大學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之太陽能智能溫度測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

摘要：大學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐環(huán)節(jié)中經(jīng)常涉及到應(yīng)用簡單原理和元件設(shè)計(jì)功能器件。本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的智能化溫度測量和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)Νh(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測顯示，并可以方便的進(jìn)行人工溫度區(qū)間設(shè)定，當(dāng)溫度低于下限溫度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置，當(dāng)溫度高于上限溫度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并啟動(dòng)散熱裝置，從而實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。為了更加環(huán)保和節(jié)能，在設(shè)計(jì)中增加了太陽能發(fā)電小系統(tǒng)作為溫控系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電源。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，溫度控制，單片機(jī)，溫度傳感器，太陽能發(fā)電

中圖分類號：TM571.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

1. 設(shè)計(jì)思路：

本設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)能夠?qū)Νh(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測顯示，并可以方便的進(jìn)行人工溫度區(qū)間設(shè)定，當(dāng)溫度低于下限溫度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置，當(dāng)溫度高于上限溫度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并啟動(dòng)散熱裝置，從而實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。鑒于上述要求我們設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)如圖1所示，包括：單片機(jī)，溫度傳感器，LCD顯示模塊，溫度調(diào)節(jié)模塊，LED指示燈，按鍵部分及步進(jìn)電機(jī)、太陽能電源。其中溫度調(diào)節(jié)模塊是通過繼電器來控制升溫和降溫模塊。

該系統(tǒng)通過預(yù)先設(shè)置溫度上下限，利用溫度傳感器采集數(shù)據(jù)，用單片機(jī)處理數(shù)據(jù)并把信息通過LCD 屏顯示出來。當(dāng)單片機(jī)探測到的溫度高于設(shè)定溫度上限時(shí)啟動(dòng)報(bào)警裝置（蜂鳴器響起，紅色指示燈閃爍），繼電器控制降溫系統(tǒng)開始工作，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度下限時(shí)啟動(dòng)報(bào)警裝置（蜂鳴器響起，綠色指示燈閃爍）繼電器控制升溫系統(tǒng)開始工作。

我們倡導(dǎo)使用太陽能等清潔能源，既綠色環(huán)保，又價(jià)格低廉，使用方便，還可以緩解人類目前面臨的能源危機(jī)。因而，本設(shè)計(jì)中采用太陽能板及蓄電池作為供電源。為了提供高太陽能的利用效率，我們通過步進(jìn)電機(jī)控制太陽能板旋轉(zhuǎn)，使其始終正對太陽。該電源系統(tǒng)可以為溫控系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5V直流電源。另外為防止長時(shí)間陰雨致使太陽能電源不能正常工作，我們還增加了備用5V開關(guān)電源。

2.元件選取

本系統(tǒng)硬件組成部分如圖1所示，控制部分的核心器件采用AT89S52單片機(jī)；溫度探測采用DS18B20溫度傳感器，其測溫范圍為-55℃～125℃；顯示部分采用LCD1602液晶顯示；溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過5V繼電器來控制升溫和降溫系統(tǒng)，升溫系統(tǒng)采用發(fā)光二級管來模擬，降溫系統(tǒng)采用風(fēng)扇散熱的方式來模擬；報(bào)警系統(tǒng)采用聲光提示報(bào)警，聲音報(bào)警采用蜂鳴器，發(fā)光報(bào)警采用紅色和綠色發(fā)光二極管。電源由太陽能發(fā)電小系統(tǒng)，光電控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。由于蓄電池的輸出電壓為12V，所以利用7805構(gòu)成直流穩(wěn)壓電源，并采用5V開關(guān)電源作為備用電源。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能化溫度測量和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分兩個(gè)步驟，軟件設(shè)計(jì)和硬件制作。軟件設(shè)計(jì)主要完成溫度顯示，溫度設(shè)定，溫度控制升溫和降溫系統(tǒng)工作等任務(wù)。為了便于調(diào)試，系統(tǒng)程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主程序和若干個(gè)子程序組成。設(shè)計(jì)步驟為：首先采用C51，以Keil為開發(fā)環(huán)境進(jìn)行程序編寫。其次，編譯通過后利用protues軟件搭建相關(guān)電路，將編寫代碼載入電路進(jìn)行軟件仿真。

仿真調(diào)試結(jié)束后，我們利用protel軟件搭建原理圖，利用熱轉(zhuǎn)印法制作PCB板，焊接相關(guān)的模塊電路，并進(jìn)行調(diào)試，最后將各個(gè)模塊進(jìn)行組裝，完成整個(gè)溫控系統(tǒng)的制作。

4.本系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）測控溫度實(shí)時(shí)，可靠，便捷；測控范圍較廣（-55℃～125℃）。

（2）利用太陽能為系統(tǒng)供電，節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)。

（3）各個(gè)模塊相互獨(dú)立，系統(tǒng)可移植性強(qiáng)，并可以不斷擴(kuò)展功能。

（4）整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，功耗低，價(jià)格低廉，有利于推廣使用。

5.本系統(tǒng)應(yīng)用

（1）適用于藥物合成反應(yīng)中，藥品儲存（藥品庫房）中對環(huán)境溫度的監(jiān)測與控制。

（2）可用于植物生長（大棚蔬菜）和花卉培育（溫室花房）中對溫度的測控。

（3）可用于食品加工及儲備（冷庫等）中對溫度的測控。

（4）可以用于大學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生動(dòng)手能力。

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