朱家麟 鄭祖嶺 馮泉水 徐穎秦

【摘要】基于C51單片機(jī)和PT100溫度檢測技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種帶有太陽能充電功能的大棚溫度自動(dòng)檢測裝置。該裝置由太陽能電池板、A/D轉(zhuǎn)換器、蓄電池、單片機(jī)、溫度檢測電路等模塊組成。通過PT100熱電阻橋式測溫電路，對大棚溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測;利用單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)太陽能電池板和蓄電池之間的充放電管理;利用八位點(diǎn)陣終端顯示實(shí)時(shí)溫度值。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證裝置性能穩(wěn)定，運(yùn)行良好。

【關(guān)鍵詞】太陽能;單片機(jī);PT100熱電阻;溫度檢測。

Vegetable greenhouse temperature detection device with solar charging function

Jialin Zhu，Zuling Zheng，Quanshui Feng，Yingqin Xu

（School of IoT Jiangnan University，Jiangsu Wuxi，214122，China）

Abstract：the design of the automatic detection device with a solar charging function of greenhouse temperature bases on C51 MCU and PT100 temperature detection technology.The device comprises by a solar panel，battery，A/D converter，microcontroller，temperature detection circuit module.Through the PT100 thermal resistance bridge measurement circuit，the automatic detection device monitor greenhouse temperature in real time;using single-chip microcomputer control technology to realize the management of charging and discharging between the solar panels and batteries;the eight dot matrix display real-time temperature.The device runs stably and well in the experiment.

Keywords：Solar energy;Microcontroller;PT100;Temperature detection.

1.引言

溫度是影響蔬菜生長的主要因素之一。每一種蔬菜的生長對溫度都有一定的要求，在適宜溫度范圍內(nèi)，蔬菜生長、發(fā)育正常;超過其所能承受的最高和最低溫度臨界值后，蔬菜的生長就會受到嚴(yán)重影響。因此為了確保植物的最佳生長溫度，需要對大棚溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。本文基于單片機(jī)和傳感器等技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套帶有太陽能充電功能的大棚溫度自動(dòng)檢測裝置，既能實(shí)時(shí)檢測蔬菜大棚溫度，同時(shí)利用太陽能供電，方便又環(huán)保。

圖1 裝置組成原理圖

2.設(shè)計(jì)原理

帶有太陽能充電功能的蔬菜大棚溫度檢測裝置是以AT89C51單片機(jī)[1]為控制中心，軟硬件相結(jié)合的一種自動(dòng)裝置，由太陽能電池板、A/D轉(zhuǎn)換器、蓄電池、單片機(jī)、溫度檢測電路、放大和顯示電路等7大模塊組成，組成原理如圖1所示。利用分壓電路分別對蓄電池和太陽能電池板的電壓進(jìn)行采樣，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)中處理;單片機(jī)輸出信號經(jīng)光耦驅(qū)動(dòng)電路控制充放電路的開啟與關(guān)閉。當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到最大值14.5V時(shí)，太陽能電池停止充電，當(dāng)?shù)竭_(dá)最低值8.6V時(shí)，太陽能電池開始充電;采用溫度傳感器PT100檢測大棚溫度;采用串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;由單片機(jī)控制LED八段數(shù)碼管對大棚溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

3.電路原理與功能實(shí)現(xiàn)

3.1 電壓采樣電路

電壓采集電路采用兩個(gè)電阻串聯(lián)組成的分壓電路，其電阻值比例為4：1。使用時(shí)，將串聯(lián)電路兩端并聯(lián)在需要檢測的電路兩端，則采集電壓為U0=Ux/5，Ux為被測電壓。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

圖2 A/D轉(zhuǎn)換電路

采用ADC0809對采樣電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換[2]，電路如圖2所示。該芯片采用脈沖啟動(dòng)方式，只要給其控制端加一個(gè)符合要求的脈沖信號即可啟動(dòng)芯片工作。正常工作時(shí)，單片機(jī)ALE端子發(fā)出脈沖信號，經(jīng)74LS74四分頻送入ADC0809的CLK端子啟動(dòng)其工作，同時(shí)啟動(dòng)緩存器74LS373;單片機(jī)P0端發(fā)送信號經(jīng)緩存器74LS373送人ADC0809的3個(gè)ADD端口，使ADC0809的IN0端子選通，溫度信號輸入;EOC為轉(zhuǎn)換標(biāo)志信號，EOC為低電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行;EOC發(fā)出高電平是，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束;轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由ADC0809的D0-D7端子經(jīng)CD4001或非門送入單片機(jī)P0口讀取。

3.3 充放電電路

充放電電路由防反充二極管D13、濾波電容C7、續(xù)流二極管D1、MOSFET驅(qū)動(dòng)管Q3和Q4等構(gòu)成。陰天或晚上時(shí)，太陽能電池電壓可能會低于蓄電池電壓，此時(shí)D13就可以阻止蓄電池對太陽能電池反充電，確保了蓄電池電量不浪費(fèi)?？刂崎_關(guān)Q3的通斷，可以控制太陽能電池板對蓄電池充電;控制開關(guān)Q4的通斷，可以控制蓄電池對溫度檢測電路等負(fù)載供電。電路工作時(shí)，單片機(jī)在A、B端口加正向電壓，光耦管導(dǎo)通;反之，光耦管斷開。U11與U12分別控制Q3和Q4通斷;C端子連接ADC0809的IN0，將采集的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號[3]。

3.4 溫度信號的獲取與放大

由于PT100溫度傳感器具有穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓、測溫范圍大等優(yōu)點(diǎn)，適合蔬菜大棚復(fù)雜環(huán)境的溫度檢測[4]，因此設(shè)計(jì)中選擇PT100獲取溫度信號。實(shí)現(xiàn)電路如圖4所示。當(dāng)大棚內(nèi)溫度變化時(shí)，熱電阻橋式測溫電路將其檢測出并轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)電壓放大器LM324放大后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后送入單片機(jī)管理和顯示。

圖3 充放電電路

3.5 LED顯示電路

LED顯示電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式，本設(shè)計(jì)采用靜態(tài)顯示。顯示器由3個(gè)LED數(shù)碼管組成，輸入有11個(gè)信號，分別是8個(gè)段選信號和3個(gè)位選信號INT1、RXD、TXD。當(dāng)其中1個(gè)位選信號為高電平時(shí)，選通對應(yīng)的數(shù)碼管，接收來自單片機(jī)P1.0～P1.7端口的高低電平并顯示對應(yīng)的數(shù)字。單片機(jī)控制三個(gè)數(shù)碼管輪流選通，分別顯示溫度的十位、個(gè)位和十分位。

圖4 溫度信號采集與放大電路

4.結(jié)論

帶有太陽能充電功能的蔬菜大棚溫度檢測裝置，主要是利用太陽能作為動(dòng)力能源，以AT89C51單片機(jī)為控制中心，實(shí)現(xiàn)蔬菜大棚溫度的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測與顯示。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證，把構(gòu)建的電路放在各種環(huán)境下進(jìn)行測試，檢測的結(jié)果與環(huán)境溫度基本匹配，可以達(dá)到預(yù)期的性能要求，且運(yùn)行可靠。本裝置合理利用了太陽能，提升了裝置性價(jià)比，操作簡單方便，易于實(shí)現(xiàn)和管理，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：2013年江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目。

作者簡介：

朱家麟（1993—），男，江蘇鹽城人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，主要從事自動(dòng)控制與監(jiān)測技術(shù)研究。

通信作者：徐穎秦（1965—），女，江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院副教授，主要從事自動(dòng)控制技術(shù)研究。