0引言
在人们日常的生活当中，温度作为环境因素的重要组成部分，影响着人们生产生活的方方面面。而就如何准确的预知和掌控温度便成为了人们在提高生产效率、降低生产成本、减少生产损失的关键性因素。随着信息化时代的到来，有关预知和掌控温度的电子信息产品正在不断的步入农业、制冷、日常生活等多个领域。如冰箱、空调等设备的气温调节、预防火灾的报警装置都是利用电子设备来达到预知和控制温度的目的。其主要优点便是在传统设备的基础上，安装了自动警报装置和调控温度的功能。不仅增加了装置的实时性和安全性，也增加了生产作业的效率、降低了生产作业的成本，释放了人力。因此，对这种精度高、成本低的自动化温度监测装置的研发具有重要意义。
基于此，本文所构建的是一种以MSP430G2553单片机为核心，与温度传感器和步进电机相结合的一种温度监测装置。并且通过所监测的温度值来判断和控制步进电机的工作状态。在农业生产领域，该装置可根据环境温度的变化来实现大棚自动开启和闭合的目的，以此来保证农作物所需要的生长环境。
1系统总体设计方案
基于MSP430单片机与温度传感器和步进电机装置的设计由温度监测、步进电机控制、信息显示三部分组成。当该装置安装完毕并且启动工作后，用户可根据自身的需要选择自动工作模式和手动工作模式。
选择自动工作模式时，用户需将大棚内农作物的最适宜生长温度存储到单片机中。存储完毕后，温度传感器DS18B20便会测量大棚内的环境温度，并根据所测的温度值与MSP430G2553单片机所存储的农作物最适宜生长温度值作比较，若所测温度大于最适宜农作物生长温度，单片机便会控制步进电机顺时针旋转，来达到开启大棚降低棚内温度的目的。反之，若所测温度小于最适宜农作物生长温度，单片机便会控制步进电机逆时针旋转，来达到关闭大棚升高棚内温度的目的。
选择手动工作模式时，用户可根据温度传感器DS18B20所测的温度值，并依靠自身的经验，人为的判断大棚是否开启或关闭。开启或关闭的操作，需用户手动按下装置上的按键，共有五个按键，分别对应步进电机的开启、关闭、停止、顺时针旋转、逆时针旋转五种工作状态。
无论是自动工作模式，还是手动工作模式。温度传感器都将对棚内温度进行监测，并显示到LCD12864液晶显示屏上，方便用户对棚内温度信息的提取。
1.1按键消抖的实现
在使用按键时，使用人员或硬件本身存在不可避免的弊端会导致按键抖动的情况出现，即会出现干扰抖动杂脉冲波。如果放任这种情况不去管它，在一定程度上，会影响装置的使用和用户的体验。故需对按键进行消抖处理，在通常情况下，按键具有两种消抖模式，一个为硬件消抖，一个为软件消抖。在该装置的设计中采用的是软件消抖的方式，即使用软件延时再检测的方式进行消抖。该种消抖方式，一方面可以降低硬件部分的组装难度和成本；另一方面，可以随时调整延时的数值进行调试，较为灵活。
1.2温度监测部分
温度监测主要依靠的是温度传感器DS18B20与单片机之间的通讯，DS18B20温度传感器采用的是单线接口的方式，故与MSP430G2553单片机进行双向通讯的时候，只需一根总线即可。而在通讯的时候，利用单片机与温度传感器之间的高低电平的发送接收和在发送时所产生的时间间隙，来实现对温度传感器的时序初始化和读写操作的目的。
1.3步进电机控制部分
步进电机的控制，主要依靠PWM脉宽调制技术和PID控制技术。在硬件上，由于单片机上的I/O口的驱动能力较为有限，故需在外部布置驱动电路，依靠驱动电路来增加装置的驱动能力和步进电机的转动速度，使其系统性能达到最佳的状态。
1.4信息显示部分
信息显示部分的核心部件便是LCD12864液晶显示屏，该种类的液晶显示屏是将液晶显示器、连接件、集成电路、线路板等组合在一起的器件。由128×64个像素点组成，可对字符符号、数字、字母、汉字进行显示。根据用户和实际运用的需要可选择并行连接方式和串行连接方式。根据指令表和随机存储地址与字符显示区域表可以将所需要显示的信息显示到液晶屏的任何一个位置。
2.硬件总体框图
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3小结
综上所述，本文所构建的是一种基于MSP430单片机与温度传感器和步进电机装置的设计，依靠MSP430G2553单片机与各部件的连接来实现温度监测和控制步进电机工作的目的。将传统的农业大棚生产方式走向自动化、现代化的生产模式。在释放了人力，降低了生产成本的同时，还提高了对于环境温度监测的实时性。对提高农作物的存活率和产量具有重大意义。
基金项目：嘉兴学院南湖学院大学生研究训练项目（项目编号：NH85179324）
论文作者:吴家骏,姬红旭,刘颜娇,苏月月,王昕蕾
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
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