大學實驗設計之太陽能智能溫度測控系統設計及實現

2013-12-31 00:00:00董慧媛杜錦麗

中國科教創新導刊 2013年17期

摘要：大學實驗，實踐環節中經常涉及到應用簡單原理和元件設計功能器件。本文設計了基于單片機的智能化溫度測量和控制系統，該系統能夠對環境溫度進行實時準確的監測顯示，并可以方便的進行人工溫度區間設定，當溫度低于下限溫度時，系統報警并自動啟動加熱裝置，當溫度高于上限溫度時，系統報警并啟動散熱裝置，從而實現溫度的自動調節。為了更加環保和節能，在設計中增加了太陽能發電小系統作為溫控系統的驅動電源。

關鍵詞：設計性實驗，溫度控制，單片機，溫度傳感器，太陽能發電

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

1. 設計思路：

本設計要求系統能夠對環境溫度進行實時準確的監測顯示，并可以方便的進行人工溫度區間設定，當溫度低于下限溫度時，系統報警并自動啟動加熱裝置，當溫度高于上限溫度時，系統報警并啟動散熱裝置，從而實現溫度的自動調節。鑒于上述要求我們設計的整個系統如圖1所示，包括：單片機，溫度傳感器，LCD顯示模塊，溫度調節模塊，LED指示燈，按鍵部分及步進電機、太陽能電源。其中溫度調節模塊是通過繼電器來控制升溫和降溫模塊。

該系統通過預先設置溫度上下限，利用溫度傳感器采集數據，用單片機處理數據并把信息通過LCD 屏顯示出來。當單片機探測到的溫度高于設定溫度上限時啟動報警裝置（蜂鳴器響起，紅色指示燈閃爍），繼電器控制降溫系統開始工作，當溫度低于設定溫度下限時啟動報警裝置（蜂鳴器響起，綠色指示燈閃爍）繼電器控制升溫系統開始工作。

我們倡導使用太陽能等清潔能源，既綠色環保，又價格低廉，使用方便，還可以緩解人類目前面臨的能源危機。因而，本設計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，我們通過步進電機控制太陽能板旋轉，使其始終正對太陽。該電源系統可以為溫控系統提供穩定的5V直流電源。另外為防止長時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開關電源。

2.元件選取

本系統硬件組成部分如圖1所示，控制部分的核心器件采用AT89S52單片機；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；溫度調節系統通過5V繼電器來控制升溫和降溫系統，升溫系統采用發光二級管來模擬，降溫系統采用風扇散熱的方式來模擬；報警系統采用聲光提示報警，聲音報警采用蜂鳴器，發光報警采用紅色和綠色發光二極管。電源由太陽能發電小系統，光電控制系統，步進電機驅動系統組成。由于蓄電池的輸出電壓為12V，所以利用7805構成直流穩壓電源，并采用5V開關電源作為備用電源。

3.系統設計

智能化溫度測量和控制系統實現分兩個步驟，軟件設計和硬件制作。軟件設計主要完成溫度顯示，溫度設定，溫度控制升溫和降溫系統工作等任務。為了便于調試，系統程序采用模塊化結構，由一個主程序和若干個子程序組成。設計步驟為：首先采用C51，以Keil為開發環境進行程序編寫。其次，編譯通過后利用protues軟件搭建相關電路，將編寫代碼載入電路進行軟件仿真。

仿真調試結束后，我們利用protel軟件搭建原理圖，利用熱轉印法制作PCB板，焊接相關的模塊電路，并進行調試，最后將各個模塊進行組裝，完成整個溫控系統的制作。

4.本系統特點

（1）測控溫度實時，可靠，便捷；測控范圍較廣（-55℃～125℃）。

（2）利用太陽能為系統供電，節能、環保、經濟。

（3）各個模塊相互獨立，系統可移植性強，并可以不斷擴展功能。

（4）整個系統結構簡單，使用方便，功耗低，價格低廉，有利于推廣使用。

5.本系統應用

（1）適用于藥物合成反應中，藥品儲存（藥品庫房）中對環境溫度的監測與控制。

（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）可以用于大學設計性實驗教學，提高學生動手能力。

參考文獻