日光温室双路可调温度控制器的设计

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1、日光温室双路可调温度控制器的设计贾宇琛，李岩，肖珂（河北农业大学信息科学与技术学院，保定071001）摘要：为了实现日光温室内温度的自动化控制，采用温度传感器采集信号，经控制电路处理后开启终端执行设备以调节温室内的温度。温度采集部分采用温度电压线性正比传感器LM35，使电路简单，参数精确，并采用双路可调的设计方案，将单一温度感应升级为温度范围的感应，另外配有实时的温度显示电路，更具可操作性。关键词：温度调节；继电器；集成运放；温度传感器《农业网络信息》2010年第8期研究与开发随着我国农业机械化的发展

2、，农业设施智能化是今后农业发展的强大动力。设施农业的日光温室是实验智能化的先驱，而温室的温度控制历来都是最重要但也是最难处理的问题。传统的处理方法是温度计查看后再人工处理，实时性差且占用大量的人工资源。若采用计算机网络控制又需要很高的成本且野外布线困难。本研究设计了一款应用温度传感器采集信号、经运算和比较后控制制冷与制热设备的日光温室温度调节控制器，并将温度信号以及基准信号经A/D转换后显示在LCD显示器上，从而实现了温室内温度的自动化调节。该控制器的特点是耗电量小、体积小、实时性强、操作简单、精度高

3、。1设计原理可以模块化设计形式说明此设计的原理，图1为其组成框图。1.1温度感应模块温度感应模块即信号采集电路，负责实时感应棚内温度，由温度传感器LM35及滤波电路构成。LM35系列是精密集成电路温度传感器，其输出的电压线性地与摄氏温度成正比。温度每升高一度，感应电压升高10mv。当温度为零度时输出为0mv，比按绝对温标校准的线性温度传感器优越得多。LM35系列传感器生产制作时已经过校准，输出电压与摄氏温度一一对应，使用方便。其灵敏度为10.0mV/℃，精度在0.4℃至0.8℃（-55℃至+150℃温

4、度范围内），重复性好，低输出阻抗，线性输出和内部精密校准使——21其与读出或控制电路接口简单和方便，可单电源和正负电源工作，适用于远程应用。在对信号的采集过程中，考虑到了温度信号转变成电压信号的不稳定性和含噪性，应用了低通滤波器进行滤波处理，滤除谐波。1.2温度控制模块温度控制模块负责设定棚内基准温度并判断是否传输信号采集电路给的信号，包括信号比较电路与信号传输电路两部分。温度控制模块分别控制加热电路与制冷电路两路，设定温度为某一个范围。信号比较电路应用集成运放电路构成、单限电压比较器，预设电压为大棚

5、内最合适的温度，加热部分与制冷部分分别为棚内温度的上下限。当温度传感器感应输出的电压信号高于预设参考电压时，比较器应输出正值，否则为负。对于参考电压的设置，用一个电阻与滑动变阻器串联的形式进行控制，考虑到实用性，滑动变阻器尽量选用单旋钮的，便于操作。比较输出的信号经过由三极管构成的共集电极电路稳定输送给终端执行电路。共集电极电路的特点是输入输出同相，输入电阻很大，输出电阻很小，有很好的带负载能力，适用于做缓冲电路。1.3终端执行电路终端执行电路负责开启制冷或制热设备，采用集成运放构成的比例运算电路控制

6、EMR171A24继电器的通或断，而继电器控制220V的电源，从而控制终端制冷或制热设备的开启或断开。采用比例运算电路控制继电器的原因是比例系数为可调的常数，设计方便且容易调节。反相比例运算电路的原理是在电路中由电阻引入交流的电压并联负反馈，而电阻参数调节极其简单，其运算关系为：1.4显示电路显示电路由三个显示器组成，分别为棚内感应温度、上限温度和下限温度，其中上下限温度为人工可调。显示电路由A/D转换器与LCD显示屏组成。2电路设计2.1信号流向框图电路的设计需要确定各模块的输入输出信号以及信号的流

7、向，图2为温度信号的流向图。根据信号的性质与流向确定各部分的电路形式以及各器件的型号与参数。2.2各部分电路信号采集电路应用了LM35型号的温度传感器将温度信号转换为电压信号，应用了低通滤波器滤除谐波。比较器电路采用双路可调门限的单限电压比较器，由于传感器电路输出的电压幅值较低，因此比较器的门限电压设置必须很低，低至mV级，所应用的电位器阻值也必须很小。制冷一路基准信号设置在反相输入端，温度电压大于门限则输出正值控制继电器使制冷设备打开。加热一路基准信号设置在同相输入端，温度电压小于门限则输出正值控制

8、继电器打开加热设备。比较器所应用的集成运放型号是LM324，此电路的优点包括：工作电压范围较宽，可以低至3V或者高到32V；静态电流小，是普通放大器静态电流的五分之一；价格便宜。缓冲电路采用单管共集电极电路，采用直流12V供电，静态工作点设置较低使其动态范围更宽。采用同相比例运算实现对继电器电路的控制时，由于同相比例电路参数匹配比较繁琐，因此比例运算部分采用两路反相比例运算电路级联的形式实现。另外，测得EMR171A24继电器在14.5V左右可开启，则设