蜂箱内多点温度检测系统

吕俊峰，张志伟，2，3

(1.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051;2.中北大学电子测试技术重点实验室，山西太原030051;3.中北大学信息与通信工程学院，山西太原030051)

伴随工业科技、农业科技的发展，温度测量需求越来越多。在蜜蜂养殖过程中，要将蜂箱控制在最佳的温度就必须通过大量温度数据进行研究。而人工的温度检测不仅费时费力，同时也会干扰到蜜蜂的正常活动，不利于获得科学的数据，本研究目的旨在实现对蜂箱内多个测温点温度。蜂箱内的温度检测需要考虑到温度检测设备对蜜蜂活动的影响，要将对蜜蜂活动的影响减少到最低。基于这方面的考虑，最终选择了体积小的PN结温度传感器作为测温的元件。

1 PN结温度传感器的工作原理

晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结在温度每升高1℃时，其结电压下降2 mV，利用PN结这种对温度敏感的特性，直接采用二极管来做PN结温度传感器。这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2 s～2 s，灵敏度高。测温范围为－50 ℃ ～ +150 ℃［1］。

2 整体电路的设计

测温工作原理:首先8选1的电子开关CD4051选通一个PN结温度传感器，传感器通过外界温度的变化，使得加在其两端的电压发生变化，当温度上升时，其两端的电压会下降，并且通过温度与电压的比例关系，将电压值送到ADC0809进行AD转换，将转换输出的数据送到52单片机处理后送到液晶屏，显示当前温度［2］。

图1 系统整体框图

2.1 PN结温度传感器应用电路

图2 场效应管电流源

图3 仪表运放构成的电路

INA128是一款高精度的通用仪表放大器，具有非常低的偏置电压、温度漂移和高共模抑制比。放大倍数可以通过调节1跟8脚间的电阻RG来改变，使用方便，是桥式放大的理想放大器件。

设置增益:在引脚1和引脚8之间外接一个电阻RG可对增益进行设置

该电路的最后一级是由OP07构成的电压跟随器。C12电容起到滤波作用，增加该电容后转换后数据示数明显稳定。

2.2 ADC0809、CD4051与单片机接口电路设计

2.2.1ADC0809、CD4051 与单片机接口电路

图4 ADC0809、CD4051与单片机接口电路

2.2.2C0809 应用说明

ADC0809是一个8通道8位CMOS并行逐次逼进式A/D转换器，转换时间100 μs。

A，B和C为地址输入线，用于通到IN0～IN7中的一路模拟量输入选择。START为转换启动信号，当START在上跳沿时，所有内部寄存器清零;在下降沿时，开始进行A/D转换;在转换期间，START应保持低电平。EOC为转换结束标志信号，当为高电平时，表明转换结束;否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三态输出锁存器输出转换后的数据。OE=1输出数据，OE=0为高阻。

ADC0809对输入模拟量要求:信号为单极性，电压范围是0～5 V，输入的模拟量在转换过程中应保持不变，如果变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。

丁主任带着一班子人恭候他们，当看到他们这幅模样，丁主任心里很不是滋味，换着平时，为了多分半斤肉，一斤白糖，这老邓在哪里见了他都是点头哈腰的，那有这般神气，这人啊，只要抓住点实权就变了。

2.2.3ADC0809 与 AT89C52 的连接

(1)ADC0809的地址选择线全部接地。

(2)单片机的ALE端通过74LS74进行4分频后接到ADC0809的时钟线CLOCK端。

(3)单片机的P2.3接至ADC0809的ALE和START端;

(4)P2.4接至 ADC0809的 OE端;而 ADC0809的 EOC端接至单片机的INT0(P3.2)端，作为查询或中断申请用［3］。

2.2.4CD4051 功能及使用概述

CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码 ABC来决定。INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的 CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15 V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=+5 V，VSS=0 V，当VEE=－5 V时，只要对此模拟开关施加0～5 V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5 V～+5 V的模拟信号。使用十六进制代码就可以对CD4051进行操作了。比如说P1=0X07，这样CD4051就选择的是7号(二进制111)通道了。

2.2.5CD4051 与单片机的连接

(1)CD4051的地址选择线 add_A接 P2.0，add_B接P2.1，add_C 接 P2.2。

(2)8 个 PN 结温度传感器分别接在 X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8 上。

(3)CD4051的X端接在温度传感器的应用电路上。

(4)CD4051的INH端接地，各通道始终处于接通状态。

3 系统的软件设计

系统的工作流程为:由装在蜂箱内的温度传感器获得温度的原始信号，经过取样放大得到矫正后的可匹配信号，采样保持后进入A/D转换，得到被测对象的数字量信号，再由单片机进行数字处理，最终得到温度值，将此数据通过LCD液晶屏显示［4］。

主程序流程图如图5所示。

图5 主程序流程图

4 测试结果

通过多次调整放大倍数和电桥电位，校准后的温度与实际温度基本吻合。本次设计所要求的测温范围为0～45℃，给INA128提供正负5 V电压即可满足。

图6 多次校准后显示温度与实际温度对比曲线

5 结论

温度检测在工业科技、农业科技的发展中都有重要的价值。由于PN结温度传感器体积小的特点，利用PN结温度传感器测量蜂箱内狭小空间内的温度是一种可行的、优点明显的测量方法，与其他的温度传感器相比，它体积小减少了对蜜蜂正常活动的影响。本文着重阐述了PN结温度传感器的应用方法，详细介绍了系统的整体结构及工作原理。

本文设计的蜂箱内的多点温度检查系统，还有待于在蜜蜂养殖过程中的实践应用中不断完善和提高，以便切实的为蜜蜂养殖过程中蜂箱内温度变化规律的研究提供科学的依据［5］。

［1］李树新.采用pn结温度传感器的数字测温电路［J］.现代电子技，1994(4)28－29.

［2］赵洪涛.PN结温度传感器原理及应用［J］.自动化技术与应用，2006，32(7):67 －68.

［3］余樊.基于AT89C51的温度测量及控制系统［J］.科技信息，1993，12(11):213 －220.

［4］朱奕丹，倪浩如.基于单片机控制的高精度多点温度检测显示系统［J］.自动化仪表2008，8(3):61 －62.

［5］罗亚萍，王忠庆，岳晓东.基于AT89C52单片机的室内有害气体监控系统［J］.山西电子技术，2011(3):29－30.