農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b></p><p>　　題 目：農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境參數(shù)智能控制系統(tǒng)及與pc機(jī)通訊</p><p>　　2012年3月26日</p><p><b>　　一. 文獻(xiàn)綜述：</b></p><p>　　1.1 本課題的意義</p><

2、p>　　隨著改革開(kāi)放，特別是90年代以來(lái)，我國(guó)的溫室大棚產(chǎn)業(yè)得到迅猛的發(fā)展以蔬菜大棚、花卉為主植物栽培設(shè)施栽培在大江南北遍地開(kāi)花，隨著政府對(duì)城市蔬菜產(chǎn)業(yè)的不斷投入，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)蔬菜大棚產(chǎn)業(yè)被看作是21世紀(jì)最具活力的新產(chǎn)業(yè)之一。溫室是蔬菜等植物在栽培生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一， 不同種類的蔬菜對(duì)溫度及濕度等生長(zhǎng)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(zhǎng)的封閉的、良好的生存環(huán)境，從而可以通過(guò)提早或延遲花期，最終將會(huì)給我們帶來(lái)巨大

3、的經(jīng)濟(jì)效益。溫室是一種可 以改 變植物生長(zhǎng)環(huán)境、為植物生長(zhǎng)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?chǎng)所。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(zhǎng)的季節(jié)栽培植物。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(guó)外對(duì)溫室環(huán)境控制技術(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(chǎng)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(kāi)發(fā)和研制計(jì)

4、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)。現(xiàn)在世界各國(guó)的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)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(wú)人化的方</p><p>　　單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò) 將大量外圍設(shè)備和CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易 集成在復(fù)雜的，而對(duì)提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。單片機(jī)比專用處理器 最適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)， 因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單

5、片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話，計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。 我國(guó)北方冬季寒冷而漫長(zhǎng) , 大力推廣蔬菜大棚種植蔬菜能夠更好地滿 足人民生活水平日益提高的需要 。冬季蔬菜大棚管理最重要的一個(gè)因素就是溫度的控制 。溫度管理一般把一天分為午前 、午后 、前半夜和后半夜4個(gè)時(shí)段來(lái)進(jìn)行

6、溫度調(diào)節(jié) 。午前以促進(jìn)光合作用 、增加同化量為主 ,一般應(yīng)將棚溫保持在25 ～30 ℃ 為宜 ; 午后光合作用呈下降趨勢(shì) , 應(yīng)將溫度比午前降低 5 ℃左右 ,以 20 ～25 ℃為好 , 避免高溫下養(yǎng)分消耗過(guò)多 。日落后 4 ～5h 內(nèi) ,要將棚內(nèi)溫度從20℃ 逐漸降到 15 ℃上下 , 以促進(jìn)體</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　國(guó)內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)?/p>

7、況來(lái)看，溫室環(huán)境控制技術(shù)大致經(jīng)歷了 3 個(gè)發(fā)展階段： （1）手動(dòng)控制：這是在溫室控制技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其實(shí)并沒(méi) 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(guò)對(duì)溫室內(nèi)外的氣候的狀況和對(duì)作物生長(zhǎng)狀況進(jìn)行觀測(cè)，憑借長(zhǎng)期積累的 經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)推測(cè)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(zhǎng)狀況的反應(yīng)是最直接，最迅速且最有

8、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，不適合工業(yè)化農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)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(zhǎng)所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感器實(shí)際的測(cè)量值與事先設(shè)定的目標(biāo)進(jìn)行比較，以決 定溫室環(huán)境因子的控制過(guò)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)的自動(dòng)化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到了提高。通過(guò)改變溫室環(huán)境設(shè)定目標(biāo)值，可以

9、自動(dòng)的進(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)作物生產(chǎn)狀況的改變難以及時(shí)做出反應(yīng)，難以介入</p><p>　　二.設(shè)計(jì)的主要任務(wù)與內(nèi)容。</p><p><b>　　1. 課題簡(jiǎn)介。</b></p><p>　　分布式集散控制（DCS）其主要核心思想是集中管理、分散控制。分布式集散控制通常采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)：控制系統(tǒng)的下位機(jī)以單片機(jī)為核心，外接

10、數(shù)據(jù)采集輸入電路、輸出電路、鍵盤和 LCD顯示等部分，能夠獨(dú)立工作，被配置在每個(gè)溫室內(nèi)部。下位機(jī)能夠與上位機(jī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。</p><p>　　2. 設(shè)計(jì)課題應(yīng)達(dá)到的目的：</p><p>　　系統(tǒng)掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟件開(kāi)發(fā)；特殊功能模塊的使用；單片機(jī)與PC機(jī)的通訊。提高綜合利用控制理論、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、通訊技術(shù)、電氣控制技術(shù)等知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。</

11、p><p>　　3. 設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：</p><p><b>　　任務(wù)：</b></p><p>　　溫室智能控制技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)檢測(cè)與調(diào)節(jié)控制</p><p>　　環(huán)境因子參考模型的建立</p><

12、p><b>　　仿人控制與算法</b></p><p><b>　　單片機(jī)與PC機(jī)通訊</b></p><p>　　內(nèi)容：（1）設(shè)計(jì)溫室環(huán)境因子歸一化參考模型</p><p>　?。?）針對(duì)地區(qū)性差異、季節(jié)性差異、種植類差異，設(shè)計(jì)歸一化的仿人控制模型</p><p>　?。?）電氣控制邏輯及電

13、氣控制線路設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)檢測(cè)與調(diào)節(jié)控制模擬實(shí)驗(yàn)</p><p>　?。?）單片機(jī)與PC機(jī)通訊模擬實(shí)驗(yàn)</p><p>　　要求：（1）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)參數(shù)16路，12位A/D精度，輸出控制16路，開(kāi)關(guān)控制。 </p><p>　?。?）參數(shù)設(shè)置可單片機(jī)鍵盤輸入，也可上位PC機(jī)給定。</p><p>

14、;　?。?）LCD液晶顯示。</p><p>　　4. 設(shè)計(jì)課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等〕：</p><p>　　繪制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的主板圖和操作面板圖，模擬現(xiàn)場(chǎng)東、西側(cè)窗，排風(fēng)扇，氣泵，蔭簾等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)控制。模擬與PC機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)參數(shù)的傳輸和受令控制。</p><p>　　1.設(shè)計(jì)溫度濕度報(bào)警系統(tǒng)，要求： ⑴在白天的溫度為 25~28℃

15、，夜間為 15~20℃。濕度在35%~45%期間。超 出要求范圍系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。 ⑵系統(tǒng)測(cè)定的溫度可調(diào)范圍在 15~30℃，濕度可調(diào)范圍在 30%~50% RH。 ⑶系統(tǒng)用 LED 顯示溫度。 ⑷系統(tǒng)測(cè)試面積在 80m*80m ⑸系統(tǒng)監(jiān)視精度:溫度±1℃，濕度±5％RH 2.選擇設(shè)計(jì)思路，經(jīng)過(guò)論證確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。3．明確設(shè)計(jì)要求，選擇元件，完成基本運(yùn)算。4．設(shè)計(jì)硬件電路，硬件設(shè)計(jì)包括鍵盤電路、顯示電路、報(bào)警電路等設(shè)

16、計(jì)。5．根據(jù)設(shè)計(jì)要求明確軟件設(shè)計(jì)。 6．編程及調(diào)試程序。</p><p><b>　　三.設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　1、溫度控制系統(tǒng) 溫度控制系統(tǒng)的硬件部分包括 溫度檢測(cè)系統(tǒng)（采用高精度熱敏電阻）、信號(hào)放大系統(tǒng)、A/D 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、I/O 設(shè)備、控制執(zhí)行系統(tǒng)等。由于熱敏 電阻具有負(fù)的電阻溫度特性，當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻值減小，它的阻值—溫度 特性曲線是一條

17、指數(shù)曲線，非線性較大。而對(duì)溫度要求不高，是在室溫環(huán)境下熱敏電阻的阻值與環(huán)境溫度基本呈線性關(guān)系，這樣可以通過(guò)電阻分壓簡(jiǎn)單地將溫度值轉(zhuǎn)化為電壓值。給熱敏電阻通以恒定的電流，可得到電阻兩端的電壓，根據(jù)與熱敏電阻特性有關(guān)的溫度參數(shù)T0以及特性系數(shù)K?？梢缘玫较率剑篢=T0-kv（t）式中T為被測(cè)溫度。根據(jù)上式，可以把電阻值歲溫度的變化關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓隨溫度變化的關(guān)系，由于熱敏電阻的電信號(hào)一般都是毫伏級(jí)，必須經(jīng)過(guò)放大嗎，才能在單片機(jī)中使用。溫度傳感

18、器將溫度信息變換為模擬電壓信號(hào)后，將電壓信號(hào)放大 到單片機(jī)可以處理的范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)低通濾波，濾掉干擾信號(hào)送入單片機(jī)，由于傳感器輸出微弱的模擬信號(hào)，當(dāng)信號(hào)中存在環(huán)境干擾時(shí)，干擾信號(hào)也被同時(shí)放大，影響檢測(cè)精度，所以需要濾波電路對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理，以提高信號(hào)的抗干擾能力。</p><p>　　設(shè)計(jì)主要思想：通過(guò)熱電偶加溫度傳感器的形式，利用 A/D 轉(zhuǎn)換將單片機(jī)無(wú)法測(cè)量的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)，然后在將溫度值在LE

19、D 數(shù)碼管上顯示出來(lái)溫度傳感器將溫度信號(hào)變換為模擬電壓信號(hào)后，將電壓信號(hào)放大到單片機(jī)可以處理的范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)低通濾波，濾掉干擾信號(hào)送入單片機(jī)。在單片機(jī)中對(duì)信號(hào)就行采樣，為進(jìn)一步提高測(cè)量精度，采樣后對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波單片機(jī)將檢測(cè)到的溫度信息與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果不相符，數(shù)字調(diào)節(jié)程序根據(jù)給定值與測(cè)得值的差值按PID控制法設(shè)計(jì)控制量，觸發(fā)程序根據(jù)控制量控制執(zhí)行單元。如果檢測(cè)值高于或者低于設(shè)定值都將啟動(dòng)報(bào)警。</p><p&g

20、t;　　2、濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)的硬件部分包括濕度檢測(cè)電路、單片機(jī)、LED 顯示電路電源恒壓電路。濕度傳感器的選擇HOS-201濕度傳感器為高濕度開(kāi)關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V 以下，頻率為50HZ-1KHZ，測(cè)量濕度范圍為0-100%RH，工作溫度范圍為0-50℃，阻抗在75%RH（25℃）時(shí)為 1M 。這種傳感器只限于在一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，有效地利用其線性特性。</p><p>　　

21、工作原理：濕度檢測(cè)電路將當(dāng)前的環(huán)境濕度信號(hào)通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換后，送到單片機(jī) AT89C51 中，然后單片機(jī)通過(guò)軟件運(yùn)行，將當(dāng)前的濕度信號(hào)通過(guò)LED顯示出來(lái)(顯示相對(duì)濕度值)，并且通過(guò)程序的運(yùn)行，判斷當(dāng)前濕度 值是否在預(yù)先設(shè)定的范圍之內(nèi)，如果不是的話 單片機(jī)就會(huì)發(fā)出信號(hào)，使 報(bào)警器報(bào)警。 3、報(bào)警電路 把傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 數(shù)字濾波， 變換之后與要求參數(shù)的上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值(或低于下限值)則進(jìn)行報(bào)警，否則就 作為采

22、樣的正常值進(jìn)行顯示和控制。 本設(shè)計(jì)采用蜂鳴音報(bào)警電路。蜂鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需要購(gòu)買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過(guò)單片機(jī)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器需要10mA 的驅(qū)動(dòng)電流，可以試用TTL系列的集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)。4、蔬菜大棚溫度濕度控制原理圖。</p><p>　　四.完成本課題所需工作條件（如工具書、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)研等）。</p><p>　　可能遇到的問(wèn)

23、題以及解決的方法和措施 所需工作條件：互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、相關(guān)工具書、調(diào)研 可能遇到的問(wèn)題：圖書館資料缺乏 解決方法：上網(wǎng)搜索相關(guān)內(nèi)容、老師指導(dǎo)。</p><p><b>　　五.參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]劉建業(yè),薛增濤,梁永春,王忠杰,付占穩(wěn),張峰. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境調(diào)節(jié)與管理的仿人控制系統(tǒng)[J]河北科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, (03) . <

24、/p><p>　　[2]范云翔,孫廷琮,楊子萬(wàn). 智能型溫室環(huán)境控制器的研究開(kāi)發(fā)[J]農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 1997, (S1) . </p><p>　　[3]于海業(yè),馬成林,陳曉光. 發(fā)達(dá)國(guó)家溫室設(shè)施自動(dòng)化研究的現(xiàn)狀[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 1997, (S1) . </p><p>　　[4]顏翠英,王亞芳,劉衛(wèi),段慧娟,朱麗坤. PROFIBUS在溫室大棚群控化管理中

25、的應(yīng)用[J]河北工業(yè)科技, 2007, (05) . </p><p>　　[5]焦陽(yáng),王德奎,王亞芳,孫玉杰,馬獻(xiàn)果,張敏,王冀超. 智能數(shù)據(jù)檢測(cè)管理系統(tǒng)的研制[J]河北科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, (02) . </p><p>　　[6]張勇,王冀超. 智能數(shù)據(jù)檢測(cè)管理系統(tǒng)的硬件應(yīng)用研究[J]計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展, 2011, (02) . </p><p>　　[

26、7]劉建業(yè),薛增濤,梁永春,王忠杰,付占穩(wěn),孫會(huì)琴,張峰. 溫室智能控制關(guān)鍵技術(shù)研究動(dòng)向[J]河北工業(yè)科技, 2004, (02) . </p><p>　　[8]梁婧宇. 智能溫室環(huán)境溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]太原理工大學(xué), 2005 . </p><p>　　[9]蔡文斌,蘇義鑫. 基于農(nóng)業(yè)大棚低功耗無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, (04) .&l

27、t;/p><p>　　[10]張鈺玲. 農(nóng)業(yè)大棚智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2009, (08) . </p><p>　　[11]郭清華. 蔬菜大棚智能溫度控制系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, (11) . </p><p>　　[12]梁萬(wàn)用,謝澤會(huì),王延峰. 基于ZigBee的蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009,

28、 (25) . </p><p>　　[13]韓華峰,杜克明,孫忠富,趙偉,陳冉,梁聚寶. 基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的溫室環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2009, (07) . </p><p>　　[14]孫忠富,曹洪太,李洪亮,杜克明,王迎春,蘇曉峰,蔡田芳,劉爽,褚金翔. 基于GPRS和WEB的溫室環(huán)境信息采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006, (06) .

29、 </p><p>　　[15]周素茵,章云,曾斌. 無(wú)線通信技術(shù)在我國(guó)現(xiàn)代溫室中的應(yīng)用綜述[J]傳感器與微系統(tǒng), 2011, (12) . </p><p>　　[16]賈芳云 王大為 屈毅. 蔬菜大棚模糊PID溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) ,2011年 第13期.</p><p>　　[17]隋會(huì)靜 呂東華 林賢賢 楊永杰 一種智能大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 農(nóng)機(jī)

30、化研究 , 2011年 第09期 . </p><p>　　[18]姜源 鄭玉麗 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能大棚控制系統(tǒng) 現(xiàn)代電子技術(shù) ,2011年 第11期 . </p><p>　　[19]康健 基于GPRS的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ,2008年 第04期 . </p><p>　　[20]辛艷輝 袁合才 基于單片

31、機(jī)和TC35i的溫室大棚智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) ， 2011年 第13期 . </p><p>　　[21]戴勇 周建平 梁楚華 趙二明 基于AT89S52單片機(jī)的多功能智能溫室測(cè)控系統(tǒng) 農(nóng)機(jī)化研究 2009年 第05期 . </p><p>　　[22]楊金生 田志宏 基于SHT71的溫濕度無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 天津科技大學(xué)學(xué)報(bào) ,2009年 第02期.</p>