太阳能花房的设计与研究
太阳能花房的设计与研究[20191223160322]
摘 要
太阳能花房智能系统的设计主要有两大部分:（1）运用小型的太阳能电池板对温湿智能感应系统进行供电，满足所需要的电能。（2）温湿智能感应系统主要利用温度传感器、湿度传感器，通过单片机来实现电路的智能化，实现温湿度的实时监测。
设计中选用的是多晶硅12 的太阳能电池，产生的是直流电流。由于光照的强度、光谱的响应和温度响应等因素都会因环境的变化而变化。所以要设计出稳压电路，来实现电池板输出电流的稳定性。本实验选用稳压电路来实现问题的处理。稳压芯片是LM7805，当输入电压为12 时，可输出5 电压，误差控制在 0.5 ，可输出1.5A的电流。太阳能花房的供电部分就由太阳能电池和稳压模块连接而成。
温湿控制系统使用的是DHT11数字温湿度传感器。供电电压为3.3 —5.5 ，输出为单总线数字信号、测量范围为湿度20-90%RH，温度0~50℃、测量精度为湿度 5%RH，温度 2℃、分辨率为湿度1%RH， 温度1℃。该传感器应用于很多的温湿度控制系统中。具有测量准确、稳定性好、低功耗等优点。此次设计的供电电压为5 的温湿传感器部分。单片机则是由STC89C52芯片实现功能，该芯片功耗低，性能高。
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关键字:太阳能稳压电路温湿传感器单片机应用
目 录
1. 引言 1
1.1 温湿度智能控制系统产业现况 1
1.2 太阳能花房设计的目的与意义 1
1.3 研究思路和技术方法 1
2. 太阳能花房温湿度智能监测总体设计方案 3
2.1 太阳能温湿度系统的供电及LM7805稳压设计 3
2.2 温湿度传感器系统的设计 3
2.3 本章小结 4
3. 太阳能供电系统 5
3.1 太阳能光伏技术简介 5
3.1.1 光伏发电的概况 5
3.1.2 PN结的光生伏特效应 5
3.1.3 光伏发电的分类 6
3.2 太阳能电池的特性 8
3.2.1 太阳能电池的等效电路 8
3.2.3 影响太阳能电池输出特性的因素 9
3.3 LM7805稳压芯片电路 10
3.4 本章小结 11
4. 温室智能智能感应系统 12
4.1 温湿感应原理 12
4.1.1 DHT11温湿度传感器 12
4.1.2 基于STC89C52单片机温湿度控制系统构成 13
4.2 温湿度智能控制的方案论证 13
4.3 系统硬件电路的设计 13
4.3.1单片机系统 13
4.3.2温湿度感应电路设计 14
4.3.3 温湿度实时监测程序流程 15
4.4 本章小结 16
5. 实物的设计与扩展 17
5.1 太阳能电池 17
5.2 稳压模块 18
5.3 温湿度控制模块 18
5.4 实物运行 19
5.5 功能扩展方案 22
结束语 23
参考文献 24
致谢 25
1. 引言
1.1 温湿度智能控制系统产业现况
温湿度智能感应系统主要应用于农业大棚的种植等一些方面。目前主要是基于单片机语言开发的一些实时监测智能系统。通过传感器对花房内的植物进行监测，从而掌握其生长状况，便于及时的调节棚内温度、湿度。
现如今，人们在生活中经常可以看到一些反季节的果蔬出现在我们的餐座上，冬天可以吃上西瓜，夏天也能吃上新鲜的苹果。由于这些植物都需要适合的温湿度，所以温湿度的智能控制系统为植物提供了一个适合生长的环境。根据植物的生长特点，设定合适的控制范围，种植植物。其优点有实时、快捷、省去了很多人工费用。
1.2 太阳能花房设计的目的与意义
随着社会的发展，常规能源被大面积的消耗。使得国家把发展的焦点聚集在新能源开发上面。目前更是着力发展太阳能这一清洁能源。太阳能花房则是依靠于太阳能光伏电板为整个花房供电，利用温湿度传感器实时监测花房内的温湿度，从而创造一个适合花卉生长的环境。目前种植花卉主要靠人工，在一定程度上来说资源的消耗量比较大。而太阳能花房则可以实现全自动化控制。由太阳能电池产生电能，由于其效率随着不同的光照强度而改变，所以花房内还需要安装恒定电压控制模块，来实现给实时监测系统提供稳定的电源。该设计主要是实现的当温度低于或高于设定的初始值时，系统会自动调节花房的温度，湿度同理。
光伏产业最早起源于欧洲，由于能源的缺乏使得他们更加的重视新能源的开发，而其国家的光照条件也很好。目前，国外的建筑大多会使用太阳能电池发电。而我们国家在近年来也实行了一些政策，建造了很多光伏建筑。农业等领域也在使用。山东的寿光建造的太阳能温室花房，技术也是很发达。所以，太阳能花房的温湿度智能化利用石油巨大潜力的。既节省了资源，有可以生长出更多的花卉。
1.3 研究思路和技术方法
太阳能花房温湿度控制实现的功能是当检测监测点的温湿度，对于这方面的测定，我们选用了数字温湿度传感器，对信号进行采集，通过处理，当其不符合我们设定适合植物生长的数值范围时，系统会显示当前的温湿度值并通过示波器来显示具体的情况，即通过不同占空比的矩形波波形来实现。
供电模块使用的太阳能电池和稳压电路产生一个稳定的直流电源，以确保整个系统的正常运行。稳压电路则是选择一个稳压芯片，以便对温湿度传感器模块提供稳定的电源。
温湿度感应系统则是由感应电路、接受电路、数字显示器组成[1]。通过传感器的接口检测当前的温湿度，通过单片机程序的设定，比较其和设定值的差别，通过显示电路实现直观的表现。由于喷洒和温度调节部分无法具体展现，试验中则没有做系统的研究。
2. 太阳能花房温湿度智能监测总体设计方案
太阳能花房的设计主要是着重于温湿度的智能监测方面。而该系统主要是由太阳能电池板供电、lm7805芯片来稳定电压、基于单片机STC89C52RC的温湿度控制部分。图2-1为系统的设计框图。太阳能电池在太阳光照射下，产生电流，给整个系统提供电能；因为电池板受光照影响较大，故在不同的光照条件下，产生的电流会有很大的变化，所以需要在设计中加入了稳压电路，运用lm7805稳压芯片构成5 稳定的电压；当周围的温度和湿度发生变化时，由DHT11数字传感器检测数据，当数值不满足设定的初始值时，由单片机对数据进行分析，在显示屏上现实当前温度、湿度，由单片机的控制程序来调节环境指数，在示波器上显示不同占空比的波形以表示当前的环境指数。
图2-1 系统设计框图
2.1 太阳能温湿度系统的供电及LM7805稳压设计
该温湿度感知系统的工作电压为5 ，为了保证设备的正常运行，设计中选用了12 的太阳能电池。由于太阳能电池板本身受光照及周围一些环境的影响较大，在不同环境下其产生的电流电压也会不稳定，若直接供给温湿度感知部分将会损坏设备，所以在设计中加入稳压电路来保证整个系统的稳定。
本设计是利用LM7805稳压芯片来制作出输出5 的稳定电源的稳压电路，主要的工作过程是：当太阳光照射到太阳能电池板上时，产生的电能输送到稳压电路，按照设计要求，输出+5 的直流电压，持续供给温湿度传感器的感应部分。
2.2 温湿度传感器系统的设计
温湿度感应的部分主要由感应电路、控制电路、显示电路组成。太阳能花房的温湿度控制系统的是STC89C52芯片来实现主要功能。
DHT11数字温湿度传感器的感知端，检测周围的温度和湿度，接收该信号，经过电路把接受的信号反馈给STC89C52，该芯片对检测的信号进行数据处理，并将收集来的信号与当前设定的初值作对比，并把当前的数据显示在LED屏幕上，此时可读出采集到的数据值。并通过示波器显示不同占空比的波形来发现是环境系数的变化。
2.3 本章小结
按照设计的要求，提出了整体的设计方案，该系统主要由两大部分组成，分别是太阳能电池产生的不稳定电流经过稳压电路进行转换和基于STC89C52的温湿度感应系统。
3. 太阳能供电系统
太阳能花房的整体是采用太阳能电池来供电，所以下面要详细的对太阳能电池进行研究。由于设计的实物是一个简单的模拟电路板，故选择了应用较为广泛的太阳能电池板。而作为真正太阳能花房的光伏供电部分主要还是选择合适的光伏阵列，把建筑和光伏发电相结合。
3.1 太阳能光伏技术简介
3.1.1 光伏发电的概况
1839年，法国的贝克雷尔科学家发现了光生伏特效应。第二年，可以使用的单晶硅太阳能电池就在美国投入使用，至此将太阳光能转化为电能的光伏发电技术实现。最初，用于太阳能电池的原材料硅的成本很高，是常规能源价格的1000 倍以上，也仅用于太空卫星和航天器。从20世纪开始，一些发达国际就意识到了太阳能光伏技术的重要性，于是制定了一系列鼓励光伏发电的政策和建设一些庞大的光伏工程，大大推动了太阳能产业的发展，提供了巨大的市场。
3.1.2 PN结的光生伏特效应
PN结中光吸收和发射的原理：如果光子能量大于禁带能量，那么光的能量在半导体中可以被吸收。被吸收的光子产生电子-空穴对，它在PN结的两边产生电势差。这种把光能转换成电能称为光生伏特效应。图3-1为PN结光生伏特效应原理图。
摘 要
太阳能花房智能系统的设计主要有两大部分:（1）运用小型的太阳能电池板对温湿智能感应系统进行供电，满足所需要的电能。（2）温湿智能感应系统主要利用温度传感器、湿度传感器，通过单片机来实现电路的智能化，实现温湿度的实时监测。
设计中选用的是多晶硅12 的太阳能电池，产生的是直流电流。由于光照的强度、光谱的响应和温度响应等因素都会因环境的变化而变化。所以要设计出稳压电路，来实现电池板输出电流的稳定性。本实验选用稳压电路来实现问题的处理。稳压芯片是LM7805，当输入电压为12 时，可输出5 电压，误差控制在 0.5 ，可输出1.5A的电流。太阳能花房的供电部分就由太阳能电池和稳压模块连接而成。
温湿控制系统使用的是DHT11数字温湿度传感器。供电电压为3.3 —5.5 ，输出为单总线数字信号、测量范围为湿度20-90%RH，温度0~50℃、测量精度为湿度 5%RH，温度 2℃、分辨率为湿度1%RH， 温度1℃。该传感器应用于很多的温湿度控制系统中。具有测量准确、稳定性好、低功耗等优点。此次设计的供电电压为5 的温湿传感器部分。单片机则是由STC89C52芯片实现功能，该芯片功耗低，性能高。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:太阳能稳压电路温湿传感器单片机应用
目 录
1. 引言 1
1.1 温湿度智能控制系统产业现况 1
1.2 太阳能花房设计的目的与意义 1
1.3 研究思路和技术方法 1
2. 太阳能花房温湿度智能监测总体设计方案 3
2.1 太阳能温湿度系统的供电及LM7805稳压设计 3
2.2 温湿度传感器系统的设计 3
2.3 本章小结 4
3. 太阳能供电系统 5
3.1 太阳能光伏技术简介 5
3.1.1 光伏发电的概况 5
3.1.2 PN结的光生伏特效应 5
3.1.3 光伏发电的分类 6
3.2 太阳能电池的特性 8
3.2.1 太阳能电池的等效电路 8
3.2.3 影响太阳能电池输出特性的因素 9
3.3 LM7805稳压芯片电路 10
3.4 本章小结 11
4. 温室智能智能感应系统 12
4.1 温湿感应原理 12
4.1.1 DHT11温湿度传感器 12
4.1.2 基于STC89C52单片机温湿度控制系统构成 13
4.2 温湿度智能控制的方案论证 13
4.3 系统硬件电路的设计 13
4.3.1单片机系统 13
4.3.2温湿度感应电路设计 14
4.3.3 温湿度实时监测程序流程 15
4.4 本章小结 16
5. 实物的设计与扩展 17
5.1 太阳能电池 17
5.2 稳压模块 18
5.3 温湿度控制模块 18
5.4 实物运行 19
5.5 功能扩展方案 22
结束语 23
参考文献 24
致谢 25
1. 引言
1.1 温湿度智能控制系统产业现况
温湿度智能感应系统主要应用于农业大棚的种植等一些方面。目前主要是基于单片机语言开发的一些实时监测智能系统。通过传感器对花房内的植物进行监测，从而掌握其生长状况，便于及时的调节棚内温度、湿度。
现如今，人们在生活中经常可以看到一些反季节的果蔬出现在我们的餐座上，冬天可以吃上西瓜，夏天也能吃上新鲜的苹果。由于这些植物都需要适合的温湿度，所以温湿度的智能控制系统为植物提供了一个适合生长的环境。根据植物的生长特点，设定合适的控制范围，种植植物。其优点有实时、快捷、省去了很多人工费用。
1.2 太阳能花房设计的目的与意义
随着社会的发展，常规能源被大面积的消耗。使得国家把发展的焦点聚集在新能源开发上面。目前更是着力发展太阳能这一清洁能源。太阳能花房则是依靠于太阳能光伏电板为整个花房供电，利用温湿度传感器实时监测花房内的温湿度，从而创造一个适合花卉生长的环境。目前种植花卉主要靠人工，在一定程度上来说资源的消耗量比较大。而太阳能花房则可以实现全自动化控制。由太阳能电池产生电能，由于其效率随着不同的光照强度而改变，所以花房内还需要安装恒定电压控制模块，来实现给实时监测系统提供稳定的电源。该设计主要是实现的当温度低于或高于设定的初始值时，系统会自动调节花房的温度，湿度同理。
光伏产业最早起源于欧洲，由于能源的缺乏使得他们更加的重视新能源的开发，而其国家的光照条件也很好。目前，国外的建筑大多会使用太阳能电池发电。而我们国家在近年来也实行了一些政策，建造了很多光伏建筑。农业等领域也在使用。山东的寿光建造的太阳能温室花房，技术也是很发达。所以，太阳能花房的温湿度智能化利用石油巨大潜力的。既节省了资源，有可以生长出更多的花卉。
1.3 研究思路和技术方法
太阳能花房温湿度控制实现的功能是当检测监测点的温湿度，对于这方面的测定，我们选用了数字温湿度传感器，对信号进行采集，通过处理，当其不符合我们设定适合植物生长的数值范围时，系统会显示当前的温湿度值并通过示波器来显示具体的情况，即通过不同占空比的矩形波波形来实现。
供电模块使用的太阳能电池和稳压电路产生一个稳定的直流电源，以确保整个系统的正常运行。稳压电路则是选择一个稳压芯片，以便对温湿度传感器模块提供稳定的电源。
温湿度感应系统则是由感应电路、接受电路、数字显示器组成[1]。通过传感器的接口检测当前的温湿度，通过单片机程序的设定，比较其和设定值的差别，通过显示电路实现直观的表现。由于喷洒和温度调节部分无法具体展现，试验中则没有做系统的研究。
2. 太阳能花房温湿度智能监测总体设计方案
太阳能花房的设计主要是着重于温湿度的智能监测方面。而该系统主要是由太阳能电池板供电、lm7805芯片来稳定电压、基于单片机STC89C52RC的温湿度控制部分。图2-1为系统的设计框图。太阳能电池在太阳光照射下，产生电流，给整个系统提供电能；因为电池板受光照影响较大，故在不同的光照条件下，产生的电流会有很大的变化，所以需要在设计中加入了稳压电路，运用lm7805稳压芯片构成5 稳定的电压；当周围的温度和湿度发生变化时，由DHT11数字传感器检测数据，当数值不满足设定的初始值时，由单片机对数据进行分析，在显示屏上现实当前温度、湿度，由单片机的控制程序来调节环境指数，在示波器上显示不同占空比的波形以表示当前的环境指数。
图2-1 系统设计框图
2.1 太阳能温湿度系统的供电及LM7805稳压设计
该温湿度感知系统的工作电压为5 ，为了保证设备的正常运行，设计中选用了12 的太阳能电池。由于太阳能电池板本身受光照及周围一些环境的影响较大，在不同环境下其产生的电流电压也会不稳定，若直接供给温湿度感知部分将会损坏设备，所以在设计中加入稳压电路来保证整个系统的稳定。
本设计是利用LM7805稳压芯片来制作出输出5 的稳定电源的稳压电路，主要的工作过程是：当太阳光照射到太阳能电池板上时，产生的电能输送到稳压电路，按照设计要求，输出+5 的直流电压，持续供给温湿度传感器的感应部分。
2.2 温湿度传感器系统的设计
温湿度感应的部分主要由感应电路、控制电路、显示电路组成。太阳能花房的温湿度控制系统的是STC89C52芯片来实现主要功能。
DHT11数字温湿度传感器的感知端，检测周围的温度和湿度，接收该信号，经过电路把接受的信号反馈给STC89C52，该芯片对检测的信号进行数据处理，并将收集来的信号与当前设定的初值作对比，并把当前的数据显示在LED屏幕上，此时可读出采集到的数据值。并通过示波器显示不同占空比的波形来发现是环境系数的变化。
2.3 本章小结
按照设计的要求，提出了整体的设计方案，该系统主要由两大部分组成，分别是太阳能电池产生的不稳定电流经过稳压电路进行转换和基于STC89C52的温湿度感应系统。
3. 太阳能供电系统
太阳能花房的整体是采用太阳能电池来供电，所以下面要详细的对太阳能电池进行研究。由于设计的实物是一个简单的模拟电路板，故选择了应用较为广泛的太阳能电池板。而作为真正太阳能花房的光伏供电部分主要还是选择合适的光伏阵列，把建筑和光伏发电相结合。
3.1 太阳能光伏技术简介
3.1.1 光伏发电的概况
1839年，法国的贝克雷尔科学家发现了光生伏特效应。第二年，可以使用的单晶硅太阳能电池就在美国投入使用，至此将太阳光能转化为电能的光伏发电技术实现。最初，用于太阳能电池的原材料硅的成本很高，是常规能源价格的1000 倍以上，也仅用于太空卫星和航天器。从20世纪开始，一些发达国际就意识到了太阳能光伏技术的重要性，于是制定了一系列鼓励光伏发电的政策和建设一些庞大的光伏工程，大大推动了太阳能产业的发展，提供了巨大的市场。
3.1.2 PN结的光生伏特效应
PN结中光吸收和发射的原理：如果光子能量大于禁带能量，那么光的能量在半导体中可以被吸收。被吸收的光子产生电子-空穴对，它在PN结的两边产生电势差。这种把光能转换成电能称为光生伏特效应。图3-1为PN结光生伏特效应原理图。
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