現(xiàn)代溫室大棚溫室控制系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀分析研究.doc

1、現(xiàn)代溫室大棚溫室控制系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀分析研究一、溫室控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀1、溫室控制系統(tǒng)研究背景及研究意義中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室大棚溫室控制系統(tǒng)已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證，通過對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目

2、的。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。大棚內(nèi)的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但是價(jià)格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測控軟件。而當(dāng)今大多數(shù)對(duì)大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測控不及時(shí)等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。因此，為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性，推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程，科學(xué)合理地調(diào)

3、節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量，使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜、水果生長的環(huán)境，是大棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質(zhì)高效益的重要環(huán)節(jié)。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對(duì)其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對(duì)大棚的自動(dòng)化程度要求也越來越高。由于單片機(jī)及各種電子器件性價(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋．?dāng)前農(nóng)業(yè)溫室大棚大多是中、 小規(guī)模， 要在大棚內(nèi)引人自 動(dòng)化控制系統(tǒng)，改變?nèi)咳斯す芾淼姆绞剑鸵紤]系統(tǒng)的成本，因此，針對(duì)這種狀況，結(jié)合郊區(qū)農(nóng)戶的需要， 設(shè)計(jì)了一套低成本的溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用傳感器技術(shù)和單片機(jī)相結(jié)合，由上位機(jī)和下位機(jī)（ 都用單片機(jī)實(shí)現(xiàn) ） 構(gòu)成，采用 485接口進(jìn)行通

4、訊，實(shí)現(xiàn)溫室大棚自動(dòng)化控制。中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證，通過對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。大棚內(nèi)的溫度

5、、濕度與二氧化碳含量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但是價(jià)格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測控軟件。而當(dāng)今大多數(shù)對(duì)大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測控不及時(shí)等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。因此，為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性，推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量，使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜、水果生長的環(huán)境，是大

6、棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質(zhì)、高效益的重要環(huán)節(jié)。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對(duì)其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對(duì)大棚的自動(dòng)化程度要求也越來越高。由于單片機(jī)及各種電子器件性價(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋?、國內(nèi)外溫室控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展簡況溫室是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊?。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長發(fā)育，防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。國外對(duì)溫室環(huán)境

7、控制技術(shù)研究較早，始于 20 世紀(jì) 70 年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。 80 年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。從國內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來看，溫室環(huán)境控制技術(shù)大致經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段:（ 1）手動(dòng)控制。這是在溫室控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其時(shí)并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對(duì)溫室作物進(jìn)行管理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們是溫室環(huán)境控制的核心。通過對(duì)溫室內(nèi)外

8、的氣候狀況和對(duì)作物生長狀況的觀測，憑借長期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺推測及判斷，手動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境。種植者采用手動(dòng)控制方式，對(duì)于作物生長狀況的反應(yīng)是最直接、最迅速且是最有效的，它符合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律。但這種控制方式的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且對(duì)種植者的素質(zhì)要求較高。（ 2）自動(dòng)控制。這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感器的實(shí)際測量值與事先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，以決定溫室環(huán)境因子的控制過程，控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加 熱、降溫和通風(fēng)等動(dòng)作。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，適合規(guī)模化生產(chǎn)， 勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。通過改變溫室環(huán)境設(shè)定目標(biāo)值，可以

9、自動(dòng)地進(jìn)行溫室內(nèi)環(huán)境氣候調(diào)節(jié)，但 是這種控制方式對(duì)作物生長狀況的改變難以及時(shí)做出反應(yīng)，難以介入作物生長的內(nèi)在規(guī)律。目前 我國絕大部分自主開發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室及引進(jìn)的國外設(shè)備都屬于這種控制方式。(3)智能化控制。這是在溫室控制系統(tǒng)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)、收集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)和各種 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)，以建立植物生長的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，研究開發(fā)出的一種適合不同作 物生長的溫室專家控制系統(tǒng)技術(shù)。溫室控制技術(shù)沿著手動(dòng)、自動(dòng)、智能化控制的發(fā)展進(jìn)程，向著 越來越先進(jìn)、功能越來越完備的方向發(fā)展。由此可見，溫室環(huán)境控制朝著基于作物生長模型、溫 室綜合環(huán)境因子分析模型和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的溫室信息自動(dòng)

10、采集及智能控制趨勢發(fā)展。3溫室控制系統(tǒng)研究目的和意義溫室是觀賞植物栽培生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一，不同種類觀賞花卉對(duì)溫度及濕度等生長所 需條件的要求也不盡相同，為它們提供一個(gè)更適宜其生長的封閉的、良好的生存環(huán)境，以提早或 延遲花期，最終將會(huì)給我們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)已用于控制 溫室環(huán)境。該系統(tǒng)可自動(dòng)控制加熱、降溫、通風(fēng)。根據(jù)需要，通過按鍵將溫度信息輸入MCU根據(jù)情況可隨時(shí)調(diào)節(jié)環(huán)境。溫室環(huán)境自動(dòng)化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設(shè)施栽培高新技 術(shù)的體現(xiàn)。托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)解決畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)控制系統(tǒng)、大田種植智能管理系統(tǒng)，花卉種植控制系統(tǒng)，農(nóng)產(chǎn)品安全溯源，溫

11、室大棚智能控制等。材網(wǎng)址tpwlw. coin wwf、區(qū)ri50. come1農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案咨詢1132557187230671-81967260 86056609。本文將使用8051型單片機(jī)對(duì)溫度及濕度控制的基本原理實(shí)例化，利用現(xiàn)有資源設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)時(shí) 控制溫室大棚溫度、濕度等的控制系統(tǒng)。目的是通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我們將課本知識(shí)與實(shí)踐相 結(jié)合，更加深刻的理解自動(dòng)控制的運(yùn)作模式及意義，也能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)和技能更多的運(yùn)用于生活 和工作中，學(xué)以致用。，生產(chǎn)效率低下，單位產(chǎn)品的二、溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)目前，我國農(nóng)村使用的簡易日光溫室絕大部分采用手動(dòng)控制 生產(chǎn)成本偏高。隨著溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

12、 ，溫室作物趨向于多樣化 ，對(duì)溫室的控制要求也隨之提需要設(shè)計(jì)一種控制器減少手動(dòng)PLC方案，價(jià)格昂貴,較大部分高，手動(dòng)控制因其控制精度低已開始不能滿足溫室生產(chǎn)的需求 控制。而當(dāng)今國內(nèi)常見的智能溫室系統(tǒng)都是采用工控機(jī)或者用戶經(jīng)濟(jì)能力承受不起。因此 ，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要充分考慮用戶的經(jīng)濟(jì)承受能力 ，減少溫 室設(shè)計(jì)中的各種成本 ，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，這在溫室上具有較為深遠(yuǎn)的意義。為此 ，針對(duì)簡易日 光溫室對(duì)溫度、 濕度以及光照度等環(huán)境因素的控制要求 ,設(shè)計(jì)和開發(fā)了基于 STC89C58RD+ 單片機(jī)的低成本溫室自動(dòng)化控制系統(tǒng)。2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)由傳感器和單片機(jī)、控制裝置

13、組成，傳感器將物理參量轉(zhuǎn)換為電壓并完成信號(hào)的調(diào)理，再送人模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809 ,由下位單片機(jī)AT89S51讀取，單片機(jī)將數(shù)據(jù)通過485總線送給上位機(jī)，上位機(jī)設(shè)有顯示功能，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)決定要采取的措施，并將信息傳給下位機(jī)，由下位機(jī)控制通風(fēng)和噴灌裝置，也可以通過鍵盤強(qiáng)制控制。智能溫室大棚控制系統(tǒng)的組成基于兩個(gè)方面：單棟溫室大棚控制系統(tǒng)和集約化生產(chǎn)連棟溫室大棚控制系 統(tǒng)。后者建立在前者的基礎(chǔ)上，前者適于我國農(nóng)村個(gè)體經(jīng)營的現(xiàn)狀。對(duì)于單棟溫室大棚控制系統(tǒng),設(shè)置了獨(dú)立的控制和顯示等功能，并設(shè)置了RS-232和 RS-485通訊接口，便于和上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)集散控制系統(tǒng)，具模式如圖2.2 o另外，在

14、設(shè)計(jì)過程中考慮到農(nóng)生產(chǎn)的特點(diǎn)，每個(gè)系統(tǒng)的各部分接口都作了模塊化設(shè)計(jì)，并增加備用接口和功能，便于大棚生產(chǎn)重建和生產(chǎn)場地的變 化，也增加了系統(tǒng)的通用性，擴(kuò)大了適用范圍Aflln-I速值A(chǔ)口上ttM集散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)2.2 控制方案設(shè)計(jì)植物的生長是在一定環(huán)境中進(jìn)行的，在生長過程中受到環(huán)境中各種因素的影響，其中對(duì)植物生長影響最大的是溫度、濕度和光照度。環(huán)境中晝夜的溫度、濕度和光照度的變化大，對(duì)植物生長極為不利?，F(xiàn)代溫室有內(nèi)外遮陽系統(tǒng)、加溫系統(tǒng)、自然通風(fēng)系統(tǒng)、濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)、補(bǔ)光 系統(tǒng)、補(bǔ)氣系統(tǒng)、環(huán)流風(fēng)機(jī)、灌溉系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等常用的環(huán)境系統(tǒng)，能夠?qū)χ?物的生長進(jìn)行合理的控制，而如何才能合理

15、地控制這些配套設(shè)備的運(yùn)作和協(xié)同則需要有一套完善 的硬、軟件溫室系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此，本系統(tǒng)就是利用價(jià)格便宜的一股電子器件來設(shè)計(jì)一個(gè)參數(shù)精度高，控制操作方便，性價(jià)比高的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)的溫室大棚測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由單片機(jī)對(duì)溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行 巡回測量，并對(duì)測量的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，并進(jìn)行調(diào)控 ，此外主控制器還可以同時(shí)完成系統(tǒng)參數(shù)測量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，硬件總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 2.1所示由圖2.1可知，整個(gè)系統(tǒng)采用 STC89C58RD+單片機(jī)為處理核心，通過溫室現(xiàn)有的各種傳感器檢測溫室的溫度、濕度、光照度等環(huán)境因素，經(jīng)由控制系統(tǒng)的 8路模擬量、數(shù)字量輸入接口傳輸?shù)紺PU中，并與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較、判斷、處理以及相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。然后將 CPUft理后各種控制結(jié)果通過16路開關(guān)量輸出口傳送到電機(jī)和電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)上,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的控制。溫室獨(dú)立控制系統(tǒng)上還包擴(kuò)各種人機(jī)界面和數(shù)據(jù)傳輸接口，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交換方式以及實(shí)時(shí)參數(shù)的設(shè)定。本控制系統(tǒng)采用宏晶科技公司生產(chǎn)STC 51系列單片機(jī)控制器(STC89C58RD+ )。該單片機(jī)