農業(yè)大棚設計開題報告

1、<p><b>　　畢業(yè)設計開題報告</b></p><p>　　題 目：農業(yè)大棚環(huán)境參數智能控制系統(tǒng)及與pc機通訊</p><p>　　2012年3月26日</p><p><b>　　一. 文獻綜述：</b></p><p>　　1.1 本課題的意義</p><

2、p>　　隨著改革開放，特別是90年代以來，我國的溫室大棚產業(yè)得到迅猛的發(fā)展以蔬菜大棚、花卉為主植物栽培設施栽培在大江南北遍地開花，隨著政府對城市蔬菜產業(yè)的不斷投入，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)內蔬菜大棚產業(yè)被看作是21世紀最具活力的新產業(yè)之一。溫室是蔬菜等植物在栽培生產中必不可少的設施之一， 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，為它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

3、的經濟效益。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氣候對其影響的場所。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結構材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。而溫室設施的關鍵技術是環(huán)境控制，該技術的最終目標是提高控制與作業(yè)精度。國外對溫室環(huán)境控制技術研究較早，始于20世紀70年代。先是采用模擬式的 組合儀表，采集現場信息并進行指示、記錄和控制。80年代末出現了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計

4、算機數據采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。現在世界各國的溫室控制技術發(fā)展很快，一些國家在實現自動化的基礎上正向著完全自動化、無人化的方</p><p>　　單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過 將大量外圍設備和CPU 集成在一個芯片中，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備當中。單片機比專用處理器 最適合應用于嵌入式系統(tǒng)， 因此它得到了最多的應用。事實上單

5、片機是世界上數量最多的計算機?，F代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產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個時段來進行

6、溫度調節(jié) 。午前以促進光合作用 、增加同化量為主 ,一般應將棚溫保持在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 ,要將棚內溫度從20℃ 逐漸降到 15 ℃上下 , 以促進體</p><p>　　1.2 國內外發(fā)展狀況</p><p>　　國內外溫室控制技術的發(fā)展狀

7、況來看，溫室環(huán)境控制技術大致經歷了 3 個發(fā)展階段： （1）手動控制：這是在溫室控制技術發(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。 生產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。他們是溫室環(huán)境控制的核心。 通過對溫室內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 經驗和直覺推測及判斷，手動調節(jié)溫室內環(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

8、效的，它符合傳統(tǒng)農業(yè)的生產規(guī)律。但這種控制方式的勞動生產率較低，不適合工業(yè)化農業(yè)的生產需要，而且對種植者的素質要求較高。（2）自動控制：這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需環(huán)境的目標參數，計算機根據傳感器實際的測量值與事先設定的目標進行比較，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實現了生產的自動化，適合規(guī)?；a，勞動生產率得到了提高。通過改變溫室環(huán)境設定目標值，可以

9、自動的進行溫室 內環(huán)境氣候調節(jié)，但是這種控制方式對作物生產狀況的改變難以及時做出反應，難以介入</p><p>　　二.設計的主要任務與內容。</p><p><b>　　1. 課題簡介。</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結構：控制系統(tǒng)的下位機以單片機為核心，外接

10、數據采集輸入電路、輸出電路、鍵盤和 LCD顯示等部分，能夠獨立工作，被配置在每個溫室內部。下位機能夠與上位機點對點通訊。</p><p>　　2. 設計課題應達到的目的：</p><p>　　系統(tǒng)掌握單片機應用系統(tǒng)的硬件設計與軟件開發(fā)；特殊功能模塊的使用；單片機與PC機的通訊。提高綜合利用控制理論、微型計算機技術、傳感器與檢測技術、通訊技術、電氣控制技術等知識解決實際問題的能力。</

11、p><p>　　3. 設計課題任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）：</p><p><b>　　任務：</b></p><p>　　溫室智能控制技術國內外研究動態(tài)</p><p>　　現場參數檢測與調節(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>　　單片機與PC機通訊</b></p><p>　　內容：（1）設計溫室環(huán)境因子歸一化參考模型</p><p>　?。?）針對地區(qū)性差異、季節(jié)性差異、種植類差異，設計歸一化的仿人控制模型</p><p>　?。?）電氣控制邏輯及電

13、氣控制線路設計</p><p>　?。?）現場參數檢測與調節(jié)控制模擬實驗</p><p>　?。?）單片機與PC機通訊模擬實驗</p><p>　　要求：（1）現場檢測參數16路，12位A/D精度，輸出控制16路，開關控制。 </p><p>　　（2）參數設置可單片機鍵盤輸入，也可上位PC機給定。</p><p>

14、;　?。?）LCD液晶顯示。</p><p>　　4. 設計課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計論文、圖表、實物樣品等〕：</p><p>　　繪制單片機應用系統(tǒng)的主板圖和操作面板圖，模擬現場東、西側窗，排風扇，氣泵，蔭簾等執(zhí)行機構的調節(jié)控制。模擬與PC機進行現場檢測參數的傳輸和受令控制。</p><p>　　1.設計溫度濕度報警系統(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)進行報警。 ⑵系統(tǒng)測定的溫度可調范圍在 15~30℃，濕度可調范圍在 30%~50% RH。 ⑶系統(tǒng)用 LED 顯示溫度。 ⑷系統(tǒng)測試面積在 80m*80m ⑸系統(tǒng)監(jiān)視精度:溫度±1℃，濕度±5％RH 2.選擇設計思路，經過論證確定系統(tǒng)的設計方案。3．明確設計要求，選擇元件，完成基本運算。4．設計硬件電路，硬件設計包括鍵盤電路、顯示電路、報警電路等設

16、計。5．根據設計要求明確軟件設計。 6．編程及調試程序。</p><p><b>　　三.設計內容：</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 溫度檢測系統(tǒng)（采用高精度熱敏電阻）、信號放大系統(tǒng)、A/D 轉換、單片機、I/O 設備、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

17、指數曲線，非線性較大。而對溫度要求不高，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系，這樣可以通過電阻分壓簡單地將溫度值轉化為電壓值。給熱敏電阻通以恒定的電流，可得到電阻兩端的電壓，根據與熱敏電阻特性有關的溫度參數T0以及特性系數K?？梢缘玫较率剑篢=T0-kv（t）式中T為被測溫度。根據上式，可以把電阻值歲溫度的變化關系轉化為電壓隨溫度變化的關系，由于熱敏電阻的電信號一般都是毫伏級，必須經過放大嗎，才能在單片機中使用。溫度傳感

18、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，經過低通濾波，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。</p><p>　　設計主要思想：通過熱電偶加溫度傳感器的形式，利用 A/D 轉換將單片機無法測量的溫度信號轉換為可測量的電信號，然后在將溫度值在LE

19、D 數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，經過低通濾波，濾掉干擾信號送入單片機。在單片機中對信號就行采樣，為進一步提高測量精度，采樣后對信號進行數字濾波單片機將檢測到的溫度信息與設定值進行比較，如果不相符，數字調節(jié)程序根據給定值與測得值的差值按PID控制法設計控制量，觸發(fā)程序根據控制量控制執(zhí)行單元。如果檢測值高于或者低于設定值都將啟動報警。</p><p&g

20、t;　　2、濕度控制系統(tǒng)的設計溫度控制系統(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關傳感器，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使用時具有良好的線性，有效地利用其線性特性。</p><p>　　

21、工作原理：濕度檢測電路將當前的環(huán)境濕度信號通過 A/D 轉換后，送到單片機 AT89C51 中，然后單片機通過軟件運行，將當前的濕度信號通過LED顯示出來(顯示相對濕度值)，并且通過程序的運行，判斷當前濕度 值是否在預先設定的范圍之內，如果不是的話 單片機就會發(fā)出信號，使 報警器報警。 3、報警電路 把傳感器采集的數據進行處理 數字濾波， 變換之后與要求參數的上下限給定值進行比較，如果高于上限值(或低于下限值)則進行報警，否則就 作為采

22、樣的正常值進行顯示和控制。 本設計采用蜂鳴音報警電路。蜂鳴音報警接口電路的設計只需要購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過單片機經驅動器驅動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器需要10mA 的驅動電流，可以試用TTL系列的集成電路7406或7407低電平驅動。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、計算機、實驗、調研等）。</p><p>　　可能遇到的問

23、題以及解決的方法和措施 所需工作條件：互聯網、計算機、相關工具書、調研 可能遇到的問題：圖書館資料缺乏 解決方法：上網搜索相關內容、老師指導。</p><p><b>　　五.參考文獻：</b></p><p>　　[1]劉建業(yè),薛增濤,梁永春,王忠杰,付占穩(wěn),張峰. 現代農業(yè)大棚環(huán)境調節(jié)與管理的仿人控制系統(tǒng)[J]河北科技大學學報, 2004, (03) . <

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