数字太阳系（精选3篇）
数字太阳系 篇1
随着社会经济的发展, 人们对生活质量的要求显著提高, 如今很多家庭把植物当做装饰物, 这些美丽的装饰物不同于普遍工艺品, 它们有生命, 可以美化环境和净化空气, 但随着社会生活节奏的加快, 大多数人没有时间去照顾花卉。而植物的生长对环境的要求很高, 因此, 如何使植物种植简单化是每一个养花者所关心的问题。
目前国内外对智能花盆的设计与实现, 大多数只设计了应用湿度传感器进行检测, 对花盆的浇灌系统利用的是虹吸原理, 即利用渗透的方式浇花, 虽然具有自动浇水的功能, 但是不能根据植物的特征以及植物当前的生长环境进行实时浇水。本设计创新之处是利用太阳能光电池收集储存的光能转化为电能作为该智能花盆的能量来源, 并与单片机技术结合起来, 设计了一个不但能够动态监测花盆土壤温湿度, 并根据土壤温湿度情况进行自动浇水的功能, 而且可以实现太阳能自动供电并提醒种植者进行日常管理。
1 系统设计
本设计以AT89C51单片机作为控制的核心, 考虑到其I/O口输出电流较小, 一般不能直接驱动电机工作, 必须配有驱动电路, 这里采用ULN2003驱动芯片控制自动浇水的功能, 通过DS18B20温度传感器模块和湿度传感器模块采集花盆的温湿度, 利用AT89C51单片机内部集成的AD转换模块对湿度感测器采集到的模拟信号进行数字转换和数据处理。控制器通过温湿度传感器实时监测花盆温湿度的变化, 并在LCD1602液晶显示屏上同步显示土壤的温湿度值, 并与设定的智能花盆的温湿度初始值进行比较, 当测量值与初始值有较大偏差时, 则相应的指示灯闪亮并发出响声提醒种植者。同时系统采用太阳能供电, 利用蓄电池将太阳能电池极转换的电能储存起来, 保证系统在没有太阳能时的供电运行。
2 硬件电路设计
硬件电路设计主要包括土壤湿度检测电路设计, 温度检测电路设计, 报警电路设计, 电机驱动电路设计, 太阳能充电电路设计和蓄电池放电电路设计等组成。
2.1 土壤湿度检测电路设计
土壤湿度检测电路采用土壤湿度传感器SLHT5-1。该传感器采用全量程标定, 两线数字输出, 可直接与单片机连接使用, 具有非常高的一致性, 湿度测量范围可达0~100%RH。可将探头直接埋入土壤中。
2.2 温度检测电路设计
测温检测电路 (图1) 利用单片机AT89C51控制DS18B20温度传感器, 执行程序时, 分别调节十位设置按键和个位设置按键来预设初始时刻温度值, 当DS18B20的温度低于预设值时, 红色二极管点亮, 调节DS18B20元件上的按钮可以人为模拟实际温度的升高和下降。检测电路如图1所示。
2.3 报警电路设计
报警电路设计采用AT89C51的P2.5脚输出矩形波驱动晶体管Q1做开关用, 使蜂鸣器输出矩形波, 发出声音。为了实现缺水和低电压两种报警, 可以通过编程实现输入两种不同频率的矩形波, 发出两种不同的声音。
2.4 太阳能充电电路设计
为了提高控制器的可靠性能, 延长蓄电池的工作寿命以及提高充电速度, 本设计采用UC3906芯片进行充电控制, UC3906内部的逻辑电路提供了三种充电状态, 并对温度进行了精确的跟充补偿, 该芯片内部含有限流放大器和电压控制电路, 可以控制UC3906内部的驱动电器并直接驱动串联在外部的三极管, 进而调整电路的输出电压及电流, 芯片内部的电压检测比较器和电流检测比较器可以实时监测蓄电池的充电状态。太阳能充电电路如图2所示。
2.5 蓄电池放电电路设计
为了保证系统的稳定性和可靠性, 本设计采用双电源为系统供电, K1、K2分别连接单片机两个IO口, 分别控制两种电源开关。初始状态, 系统是由蓄电池供电, 当连续的阴天超过两天或者蓄电池电压低时, 单片机通过改变K1端电平来改变系统供电电源。当检测蓄电池电充满时, K1电平改变, 系统由蓄电池供电, 当单片机检测到电量低于某值时, 单片机改变K2电平电源来供电。
2.6 电机驱动电路设计
控制芯片采用AT89C51单片机, 考虑到其I/O口输出电流较小, 一般不能直接驱动电机工作, 必须配有驱动电路, 这里采用ULN2003驱动芯片。单片机直接控制电机的电路原理图, 如图3所示。
3 软件设计
软件设计部分以AT89C51为核心, 采用keil CS2[2]软件编写C语言程序, 在proteus内搭建仿真环境, 软件系统主要包括系统初始化, 时钟时序, 端口控制等, 从而实现利用单片机对外围电路的自动控制。程序流程图如图4所示。
4 结束语
实验证明, 以环境温度, 土壤湿度等外界环境为控制器的输入参数比单纯依靠主人观察更合理, 具有实用、省心、省时等优点, 还可以实现短期无人看管花盆而自动灌溉, 实现太阳能的供电, 使种植灵活性更大。通过数字化智能花盆的设计, 将自然与科技融为一体, 为忙碌生活的人们提供方便、快捷的了解植物的生长情况, 轻松的拥有一个便捷的、舒适的绿色环境。
摘要：本系统是基于太阳能供电, 综合运用了AT89C51系列单片机, 土壤温度检测模块, DS18B20湿度检测模块和LCD1602液晶显示模块等实现花盆智能化管理的一套装置。系统可以对花卉生长环境实时检测和显示, 并能实现对花盆的智能浇水功能。
关键词：太阳能,自动浇花,AT89C51单片机,温度检测,湿度检测
参考文献
[1]方泽鹏, 黄双萍, 陈仲涛.基于单片机的花盆土壤湿度控制系统设计[J].现代农业装备, 2013 (4) :41-45.
[2]赵丽, 张春林.基于单片机的智能浇花系统设计与实现[J].长春大学报, 2012, 22 (6) :650-651.
[3]徐文媛, 庞永河.基于太阳能供电的智能雨水利用浇花装置[J].探索带, 2015.
[4]贺莹, 武淑娟.基于单片机的步进电机驱动[J].机械管理开发, 2011 (4) :197-198.
[5]左锋.太阳能LED路灯控制系统的设计[J].电路与系统, 2013.
数字太阳系 篇2
太阳敏感器是航天姿态控制系统的一个重要的测量部件,一般分为模拟式、数字式等。数字式太阳敏感器分为线列阵式和面列阵式。线列阵式一般采用CCD作为探测元件,技术已相当成熟,在正式型号卫星中应用较多[1]。通常,太阳敏感器在交付总体前需做热真空试验,模拟单机在宇宙空间的工作状态。对数字式太阳敏感器的热真空试验进行仿真分析可以了解太阳敏感器内部的温度分布,也可以为在轨运行的温度场分析提供一定的参考。
1 数字式太阳敏感器工作原理及外形
现讨论的数字式太阳敏感器为CCD式太阳敏感器(图1)。
数字式太阳敏感器与星体固连的基准坐标系OXSYSZS,光学瞄准轴为OZS轴。在与ZS轴垂直的平面上由两条狭缝分别平行于XS轴、YS轴,测量轴分别为OXS、OYS轴。太阳矢量是一束平行于直线OS的平行光,光线经过狭缝后在太阳敏感器底部形成两条亮线,偏离坐标基准线的距离为dx、dy,这由探测器测出。太阳矢量S在平面坐标系内的方位角为α,余仰角为δ。太阳矢量S在OXSZS平面上的投影与ZS轴的夹角为ξ,在OYSZS平面上的投影与ZS轴的夹角为η。由此确定太阳矢量S的方位。太阳敏感器的测量输出可描述为,太阳矢量在敏感器测量轴垂直方向的方向余弦与在瞄准轴方向的方向余弦的比值:
数字式太阳敏感器外形如图2所示(去掉了右侧盖板),其安装面与太阳敏感器的坐标轴Z轴成45°夹角。
2 有限元建模
2.1 输入条件
2.1.1 单机构型
数字式太阳敏感器由衰减片、探测器、箱体及电路板等组成。图2为数字式太阳敏感器的示意图,图中去掉了右侧盖板。
2.1.2 热功耗
数字式太阳敏感器内部有5块电路板,如图2所示,从前至后分别为A、B、C、D、E。其元器件平均发热功耗如表1所示。假设A、B、C、D板为均匀发热。在E板中有两处发热较大的元器件,一处元器件的功耗为3 W,采用纯铜片将发热量导至外壳安装面处;另一处元器件的功耗为0.35 W,采用散热片散热,其余功耗假设均匀分布电路板其他部位。
2.1.3 单机热分析状态
(1) 单机的+X面、-X面、+Y面、-Y面及+Z面除衰减片位置外,都涂S781白漆;
(2) 单机壳体的内表面,安装面的底面都为铝黑色阳极氧化处理。
2.1.4 主要参数取值
主要参数的取值如表2。
2.1.5 热真空实测数据
数字式太阳敏感器在热真空试验中,当达到热平衡时,热层温度为54℃,真空环境温度为52.4℃。
此时,单机外表各面工作温度见表3。
2.2 有限元模型
数字式太阳敏感器的有限元模型如图3所示。
3 热真空实验仿真结果
数字式太阳敏感器在热真空试验中高温工况到达热平衡时热层温度为54℃,真空环境温度为52.4℃,以此为环境温度条件,且假设热真空试验罐中温度均匀,仿真计算数字式太阳敏感器在热平衡状态时的温度场。数字式太阳敏感器的外表各面的温度场计算结果详见图4和表4。
从数字式太阳敏感器外表各面仿真结果上看,在达到热平衡后,其外部各表面的温度基本一致。由于数字式太阳敏感器内部存在热功耗,因而安装在太阳敏感器内部的热敏电阻所显示的温度高于单机外表各面的温度也符合定性分析。
从数字式太阳敏感器内部的热敏电阻所处的位置判断,五块电路板的温度应高于热敏电阻所反映的温度。五块电路板温度场的计算结果见图5～图9和表5。
从表5及图5～图9可以看出,由于电路板的两侧与外壳箱体接触,其温度与外壳温度基本相同,而电路板中心,由于环氧板的导热性不好,导致温度较高,且各电路板的最高温度均高于热敏电阻反映的温度也符合前面的分析。仿真计算结果同时表明数字式太阳敏感器在热真空试验时的最高温度出现在发热功率最大的E板处。从仿真计算结果可看出采用导热铜片后,环氧板E的发热功最大元器件处的温度(图9中E板右下角)只有59.12℃,并不是E板出现局部最高温的地方,这也说明数字式太阳敏感器采用的散热方法起到了应有的效果。
4 结论
数字式太阳敏感器在热真空试验时在其外壳有5个测温点,表6列出了热真空试验时的各测温点的实测温度与仿真结果及其偏差值。
在热真空试验中,热沉及真空环境的不可能如仿真计算时假设般的均匀,因此数字式太阳敏感器各表面温度的一致不如仿真计算结果的一致性好。同时从表中可以看出仿真结果比实验数据低,仿真温度与实验实测温度的差值在(0.49—2.81)℃之间。
通过仿真结果与实验测点数据对比,发现仿真值与真实值差值ΔT<3℃,故可认为仿真的方法接近真实,用仿真计算的数字式太阳敏感器的热真空试验温度场真实可信。
参考文献
数字太阳系 篇3
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