光伏系統(tǒng)在智能溫室大棚中的設(shè)計與應(yīng)用

第1章緒論1.1選題背景、意義及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀伴隨著社會的進步和資源的需求增長，傳統(tǒng)非再生的能量已經(jīng)無法完全符合人們的需要了；因此，像太陽光這樣的新穎形式正在得到越來越多的應(yīng)用[1]。相較于傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)方法來說，使用這種新的技術(shù)來產(chǎn)生電源能夠顯著降低對于有限自然資源的使用量并無害地影響到生態(tài)環(huán)境。根據(jù)政府的要求，各地區(qū)都開始了建設(shè)大型的光伏電池板系統(tǒng)工程的項目工作，而農(nóng)耕業(yè)是中國基礎(chǔ)經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分之一，把光照發(fā)電器材融入其中是中國發(fā)展的關(guān)鍵步驟：這不僅僅有助于節(jié)約用度及緩解農(nóng)村居民的生活負擔(dān)問題，同時也是積極配合國家和倡導(dǎo)的環(huán)境友好型政策的一種表現(xiàn)，這對中國的未來有著深遠的影響力。圖1.1我國光伏裝機規(guī)劃圖我國農(nóng)業(yè)大棚面積居世界首位，但傳統(tǒng)溫室存在問題，光伏溫室建設(shè)受前期投資和維護不便約束，自動化控制不成熟。傳統(tǒng)大棚消耗不可再生能源，勞動壓力大，效率低。國外先進國家如荷蘭、日本采用智能化控制、全封閉式生產(chǎn)體系，結(jié)合太陽能，提高生產(chǎn)率，建設(shè)面積逐漸擴大。我國應(yīng)借鑒先進技術(shù)，解決投資和維護問題，推動智能溫室發(fā)展，實現(xiàn)可持續(xù)綠色農(nóng)業(yè)[2]。圖1.2國外光伏裝機趨勢圖1.2傳統(tǒng)溫室大棚與光伏溫室大棚1.2.1傳統(tǒng)溫室大棚傳統(tǒng)溫室存在問題：參數(shù)控制不理想，未提供最佳生長環(huán)境，夏季溫度過高，冬季無恒溫條件；科技含量低，結(jié)構(gòu)簡單，管理傳統(tǒng)，距離智能化差距；能耗高不環(huán)保，需遮陽布、通風(fēng)、燃煤，不符合國家環(huán)保理念。這制約了效率和可持續(xù)性[3]。1.2.2光伏溫室大棚光伏溫室大棚是一種利用光伏發(fā)電系統(tǒng)解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚“升溫、保溫”難題的創(chuàng)新方案。透光性光伏組件不僅提供所需電量，還滿足植物的光照需求，過濾有害紫外線，解決傳統(tǒng)大棚不足之處。該系統(tǒng)具備保溫、通風(fēng)等特性，可利用儲存的電量實現(xiàn)升溫、保溫，同時在炎熱天氣通過通風(fēng)和散熱保持適宜溫度。光伏溫室大棚提高效率，滿足設(shè)備和用電需求，減少能源和投資費用，環(huán)保且避免傳統(tǒng)能源消耗。西北地區(qū)充足的太陽能資源使光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠滿足大棚電力需求，且儲能系統(tǒng)可應(yīng)對惡劣天氣，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不受影響。在這樣的氣候條件下，設(shè)計光伏溫室大棚系統(tǒng)有望取得顯著成果[4]。

第2章溫室大棚的設(shè)計伴隨著快速的社會進步和提高的居民生活質(zhì)量，冬季蔬果已逐漸融入人們的日常飲食中并成為了常見的食物種類之一。因此，當(dāng)前市場需求不斷增加的大型農(nóng)業(yè)設(shè)施——溫室大棚正變得愈發(fā)重要起來。接下來我會深入探討一下關(guān)于其外觀特征及其內(nèi)部各功能系統(tǒng)的分析、規(guī)劃等內(nèi)容。2.1確定大棚的外形材料及尺寸當(dāng)在規(guī)劃西北地區(qū)400㎡的溫室大棚時，確定了其外形尺寸為20m*20m，跨度為10m，總共有兩個跨度，每個跨度都有5米的開間，一共有4個開間，并且肩高達到5米。屋脊為東西走向，總面積400㎡。為實現(xiàn)保溫和透光，選擇玻璃材料，具體采用中空玻璃[5]。中空玻璃的優(yōu)勢包括柔性密封、低溫封接技能、抗攻擊、高真空內(nèi)腔、隔熱性能優(yōu)異。其在溫室大棚中的應(yīng)用克服了普通玻璃封接區(qū)域的剪切力問題，提高利用壽命，同時解決了在不同惡劣條件下的損失問題。中空玻璃相較于真空玻璃性能稍遜，但能滿足大棚需求，且價格更經(jīng)濟。經(jīng)經(jīng)濟性分析后，最終選擇中空玻璃作為智能溫室的外形材料，符合設(shè)計目標(biāo)。圖2.1玻璃溫室大棚示意圖2.2大棚的升溫系統(tǒng)溫室大棚的升溫系統(tǒng)在夜晚、冬季或惡劣天氣下至關(guān)重要，以促進植物生長。目前，電加溫線雖清潔、無噪音，但能源費用高，安全性差。熱水加溫復(fù)雜昂貴，不符合大棚保溫性能較強的特點。熱風(fēng)加溫方法，常見于國外，以價格低、效率高著稱，適用于大棚。選擇了一款30kw220v的電動熱風(fēng)機，其額定功率達到550w，足以滿足400㎡大棚的供暖需求[6]。這款設(shè)備擁有斷電、過熱、絕緣保護等安全特性，使用壽命也較長，并且配備了溫控開關(guān)，能夠自動進行升溫操作，從而提高室內(nèi)溫度。市場分析支持此選擇，認(rèn)為該熱風(fēng)機符合大棚升溫需求，既經(jīng)濟又實用。2.3大棚的灌溉系統(tǒng)水是植物生存的關(guān)鍵。大水漫灌雖然成本低，但浪費水資源，易導(dǎo)致土壤板結(jié)、影響植物生長，且引發(fā)害蟲問題。溝畦灌溉避免了水資源浪費，但仍容易導(dǎo)致土壤板結(jié)和濕度增大，影響產(chǎn)量。滴灌和噴灌經(jīng)濟科學(xué)，可節(jié)約水資源50%-70%，減少土壤板結(jié)，提高植物透氣性，降低濕度，增加溫度，促進產(chǎn)量。滴灌技術(shù)既節(jié)水又節(jié)肥，可全面提高水的利用效率。市場分析表明，選擇250W自吸泵滿足滴灌需求。該泵的特點包括低功耗、最大流量適中，符合大棚灌溉要求。因此，綜合經(jīng)濟和科學(xué)性，滴灌技術(shù)搭配250W自吸泵成為理想選擇[7]。2.4大棚的光照系統(tǒng)植物的光照對光合作用至關(guān)重要，但在陰雨天或夜晚無光照時，需安裝補光燈促進植物生長。市場分析結(jié)果表明，選擇LED燈進行補光是合適的選擇。采用50WLED補光燈，由于其照射范圍較小，選擇20個以滿足大棚內(nèi)植物的光照需求，提高光合作用效率，促使植物生長。2.5大棚的通風(fēng)系統(tǒng)溫室大棚通風(fēng)至關(guān)重要，調(diào)整溫濕度和CO2濃度，提供植物適宜環(huán)境。建議夏季高溫時通風(fēng)降溫1-2小時，避免溫度驟降。按從小到大、順風(fēng)放風(fēng)的原則調(diào)控通風(fēng)量，關(guān)注局部溫差，灌溉或施藥后短時通風(fēng)可降濕、增CO2，促進植物生長。盡管自然通風(fēng)可采用，但在炎熱夏季，強制通風(fēng)更為必要，采用300W220V通風(fēng)機滿足需求。通過市場分析，選用適度的強制通風(fēng)可提高大棚內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，滿足通風(fēng)需求[8]。2.6大棚卷簾機系統(tǒng)溫室大棚中的傳統(tǒng)草簾存在效率低、人工成本高的問題，而卷簾機則是理想替代品。卷簾機通過自動化模式操作，顯著減少人力需求，操作簡單、效率高。選擇與大棚長度匹配的卷簾機至關(guān)重要，當(dāng)大棚長度不足40米時，推薦使用功率不超過1500w的小型卷簾機。根據(jù)市場調(diào)研，對于寬20m的大棚，選擇850w220v參數(shù)的小型卷簾機，既能滿足需求，又能提升效率[9]。

第3章光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)原理與分類太陽能光伏發(fā)電的原理是基于光生伏特效應(yīng)。當(dāng)陽光照射到半導(dǎo)體P-N結(jié)上時，會產(chǎn)生電子-空穴對。在內(nèi)建電場的作用下，空穴從N區(qū)流向P區(qū)，電子從P區(qū)流向N區(qū)，從而產(chǎn)生電動勢。連接電路后，就會形成電流。圖3.1光伏發(fā)電原理圖光伏能源產(chǎn)生裝置包含了獨立式及聯(lián)網(wǎng)式的能量生產(chǎn)設(shè)備，其中獨立式設(shè)備主要由太陽能板、管理模塊、儲存電池群、逆變器、直流耗用單元和交流耗用單元組成。在陽光充足的環(huán)境下，這些設(shè)備會把太陽光轉(zhuǎn)化為電力，然后經(jīng)由管理模塊向消耗端提供電源，并且對儲存電池進行充電。而聯(lián)網(wǎng)型的設(shè)備則去除了存儲和釋放的過程，取而代之的是使用逆變技術(shù)[10]。通過將電力輸送至公共電網(wǎng)，降低了整個過程的能源消耗?？紤]到光伏溫室大棚的需求，選擇了離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。圖3.2離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖3.2光伏系統(tǒng)的設(shè)計以400㎡的西北地區(qū)光伏大棚為設(shè)計基礎(chǔ)，采用太陽能發(fā)電來滿足溫室大棚的能源需求?？紤]到升溫、灌溉、補光、通風(fēng)和卷簾機等設(shè)備的使用，根據(jù)預(yù)估的工作時間，每日的電力消耗量為9.9kwh。實際工作時間較估算值少，加上其他小用電量，最終確定日耗電量為10千瓦時。因此，設(shè)計光伏大棚時的光伏組件安裝容量應(yīng)為10千瓦時，能滿足日耗電量[11]。3.2.1選擇光伏組件在溫室中，植物對光的需求是必不可少的。因此，在選擇光伏組件時，可以考慮使用透光性良好的太陽能組件。這樣一方面可以利用太陽能組件發(fā)電，另一方面也能滿足植物對光照的需求。太陽能組件能夠過濾掉一些有害的光線，使陽光能夠直接照射到溫室內(nèi)，給予植物充足的光照。經(jīng)過仔細挑選，最終選擇了薄膜太陽能電池。這種電池可以與溫室屋頂相結(jié)合，既可以發(fā)電，又可以進行植物種植。因為薄膜太陽能電池具有透光性，它不會影響到溫室內(nèi)植物的生長，并且可以為溫室內(nèi)的電器設(shè)備提供電力。使用薄膜太陽能電池取代傳統(tǒng)的無法透光的晶硅太陽能電池，可以讓陽光透過薄膜太陽能電池照射到溫室內(nèi)的植物上，太陽能電池會吸收掉不需要的波段，而植物需要的波段則會被植物吸收。另外，薄膜太陽能電池本身產(chǎn)生的熱能還可以用于溫室的保溫。圖3.3光伏組件基本分類3.2.2控制器的選擇作為一種用于管理太陽能電站中的蓄電池并確保其穩(wěn)定運行的關(guān)鍵部件，光伏控制器同時具備了監(jiān)控多個太陽能電池模塊向蓄電池充電的能力，并且能夠?qū)崿F(xiàn)從蓄電池到太陽能逆變器的電力供應(yīng)自動化調(diào)控。它利用高速CPU微處理器及高準(zhǔn)確度的AD-DA轉(zhuǎn)換技術(shù)構(gòu)建了一個集數(shù)據(jù)收集與監(jiān)測于一體的計算機化信息獲取與控制體系。它的主要職責(zé)包括：調(diào)整功率、通訊、基本顯示、安全防護(如電路故障、短路、超流量、高壓等)。依據(jù)光伏部件的電流和電壓水平，最終選擇了96v25a型號的控制器，這款控制器適用于光伏溫室大棚。3.2.3逆變器的選擇作為一種能夠把直流電轉(zhuǎn)變成交流電的光伏逆變器，它具有諸如高度效能、迅速啟動、出色的安全性能、對短路與過載有保護作用且適應(yīng)力強的特性。按照其波形、并聯(lián)連接方式及相位數(shù)量來劃分的話，需要挑選適合于溫室內(nèi)部電氣設(shè)備使用的正弦波型、離網(wǎng)式、三相逆變器。依據(jù)市場的研究結(jié)果，可以選擇一款96V5000W的逆變器，它的輸出的電壓是220V，并且呈現(xiàn)的是正弦波形式，這使得該產(chǎn)品的高效性和穩(wěn)定的負荷承受能力得到了保證。此外，這款逆變器還擁有多重的智能化安全保障措施，例如對于過度充電、過度放電、超過流量、超出壓力等問題都有相應(yīng)的預(yù)防機制。同時，這個產(chǎn)品的最大工作功率可以達到其標(biāo)稱功率的三分之一。通過設(shè)置四個不同的智能模式，比如電源優(yōu)先、蓄電池優(yōu)先、節(jié)能優(yōu)先和儲存能量優(yōu)先等方式，用戶可以在實際應(yīng)用過程中靈活地調(diào)整使用策略。為了實現(xiàn)良好的安裝效果，應(yīng)選取寬敞、無潮濕且防靜電的環(huán)境，并將逆變器放置在一個專門設(shè)計的逆變器箱里，而不是將其直接放在地上。另外，需要注意到熱源部件不能緊挨著逆變器的下部，尤其是在處理終端線路接口的時候要留有一定的空間以便維持系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。3.2.4蓄電池的選擇離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵在蓄電池，它存儲白天過剩太陽能以備陰雨天和夜晚使用。在光伏溫室大棚中，夜晚和冬季無光照時，蓄電池發(fā)揮關(guān)鍵作用，提供電能以提高大棚溫度和夜晚照明，促進植物生長。儲能環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定運行至關(guān)重要。市場上光伏系統(tǒng)主要采用鉛酸蓄電池和鋰電池，其中磷酸鐵鋰蓄電池在鋰電池中性能最佳。對于鋰離子儲能設(shè)備而言，主要由碳材料構(gòu)成的陽極與金屬組成陰極；同時以有機物作為介導(dǎo)劑并配有無機鹽的水基體系構(gòu)成了該種類型的電子導(dǎo)體(即：固態(tài))。此外，為了滿足不同的需求及應(yīng)用場景，可以選用具有良好透氣性的聚合物的膜片或者其他可塑型材質(zhì)來制作隔離層或是外包裝部分等部件。另外值得一提的是，這種儲存裝置的外部結(jié)構(gòu)通常是由一種名為“硅樹脂”的高分子合成品制成或者是用一些高強度且耐磨損性能優(yōu)良的人造纖維如尼龍等等制造而成的一種復(fù)合型的容器構(gòu)造方式——這些都能夠有效地提高產(chǎn)品的安全性和可靠度！這樣，蓄電池能夠可靠地存儲和釋放電能，確保光伏系統(tǒng)的持續(xù)運行圖3.4鉛酸蓄電池工作原理圖使用橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4為正極的磷酸鐵鋰蓄電池是由鋁箔串聯(lián)而成。其負極則以碳(即石墨)為主導(dǎo)元素，并用銅箔將其與電池負端接連起來。隔膜負責(zé)把正負極區(qū)分開來，使得鋰離子可以自由穿越但電子無法通行。電解質(zhì)被置于電池內(nèi)側(cè)，外部則有金屬外殼封閉保護。充電或放電過程發(fā)生在LiFePO4和FePO4兩種物質(zhì)間。當(dāng)充電狀態(tài)下，LiFePO4會逐步轉(zhuǎn)變?yōu)镕ePO4；而在放電階段，鋰離子會被吸附進FePO4里生成LiFePO4。在這個過程中，鋰離子會在磷酸鐵鋰晶體內(nèi)移動至電解液，接著經(jīng)過隔膜到達石墨表層，最終插入石墨晶格之中。此外，當(dāng)電池充電或斷開電源后，電力會經(jīng)由導(dǎo)體流動至陽極的金屬片并再次返回陰極的另一端(即為另一個金屬)。在這個過程中，由于化學(xué)反應(yīng)的作用下，碳素材料中的鋰元素被釋放出來并在隔離層上移動直至到達其最終位置——也就是與之相鄰的一塊物質(zhì)內(nèi)部；與此同時，帶走這些能量的是一組攜帶信息的粒子-它們沿著相反的路徑前往相應(yīng)的終點：首先是朝反方向行進以抵達對立面上的那個終端然后又折返回來回到起點繼續(xù)循環(huán)往復(fù)直到完成整個流程為止。這種電池結(jié)構(gòu)確保高效的電能儲存和釋放，適用于光伏系統(tǒng)的可靠運行。通過對比鉛酸電池和磷酸鐵鋰電池的差異。鉛酸電池優(yōu)點：穩(wěn)定的電壓、實惠的價格、便利的維護方式、優(yōu)質(zhì)的品質(zhì)，以及高度的可靠性。缺點：性能較差，壽命有限，日常保養(yǎng)需要頻繁。優(yōu)勢：磷酸鐵鋰蓄電池鋰電池非常適應(yīng)各種環(huán)境，可以在溫度介于-20℃到60℃之間的范圍內(nèi)正常工作。長壽命，循環(huán)周期超過2000次，可以使用7到8年。磷酸鐵鋰電池具有環(huán)保性，無毒性和污染。不足之處在于價錢相對鉛酸蓄電池要高；導(dǎo)電能力較差，鋰離子擴散速率較慢；密度較大，體積較大?？紤]到經(jīng)濟效益和維護方便性以及質(zhì)量穩(wěn)定性，決定采用磷酸鐵鋰電池。表3.1磷酸鐵鋰電池參數(shù)表名稱參數(shù)標(biāo)稱電壓48V標(biāo)稱容量250Ah最大放大電流200A最大充電電流100A存儲溫度-20--+65℃其充放電化學(xué)方程式：充電：LiFePO放電：FePO蓄電池容量可以通過以下公式計算得出：負載日平均用電量乘以連續(xù)陰雨天數(shù)再乘以放電率修正系數(shù)，然后除以最大放電深度乘以低溫修正系數(shù)。平均每個負載需要10kw的電力，而連續(xù)的陰雨天數(shù)則設(shè)定為一天。電池的容量=ah，其中675ah代表蓄電池。選用單體為48V250Ah的磷酸鐵鋰蓄電池并聯(lián)電池的數(shù)量等于總電池容量除以標(biāo)稱電池容量。由于總電量為675ah，因此，電池的并聯(lián)數(shù)=3。即蓄電池需要3塊蓄電池。3.2.5防雷接置光伏發(fā)電系統(tǒng)通常采取防雷措施，防范感應(yīng)雷和直擊雷的影響。當(dāng)雷電產(chǎn)生時，會產(chǎn)生瞬間的強電壓和電流，有可能造成建筑物受損、火災(zāi)和人員傷亡的風(fēng)險。為了避免這些風(fēng)險，可以采用一些措施，比如安裝避雷針、避雷網(wǎng)、避雷線和避雷器。另外，在進行防雷接地時，要確保電氣設(shè)備的外殼與大地連接好，以防止高電壓帶來的危險。光伏發(fā)電板支撐結(jié)構(gòu)也需接地，避免直接接觸電壓。雷擊保護裝置應(yīng)直接與地面連接，路線盡可能短。線路交叉時要保持垂直距離，分散安裝避雷元件。接線盒內(nèi)應(yīng)配置避雷設(shè)施，配電線路可在分電盤中安裝避雷元件以抵御雷電浪涌。選取不同的避雷方法根據(jù)保護對象的不同。

第4章控制系統(tǒng)采用了自動化的方法來構(gòu)建光伏溫室大棚的設(shè)計方案，利用了傳感器與單片機的集成技術(shù)。這種方式能夠大幅度的減少人力成本，同時也能提升溫室內(nèi)的農(nóng)作物生長的效果，進而增加經(jīng)濟收入。的設(shè)計選用了AT89S51為核心的單片機做主控單元，該系統(tǒng)包括時鐘、復(fù)位功能、液晶屏顯示組件、警報設(shè)備(如蜂鳴器)、溫度檢測元件、土壤濕度監(jiān)測儀器、灌溉管理和空氣流通調(diào)節(jié)等各個子模塊組成。電源接通之后，單片機會采集溫度模塊和土壤濕度傳感器的輸入信息，然后計算出當(dāng)前環(huán)境條件是否符合設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，以此決定是否開啟噴灑水的機器或者打開風(fēng)扇以降低室內(nèi)溫度。如果發(fā)現(xiàn)溫度超過預(yù)定范圍，那么它會激活風(fēng)扇開關(guān)，使其開始工作；若溫度保持不變或下降到預(yù)期水平，就會切斷風(fēng)扇；同樣地，假如土壤濕度不足于滿足規(guī)定要求，那幺單片機將會觸發(fā)水泵進入灌溉模式；一旦土壤濕度達到了目標(biāo)數(shù)值，就立即停掉水泵，結(jié)束灌溉過程。圖4-1AT89S51單片機特征圖溫室大棚系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖所示：圖4.2溫濕度整體控制系統(tǒng)示意圖設(shè)計中的這個大型暖房包含了五個關(guān)鍵組件——加熱裝置、補充燈光設(shè)施、空氣流通機制、澆水體系和可調(diào)節(jié)遮陽網(wǎng)系統(tǒng)的自動化提升與下降功能。它依賴于各種探測器的反饋信息來驅(qū)動微型計算機執(zhí)行相應(yīng)的操作任務(wù)。詳細的工作流程包括以下步驟：如果監(jiān)測到大棚內(nèi)部的環(huán)境超過適合農(nóng)作物生長的標(biāo)準(zhǔn)范圍(即過熱或低溫和高濕)，那么電腦就會啟動風(fēng)扇并調(diào)整至適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速大小直到環(huán)境恢復(fù)正常為止；相反地，一旦發(fā)現(xiàn)室內(nèi)氣溫降低且達到合適的條件之后就立即關(guān)閉該項服務(wù)；接著是利用水分測量儀對種植區(qū)域的水分含量做出評估判斷是否需要加注更多的液體直至滿足所需的標(biāo)準(zhǔn)值才停下來；最后就是用日夜感知能力強的攝影頭去監(jiān)控太陽的位置變化情況以便決定何時開啟或是關(guān)掉可以保護植被免受強紫外線傷害的大面積布料幕墻罩子從而確保它們能獲得足夠的溫暖而不會受到冷氣侵襲的影響等等一系列復(fù)雜的過程都是靠著這種方式實現(xiàn)自控化的運行模式。圖4-3液晶顯示程序示意圖4.1升溫系統(tǒng)加熱裝置的主要任務(wù)是在寒冷季節(jié)或者夜間室內(nèi)氣溫偏低的時候提升農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)的溫暖程度來確保作物能夠維持正常的成長條件并增強產(chǎn)出效率。經(jīng)過對比研究后選擇使用了DS18B20數(shù)位式溫度傳感器作為的設(shè)備選型原因在于它的小巧尺寸和較低的硬體開銷能夠有效抵抗外部干擾并且擁有高準(zhǔn)確度的性能特性。此款數(shù)位式溫度傳感器可以測量從-55°C到+125°C的范圍內(nèi)任何一個點位的溫度并具備每隔半度進行一次讀取的能力，這些特征都符合對農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)部氣溫控制的要求。該產(chǎn)品的工作電壓為DC3.0V至5.5V，而且它的三條連線包括了一根與地面相連的地線，另外兩根則是供應(yīng)電源及輸入資料用的總線端子。如圖中顯示的那樣就是如此。圖4.4DS18B20單片機接口示意圖ds18b20數(shù)據(jù)線通過單片機p1.1接口進行連接，無需額外的外部設(shè)備即可開始運行。測量結(jié)果以9~12位的數(shù)字形式進行串行傳輸，操作簡潔便捷，是本智能控制系統(tǒng)最佳的溫度檢測元件。在夜間或陰天環(huán)境下，如果室內(nèi)氣溫低于20°C，那么溫度探測器將會接收到外部信息并將其發(fā)送至微處理器。一旦微處理器接收了這個信息，它就會啟動暖氣設(shè)備以提高室內(nèi)溫度。然而，若室內(nèi)溫度超過20°C，則溫度探測器又會重新向微處理器發(fā)出信號，從而由微處理器決定是否關(guān)閉暖氣設(shè)備。4.2通風(fēng)系統(tǒng)在夏天的中午或者溫室大棚灌溉后濕度過高，通風(fēng)系統(tǒng)被主要用于調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的氣流，以減少溫度或濕度，從而創(chuàng)造一個最適合植物生長的環(huán)境。對于溫度的調(diào)控過程和加熱系統(tǒng)的設(shè)定是相似的，一旦溫度超過了30°C，溫度探測器就會把信息發(fā)送至微型計算機，然后由它啟動風(fēng)扇；而如果溫度探測器發(fā)現(xiàn)溫度下降到了30°C以下，那么它又會重新向微型計算機發(fā)送信息，從而使風(fēng)扇關(guān)閉。4.3灌溉系統(tǒng)灌溉體系的主要功能是在溫室大棚中植物水份缺乏的時候，利用灌溉體系采用滴灌的方法來給溫室中的植物提供水源。根據(jù)市場的研究結(jié)果，決定使用HS1101型電容量濕度檢測儀。這種類型的濕度傳感器通常是用高分子薄膜電容制作而成，它具備高度靈敏度、良好的產(chǎn)品替換性能、快速反應(yīng)時間、低濕度延遲值、易于生產(chǎn)、能夠?qū)崿F(xiàn)微型化與集成的特點。盡管它的準(zhǔn)確率略遜色于濕敏電阻，但是由于電阻對于溫度過于敏感，這使得設(shè)備無法在大范圍內(nèi)廣泛運用，因此最后選擇了電容量濕度檢測儀HS1101。這個型號的濕度傳感器擁有如下優(yōu)勢：工作范圍寬；測量精度高；電路簡單；可靠性好，使用壽命長；抗干擾能力強工作溫度范圍寬（-40—80℃）溫濕度控制系統(tǒng)流程圖如下：圖4.5溫濕度檢測控制示意圖4.4補光系統(tǒng)在寒冷且漫長的西北冬天里，因為陰雨和積雪的原因，溫室里的蔬菜長時間暴露在微弱的光線下，這會影響到它們的光合作用進而降低其成長速度。為提升溫室中蔬菜的生長速率，將采取人為補充光線的措施，選擇使用LED燈光作為輔助工具。這個系統(tǒng)的運行是基于光敏傳感器所接收的信息來調(diào)整的，通常情況下，白天的太陽輻射足夠強，即使是在多云或陰暗的日子也能達到至少一百lux，因此在夜間或是陰雨天等低光條件下給溫室內(nèi)提供適當(dāng)?shù)墓庠匆源龠M植物的光合反應(yīng)。LED智能照明系統(tǒng)的核心構(gòu)件包括四大部分：探測、分析、調(diào)節(jié)與監(jiān)控。該系統(tǒng)采用了模塊化的架構(gòu)，包含有光強度監(jiān)測單元、微處理器管理單元、LED補充燈具單元及主控計算機單元等組件。所選擇的光敏感元件為ISL29020光數(shù)碼傳感器，其具備高度準(zhǔn)確性、極高的敏感性和較低的能耗特性，且其集成的程度較高，這有助于減少模擬調(diào)試線路的時間并擴大測量范疇。圖4-6補光系統(tǒng)示意圖為了突出led智能補光系統(tǒng)的關(guān)鍵性，執(zhí)行了以下實驗。為了保證實驗的精確度，將番茄作為研究對象，并采用控制變量的策略，在一個溫室內(nèi)選擇了三片具有相同大小的地塊，每片地的番茄植物數(shù)目和密集程度都一致，每個地方種有2.5株/平方米，總共是20平方米。共有50棵番茄樹，它們被分成三種不同的環(huán)境：無照明條件下的對照組；使用普通白熾燈光源的環(huán)境；以及利用智能化LED燈光的光照環(huán)境。表5.1不同補光條件下番茄每株生產(chǎn)情況補光方式單株數(shù)量（個）果實直徑（mm）單果質(zhì)量（g）單株產(chǎn)量（g）產(chǎn)量（kg/㎡）未補光白熾燈LED燈212325121.7122.9128.4268.4279.1312.25636.46419.37805.014.09116.04819.513根據(jù)表格所示，智能LED補光系統(tǒng)的效果明顯，主要體現(xiàn)在補光時間的延長和農(nóng)作物的光合作用時間延長方面，進而顯著提升了溫室大棚內(nèi)農(nóng)作物的生產(chǎn)率。4.5自動卷簾機卷簾機主要用于晚上或陰雨天保溫溫室大棚。由于其安全隱患高，安裝時需仔細閱讀說明書，確保認(rèn)證。專業(yè)人員應(yīng)進行安裝，確保材料強度和作業(yè)要求滿足標(biāo)準(zhǔn)，螺栓和電焊部分符合質(zhì)量要求。電源總控制需具備防潮和防觸電保護功能。操作時需按照規(guī)程和說明書，操作人員需接受專業(yè)培訓(xùn)。每次作業(yè)前需檢查機械和螺栓連接，清理影響工作的障礙物。檢查完成后方可接通電源。為確保安全，卷簾機通常采用手動控制，由專業(yè)人員操作。

第5章結(jié)論在本項目的設(shè)計過程中，成功地把太陽能發(fā)電設(shè)備和溫室大棚結(jié)合起來創(chuàng)建了一個光伏智能溫室大棚，這替代了傳統(tǒng)的大棚模式并降低了非可再生資源的使用量，積極回應(yīng)了環(huán)境保護的需求。這個設(shè)計的特點在于其采用了自動化管理方式，能夠?qū)崟r的監(jiān)測溫室內(nèi)部的環(huán)境條件，一旦發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)不符合作物生長的最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)，就會立即激活相關(guān)的工作機制來解決問題，從而有效提升了作物在大棚中的成長速度。盡管在這個過程里也遇到了一些挑戰(zhàn)，比如主要專注于光伏技術(shù)的學(xué)習(xí)使得在其他領(lǐng)域如選取光伏模塊、逆變器和蓄電池上出現(xiàn)了一點困難，但是通過老師的指導(dǎo)和同伴的支持，都順利解決了這些難題。至于溫室大棚的智能化自控部分，因為的知識儲備有限，確實出現(xiàn)了一定程度上的困擾，不過幸好有之前學(xué)習(xí)的關(guān)于微處理器、傳感器的課程作為基礎(chǔ)，再加上教師及伙伴們的協(xié)助和我個人的深入探索，最終還是克服了這個問題。當(dāng)前設(shè)計的太陽能溫室大棚雖然在智能自動化管理上有待完善，仍有不足之處，同時在光電能源系統(tǒng)的應(yīng)用上也因客觀因素而僅停留在理論階段，并未獲得實踐數(shù)據(jù)和真實建設(shè)溫室大棚的相關(guān)信息。主要依賴于一些參照值來實施施工，可能導(dǎo)致一定程度上的偏差，然而這并不能對總體效果產(chǎn)生實質(zhì)性的影響?？茖W(xué)技術(shù)的進步使得對可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注度不斷提升，同時對于非再生資源的使用也在逐漸降低。因此，太陽能發(fā)電系統(tǒng)的使用價值日益凸顯，并將在各行各業(yè)發(fā)揮重要作用。尤其是在農(nóng)耕這一國家經(jīng)濟命脈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)上，有效地結(jié)合太陽能和農(nóng)業(yè)可以極大地增加社會的整體收益。預(yù)計未來數(shù)年里，光伏溫室的大規(guī)模運用及智能化的趨勢將繼續(xù)擴大，其發(fā)展?jié)摿ο喈?dāng)樂觀。

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