級可調，全光照時≥3 000 lx

2 系統硬件設計

根據人工氣候箱的控制要求，該控制器采用atmel公司生產的片內帶8 kb閃速存儲器的高性 能、低功耗cmos單片機at89c52，單片機外部擴展8 kb數據存儲器、3個8位并行口（8255a），系統硬件組成如圖1所示。

溫度和濕度傳感器采用鉑電阻,其感應信號經前置放大、a/d轉換后送入單片機。輸出控制由光電耦合、柵極可關斷晶閘管組成，其中，壓縮機、加濕器和光照設備為開關量輸出 ，加熱器為pwm輸出。

狀態指示采用不同顏色的發光二極管，用于指示加熱、制冷、加濕、上/下越限、飛程序等系統狀態。蜂鳴器用于上/下越限、飛程序、掉電等的報警。

3系統軟件設計

系統軟件采用模塊化結構，主要包括主程序、實時時鐘及watchdog中斷子程序（t2）、pwm輸出控制中斷子程序（t0）、控制參數輸入子程序、碼制轉換子程序、顯示子程序、 延時子程序、溫度及濕度采樣和濾波子程序、控制參數隊列初始指針定位子程序等。系統軟 件固化在at89c52片內的閃速程序存儲器中。

在控制過程中，溫度和濕度梯度及光照度的改變和控制都是基于事先輸入的控制參數進行的，并且一天可設定n個梯度及照度。為此，分別為溫度、濕度和照度設置了一個首尾相鄰的控制參數環形隊列，存放在外部數據存儲器中，如圖4所示。系統軟件根據實時時鐘的值來改變當前指針，從而實現梯度及照度的自動改變和計數。

tc=216－(6×0.1×106)/12=15536=3cb0h

控制系統運行過程中，若干擾破壞了指令指針pc的內容，便會出現“飛程序”，致使系統失控。該系統利用定時器2，再輔以適當的程序構成軟件watchdog，對系統“飛程序”進行檢測和自動恢復。

綜上所述，實時時鐘及watchdog中斷子程序的功能主要有3個：

①實時時鐘；

②控制參數的自動改變和計數；

③軟件watchdog。(限于篇幅，流程圖略)。

4 結語

人工氣候箱原有控制系統采用模擬電路，溫度漂移及元器件的參數誤差對溫度的設定及控制精度影響較大，并且溫度和濕度梯度及光照度的改變不能自動完成，需要人工重新設定，使用很不方便。該系統采用單片機及數字量進行控制，不僅消除了溫度漂移及元器件參數誤差的影響，而且實現了溫度和濕度梯度及光照度的自動改變、計數；人機界面友好、操 作簡單、系統可靠。