溫室大棚自動控制系統(tǒng)開題報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 題 目： 溫室大棚自動控制系統(tǒng)的設(shè)計 學 院： 專 業(yè)： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 開題時間： 1、 文獻綜述1.課題研究的目的和意義隨著改革開放，特別是90年代以來，我國的溫室大棚產(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花，隨著政府對城市蔬菜產(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，不同種類的蔬菜對溫度及濕度等生長所需條件的要求也不盡相同，為他們提供一個更適宜其生長的封閉的、良好的生存環(huán)境，從而可以通過提早或延遲花期，最終將會給我們帶來巨大的經(jīng)濟

2、效益。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天氣對其影響的場所，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)的最終目標是提高控制與作業(yè)精度。國外對溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于20世紀70年代。顯示采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進行指示、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)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。現(xiàn)在世界各國的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。單片機是指一個集成在一塊芯片上

3、的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，也就是說一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。單片機雖小，但它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。同時它也被稱為微控制器（Microcontroller）,是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，

4、使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成在復雜的，而對提及要求嚴格的控制設(shè)備當中。單片機比專用處理器最合適應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。現(xiàn)代人類生活中所有的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。我國北方冬季寒冷而漫長，大力推廣蔬菜大棚種植蔬菜能更好的滿足人民生活水平日益提高的需求。冬季蔬菜大棚管理最重要的一個因素是溫度的控制。溫度管理一般把一天分為午前、午后、前半夜和后半夜4個時段來進行溫度調(diào)節(jié)。午前以促進光合作用，增加同

5、化量為主，一般將棚溫保持在25-30為宜；午后光合作用呈下降趨勢，應將溫度比午前降低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，以促進體內(nèi)同化物的運轉(zhuǎn)。此后，再將夜溫降到10-12，以抑制呼吸、減少消耗、增加積累。但不可把溫度降得過低，以免發(fā)生低溫危害。另外，陰雨天光照不足，光合作用不能正常進行，棚內(nèi)溫度也應比晴天低5左右，以降低呼吸消耗。隨著單片機的飛速發(fā)展，通過單片機對被控制對象進行控制日益廣泛，其具有體積小、功能強、性價比高等特點，把單片機應用于自動控制系統(tǒng)中可以起到更好的控溫作用，可完成對溫度采集和控制等要求。2.國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

6、國內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展狀況來看，溫室環(huán)境控制技術(shù)大致經(jīng)歷了3個發(fā)展階段：（1）手動控制：這是在溫室控制技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其實并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構(gòu)。生產(chǎn)一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對溫室作物進行管理的執(zhí)行機構(gòu)。他們是溫室環(huán)境控制的核心。通過對溫室內(nèi)外的氣候的狀況和對作物生長狀況進行觀測，憑借長期積累的經(jīng)驗和直覺推測及判斷，手動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境。種植者采用手動控制方式，對于作物生長狀況的反應是最直接，最迅速且最有效的，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，而且對種植者的素質(zhì)要求較高。（2）自動控制：這種控制系統(tǒng)需

7、要種植者輸入溫室作物生長所需環(huán)境的目標參數(shù)，計算機根據(jù)傳感器實際的測量值與事先設(shè)定的目標進行比較，以決定溫室環(huán)境因子的控制過程，控制相應機構(gòu)進行加熱、降溫和通風等動作。計算機自動控制的溫室控制技術(shù)實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動生產(chǎn)率得到了提高。通過改變溫室環(huán)境設(shè)定目標值，可以自動的進行溫室內(nèi)環(huán)境氣候調(diào)節(jié)，但是這種控制方式對作物生產(chǎn)狀況的改變難以及時做出反應，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)代化溫室及引進的國外設(shè)備都屬于這種控制方式。（3）智能化控制：這是溫度自動控制技術(shù)和生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)，收集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識、技術(shù)和各種實驗數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)，以建立作

8、物生長的數(shù)學模型為理論依據(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、自動、自動化控制的生產(chǎn)進程，向著越來越先進的，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)的溫室信息自動采集及智能控制趨勢發(fā)展。參考文獻1張友德等.單片機原理應用與實驗M.第一版.上海：復旦大學出版社，2000:63-802陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應用M.第二版.清華大學出版社，1999:26-333楊恢先，黃輝先.單片機原理及其應用M.第一版.國防科技大學出版社，2003:60-734李朝青.單片機原理及接口技術(shù)M.第二版.

9、北京航空航天大學出版社，1996:42-505閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.第二版.高等教育出版社，1998:10-256孫傳友.測控電路與裝置M.北京：北航出版社，2003:51-607來清民.傳感器與單片機接口及實例M.北京：航空航天大學出版社，2007:12-238阿力木·甫拉提.溫室大棚溫度的調(diào)控N.農(nóng)業(yè)科技，2010（8）9胡真明.基于單片機控制的溫度環(huán)境測控裝置的研究D.西北農(nóng)林科技大學，2007:15-3010王華祥，張淑英.傳感器原理及應用M.天津：天津大學出版社，2007:22-2411HUMIREL Relative Humidity Measurement usin

10、g the Humerel HS1101 Sensor 200812V.Yu.Teplov & A.V. Anisimov.Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ.2002:10-1313Yeager Brent.How to troubleshoot your electronic scaleJ. Powder and Bulk Engineering.1995:5-1214Meehan Joanne

11、& Muir Lindsey.SCM in Merseyside SMEs:Benefits and barriersJ. TQM Journal.2008:7-1015Behzad Razavi.Design of Analog CMOS Integrated CircuitsM.2001:8-122、 課題的主要研究內(nèi)容和實施方案1.溫度控制系統(tǒng) 溫度控制系統(tǒng)的硬件部分包括 溫度檢測系統(tǒng)（采用高精度熱敏電阻）、信號放大系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換、單片機、I/O設(shè)備、控制執(zhí)行系統(tǒng)等。由于熱敏電阻具有負的電阻溫度特性，當溫度升高時，電阻值減小，它的阻值溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性較大。而對

12、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，這樣可以通過電阻分壓簡單地將溫度值轉(zhuǎn)化為電壓值。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一般都是毫伏級，必須經(jīng)過放大嗎，才能在單片機中使用。溫度傳感器將溫度信息變換為模擬電壓信號后，將電壓信號放大到單片機可以處理的范圍內(nèi)，經(jīng)過低通濾波，濾掉干擾信號送入單片機，由于傳感器輸出微弱的模擬信號，當信號中存在環(huán)境干擾時，干擾信號也被同時放大，影響檢測精度，所以需要濾波電路對模擬信號進行處理，以提高信號的抗干擾能力。2.濕度控制系統(tǒng) 溫度控制系統(tǒng)的硬件部分包括濕度檢測電路、單片機、LED顯示

13、電路電源恒壓電路。濕度傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ-1KHZ，測量濕度范圍為0-100%RH，工作溫度范圍為0-50，阻抗在75%RH（25）時為1M。這種傳感器只限于在一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性，有效地利用其線性特性。3.光照控制系統(tǒng)光照度的控制主要靠遮陽幕的開關(guān)，光照度過高時，系統(tǒng)通過關(guān)閉大棚頂部的遮陽幕，避免陽光直射作物，減小光照度，及減少強光對作物生長的影響。當光照度過低時，就打開遮陽幕，增加光照度。如果檢測的光照度在適宜范圍，單片機將維持現(xiàn)狀。 4.設(shè)計主要思想通過熱電偶加溫度傳感器的形式，利用A/D轉(zhuǎn)換將單片機無法測量的溫度信號轉(zhuǎn)換為可測

14、量的電信號，然后在將溫度值在LED數(shù)碼管上顯示出來，溫度傳感器將溫度信號變換為模擬電壓信號后，將電壓信號放大到單片機可以處理的范圍內(nèi)，經(jīng)過低通濾波，濾掉干擾信號送入單片機。在單片機中對信號進行采樣，為進一步提高測量精度，采樣后對信號進行數(shù)字濾波單片機將檢測到的溫度信息與設(shè)定值進行比較，如果不相符，數(shù)字調(diào)節(jié)程序根據(jù)給定值與測得值的差值按PID控制法設(shè)計控制量，觸發(fā)程序根據(jù)控制量控制執(zhí)行單元。5.溫室大棚溫度控制硬件原理圖如下所示：LED顯示屏STC89C52溫室大棚溫度傳感器 濕度傳感器 鍵盤 遮陽幕控制電路執(zhí)行部分排氣扇及噴霧滴灌設(shè)備光照傳感器 A/D圖1-1 溫室大棚溫度控制系統(tǒng)硬件原理圖三、研究計劃 指導教師評語：指導教師： 20 年 月 日審查意見：通過對該學生畢業(yè)論文開題報告的審查我們認為： 畢業(yè)論文題目：合適