朱家麟 郑祖岭 冯泉水 徐颖秦
【摘要】基于C51单片机和PT100温度检测技术，设计了一种带有太阳能充电功能的大棚温度自动检测装置。该装置由太阳能电池板、A/D转换器、蓄电池、单片机、温度检测电路等模块组成。通过PT100热电阻桥式测温电路，对大棚温度进行实时监测;利用单片机控制技术实现太阳能电池板和蓄电池之间的充放电管理;利用八位点阵终端显示实时温度值。通过实验验证装置性能稳定，运行良好。
【关键词】太阳能;单片机;PT100热电阻;温度检测。
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
溫度是影响蔬菜生长的主要因素之一。每一种蔬菜的生长对温度都有一定的要求，在适宜温度范围内，蔬菜生长、发育正常;超过其所能承受的最高和最低温度临界值后，蔬菜的生长就会受到严重影响。因此为了确保植物的最佳生长温度，需要对大棚温度进行实时检测。本文基于单片机和传感器等技术，设计了一套带有太阳能充电功能的大棚温度自动检测装置，既能实时检测蔬菜大棚温度，同时利用太阳能供电，方便又环保。
图1 装置组成原理图
2.设计原理
带有太阳能充电功能的蔬菜大棚温度检测装置是以AT89C51单片机[1]为控制中心，软硬件相结合的一种自动装置，由太阳能电池板、A/D转换器、蓄电池、单片机、温度检测电路、放大和显示电路等7大模块组成，组成原理如图1所示。利用分压电路分别对蓄电池和太阳能电池板的电压进行采样，经过A/D转换后输入到单片机中处理;单片机输出信号经光耦驱动电路控制充放电路的开启与关闭。当蓄电池电压达到最大值14.5V时，太阳能电池停止充电，当到达最低值8.6V时，太阳能电池开始充电;采用温度传感器PT100检测大棚温度;采用串行模数转换器ADC0809进行A/D转换;由单片机控制LED八段数码管对大棚温度值进行实时显示。
3.电路原理与功能实现
3.1 电压采样电路
电压采集电路采用两个电阻串联组成的分压电路，其电阻值比例为4：1。使用时，将串联电路两端并联在需要检测的电路两端，则采集电压为U0=Ux/5，Ux为被测电压。
3.2 A/D转换电路
图2 A/D转换电路
采用ADC0809对采样电压进行模数转换[2]，电路如图2所示。该芯片采用脉冲启动方式，只要给其控制端加一个符合要求的脉冲信号即可启动芯片工作。正常工作时，单片机ALE端子发出脉冲信号，经74LS74四分频送入ADC0809的CLK端子启动其工作，同时启动缓存器74LS373;单片机P0端发送信号经缓存器74LS373送人ADC0809的3个ADD端口，使ADC0809的IN0端子选通，温度信号输入;EOC为转换标志信号，EOC为低电平时，表明转换正在进行;EOC发出高电平是，表明转换结束;转换后的数据由ADC0809的D0-D7端子经CD4001或非门送入单片机P0口读取。
3.3 充放电电路
充放电电路由防反充二极管D13、滤波电容C7、续流二极管D1、MOSFET驱动管Q3和Q4等构成。阴天或晚上时，太阳能电池电压可能会低于蓄电池电压，此时D13就可以阻止蓄电池对太阳能电池反充电，确保了蓄电池电量不浪费。控制开关Q3的通断，可以控制太阳能电池板对蓄电池充电;控制开关Q4的通断，可以控制蓄电池对温度检测电路等负载供电。电路工作时，单片机在A、B端口加正向电压，光耦管导通;反之，光耦管断开。U11与U12分别控制Q3和Q4通断;C端子连接ADC0809的IN0，将采集的电压信号转换为数字信号[3]。
3.4 温度信号的获取与放大
由于PT100温度传感器具有稳定性好、准确度高、耐高压、测温范围大等优点，适合蔬菜大棚复杂环境的温度检测[4]，因此设计中选择PT100获取温度信号。实现电路如图4所示。当大棚内温度变化时，热电阻桥式测温电路将其检测出并转换为电压信号，经电压放大器LM324放大后进行A/D转换，然后送入单片机管理和显示。
图3 充放电电路
3.5 LED显示电路
LED显示电路在单片机应用系统中可分为静态显示和动态显示两种方式，本设计采用静态显示。显示器由3个LED数码管组成，输入有11个信号，分别是8个段选信号和3个位选信号INT1、RXD、TXD。当其中1个位选信号为高电平时，选通对应的数码管，接收来自单片机P1.0～P1.7端口的高低电平并显示对应的数字。单片机控制三个数码管轮流选通，分别显示温度的十位、个位和十分位。
图4 温度信号采集与放大电路
4.结论
带有太阳能充电功能的蔬菜大棚温度检测装置，主要是利用太阳能作为动力能源，以AT89C51单片机为控制中心，实现蔬菜大棚温度的实时自动监测与显示。经实验分析验证，把构建的电路放在各种环境下进行测试，检测的结果与环境温度基本匹配，可以达到预期的性能要求，且运行可靠。本装置合理利用了太阳能，提升了装置性价比，操作简单方便，易于实现和管理，具有一定的实用价值。
参考文献
[1]何立民.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1994.
[2]元增民.AT89S51单片机与ADC0809模数转换器的三种典型连接[J].长沙大学学报，2005，19（5）.
[3]沈辉，曾祖勤.太陽能光伏发电技术[M].北京：化学工业出版社，2005.
[4]张瑜，张升伟.基于铂电阻传感器的高精度温度检测系统设计[J].传感技术学报，2010，23（3）.
基金项目：2013年江苏省大学生实践创新训练计划立项项目。
作者简介：
朱家麟（1993—），男，江苏盐城人，大学本科，现就读于江南大学物联网工程学院，主要从事自动控制与监测技术研究。
通信作者：徐颖秦（1965—），女，江南大学物联网工程学院副教授，主要从事自动控制技术研究。
