蜂箱內(nèi)多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)

呂俊峰，張志偉，2，3

(1.中北大學(xué)儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030051;2.中北大學(xué)電子測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030051;3.中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，山西太原030051)

伴隨工業(yè)科技、農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，溫度測(cè)量需求越來越多。在蜜蜂養(yǎng)殖過程中，要將蜂箱控制在最佳的溫度就必須通過大量溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。而人工的溫度檢測(cè)不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)也會(huì)干擾到蜜蜂的正?；顒?dòng)，不利于獲得科學(xué)的數(shù)據(jù)，本研究目的旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂箱內(nèi)多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度。蜂箱內(nèi)的溫度檢測(cè)需要考慮到溫度檢測(cè)設(shè)備對(duì)蜜蜂活動(dòng)的影響，要將對(duì)蜜蜂活動(dòng)的影響減少到最低。基于這方面的考慮，最終選擇了體積小的PN結(jié)溫度傳感器作為測(cè)溫的元件。

1 PN結(jié)溫度傳感器的工作原理

晶體二極管或三極管的PN結(jié)的結(jié)電壓是隨溫度而變化的。例如硅管的PN結(jié)在溫度每升高1℃時(shí)，其結(jié)電壓下降2 mV，利用PN結(jié)這種對(duì)溫度敏感的特性，直接采用二極管來做PN結(jié)溫度傳感器。這種傳感器有較好的線性，尺寸小，其熱時(shí)間常數(shù)為0.2 s～2 s，靈敏度高。測(cè)溫范圍為－50 ℃ ～ +150 ℃［1］。

2 整體電路的設(shè)計(jì)

測(cè)溫工作原理:首先8選1的電子開關(guān)CD4051選通一個(gè)PN結(jié)溫度傳感器，傳感器通過外界溫度的變化，使得加在其兩端的電壓發(fā)生變化，當(dāng)溫度上升時(shí)，其兩端的電壓會(huì)下降，并且通過溫度與電壓的比例關(guān)系，將電壓值送到ADC0809進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)送到52單片機(jī)處理后送到液晶屏，顯示當(dāng)前溫度［2］。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

2.1 PN結(jié)溫度傳感器應(yīng)用電路

圖2 場(chǎng)效應(yīng)管電流源

圖3 儀表運(yùn)放構(gòu)成的電路

INA128是一款高精度的通用儀表放大器，具有非常低的偏置電壓、溫度漂移和高共模抑制比。放大倍數(shù)可以通過調(diào)節(jié)1跟8腳間的電阻RG來改變，使用方便，是橋式放大的理想放大器件。

設(shè)置增益:在引腳1和引腳8之間外接一個(gè)電阻RG可對(duì)增益進(jìn)行設(shè)置

該電路的最后一級(jí)是由OP07構(gòu)成的電壓跟隨器。C12電容起到濾波作用，增加該電容后轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)示數(shù)明顯穩(wěn)定。

2.2 ADC0809、CD4051與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)

2.2.1ADC0809、CD4051 與單片機(jī)接口電路

圖4 ADC0809、CD4051與單片機(jī)接口電路

2.2.2C0809 應(yīng)用說明

ADC0809是一個(gè)8通道8位CMOS并行逐次逼進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間100 μs。

A，B和C為地址輸入線，用于通到IN0～I(xiàn)N7中的一路模擬量輸入選擇。START為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，當(dāng)START在上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零;在下降沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束;否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三態(tài)輸出鎖存器輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。OE=1輸出數(shù)據(jù)，OE=0為高阻。

ADC0809對(duì)輸入模擬量要求:信號(hào)為單極性，電壓范圍是0～5 V，輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持不變，如果變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。

丁主任帶著一班子人恭候他們，當(dāng)看到他們這幅模樣，丁主任心里很不是滋味，換著平時(shí)，為了多分半斤肉，一斤白糖，這老鄧在哪里見了他都是點(diǎn)頭哈腰的，那有這般神氣，這人啊，只要抓住點(diǎn)實(shí)權(quán)就變了。

2.2.3ADC0809 與 AT89C52 的連接

(1)ADC0809的地址選擇線全部接地。

(2)單片機(jī)的ALE端通過74LS74進(jìn)行4分頻后接到ADC0809的時(shí)鐘線CLOCK端。

(3)單片機(jī)的P2.3接至ADC0809的ALE和START端;

(4)P2.4接至 ADC0809的 OE端;而 ADC0809的 EOC端接至單片機(jī)的INT0(P3.2)端，作為查詢或中斷申請(qǐng)用［3］。

2.2.4CD4051 功能及使用概述

CD4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼 ABC來決定。INH”是禁止端，當(dāng)“INH”=1時(shí)，各通道均不接通。此外，CD4051還設(shè)有另外一個(gè)電源端VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 CMOS電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰－峰值達(dá)15 V的交流信號(hào)。例如，若模擬開關(guān)的供電電源VDD=+5 V，VSS=0 V，當(dāng)VEE=－5 V時(shí)，只要對(duì)此模擬開關(guān)施加0～5 V的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為－5 V～+5 V的模擬信號(hào)。使用十六進(jìn)制代碼就可以對(duì)CD4051進(jìn)行操作了。比如說P1=0X07，這樣CD4051就選擇的是7號(hào)(二進(jìn)制111)通道了。

2.2.5CD4051 與單片機(jī)的連接

(1)CD4051的地址選擇線 add_A接 P2.0，add_B接P2.1，add_C 接 P2.2。

(2)8 個(gè) PN 結(jié)溫度傳感器分別接在 X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8 上。

(3)CD4051的X端接在溫度傳感器的應(yīng)用電路上。

(4)CD4051的INH端接地，各通道始終處于接通狀態(tài)。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的工作流程為:由裝在蜂箱內(nèi)的溫度傳感器獲得溫度的原始信號(hào)，經(jīng)過取樣放大得到矯正后的可匹配信號(hào)，采樣保持后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換，得到被測(cè)對(duì)象的數(shù)字量信號(hào)，再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理，最終得到溫度值，將此數(shù)據(jù)通過LCD液晶屏顯示［4］。

主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

4 測(cè)試結(jié)果

通過多次調(diào)整放大倍數(shù)和電橋電位，校準(zhǔn)后的溫度與實(shí)際溫度基本吻合。本次設(shè)計(jì)所要求的測(cè)溫范圍為0～45℃，給INA128提供正負(fù)5 V電壓即可滿足。

圖6 多次校準(zhǔn)后顯示溫度與實(shí)際溫度對(duì)比曲線

5 結(jié)論

溫度檢測(cè)在工業(yè)科技、農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展中都有重要的價(jià)值。由于PN結(jié)溫度傳感器體積小的特點(diǎn)，利用PN結(jié)溫度傳感器測(cè)量蜂箱內(nèi)狹小空間內(nèi)的溫度是一種可行的、優(yōu)點(diǎn)明顯的測(cè)量方法，與其他的溫度傳感器相比，它體積小減少了對(duì)蜜蜂正常活動(dòng)的影響。本文著重闡述了PN結(jié)溫度傳感器的應(yīng)用方法，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及工作原理。

本文設(shè)計(jì)的蜂箱內(nèi)的多點(diǎn)溫度檢查系統(tǒng)，還有待于在蜜蜂養(yǎng)殖過程中的實(shí)踐應(yīng)用中不斷完善和提高，以便切實(shí)的為蜜蜂養(yǎng)殖過程中蜂箱內(nèi)溫度變化規(guī)律的研究提供科學(xué)的依據(jù)［5］。

［1］李樹新.采用pn結(jié)溫度傳感器的數(shù)字測(cè)溫電路［J］.現(xiàn)代電子技，1994(4)28－29.

［2］趙洪濤.PN結(jié)溫度傳感器原理及應(yīng)用［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2006，32(7):67 －68.

［3］余樊.基于AT89C51的溫度測(cè)量及控制系統(tǒng)［J］.科技信息，1993，12(11):213 －220.

［4］朱奕丹，倪浩如.基于單片機(jī)控制的高精度多點(diǎn)溫度檢測(cè)顯示系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化儀表2008，8(3):61 －62.

［5］羅亞萍，王忠慶，岳曉東.基于AT89C52單片機(jī)的室內(nèi)有害氣體監(jiān)控系統(tǒng)［J］.山西電子技術(shù)，2011(3):29－30.