基于温室智控制系统的硬件设计.docVIP

1 引言 温室是一个集建筑结构、机电、生物与环境而成的综合系统。这些组件在软、硬件各方面相互配合的优劣决定系统的成败。 温室系统的研究分成以下几大部份:内部设施的配置,环境的控制,作物的栽培及经营与管理 。其中,环境控制为重要的一个环节,温室环境控制系统的设计需要研究人员了解系统内生物与环境之间相互关系,从而创造一合适的环境以利于生物之生长、繁殖。温室环控的重点在协调地控制作物生长的小气候, 使作物能成功地生长与繁殖。环境控制多为软硬件的结合,硬件包括传感器,传输线路,电脑,采集器,继电器等。硬件组成软件为控制策略,软硬件结合是温室环境监控的主要内容。温室硬件设施差异不大,整个系统成败关键在于监控软件能否有效的运作。软件与作物栽培种类、气候、硬件设施、环境参数等信息有关,环境控制策略为整套系统的核心。 本设计为一温室控制系统的硬件设计，由89C51单片机，A/D转换电路，温度检测电路，湿度检测电路、控制系统组成。温度检测电路将检测到的温度转换成电压，该模拟电压经ADC0809转换后，进入89C51单片机，单片机通过比较输入温度与设定温度来控制风扇或电炉驱动电路，当棚内温度在设定范围内时，单片机不对风扇或电炉发出动作。湿度检测电路将检测到的湿度转化成电压，该模拟电压经ADC0809转换后，进入89C51单片机，单片机通过比较输入湿度与设定温度来控制喷水电路，当棚内湿度在设定范围内时，单片机不对喷水装置发出动作。实现了对大棚里植物生长温度及土壤和空气湿度的检测，监控，并能对超过正常温度、湿度范围的状况进行实时处理，使大棚环境得到了良好的控制。 该设计还具有对温度的实时显示功能，对棚内环境温度的预设功能。 2 课题研究背景 随着社会的进步和工农业生产技术的发展,许多产品对生产和使用环境的要求越来越严,人们对温度、湿度、光强、二氧化碳浓度、灰尘等环境因素的影响越来越重视了。为此,本文以农业技术发展为目的开发了一种智能控制系统。众所周知,光、温度、湿度是农业生产不可缺少的因素,所以本设计将其作为重点数据来处理,而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量,而且温度信息传递不及时,精度达不到要求,不利于农业控制者根据温度变化及时做出决定。而湿度传感器价格昂贵,大多使用进口元件,但事实上,农用精度要求并不高,现在国产湿度传感器完全可以适用。为此,本设计开发了一种能够同时测量多点,并实时性高、精度高,能够综合处理多点温度信息,并能进行光控和湿度控制的测控系统就。 2.1 温室控制的现状 随着全球经济一体化,市场国际化进程日益加快,技术含量低的农业产品的市场竞争力将越来越弱, 面对未来世纪的严峻挑战和严酷竞争, 必须改变农业低效高耗的增长方式,走技术替代资源的路子,走农业工业化发展道路。作为农业摆脱耕地、水、气候和环境等资源限制的唯一出路是发展温室。[4] 温室是利用温室效应, 通过提高室内温度创造作物生长的适宜环境来达到作物反节生产和提高作物产的目的。但随着科学技术的进步, 温室生产已远远超过“温室效应”的概念。目前,利用高新技术可以对温室内的各种环境因子,进行自动控制和调节,部分地、 或甚至完全摆脱自然环境的约束,人为创造适宜作物生长的最佳环境,生产出高品质、高产量的产品 。 2.2 温室控制发展趋势 2.2.1 智能仪表与分布式控制 传感器的设计和选型是至关重要的,今后,传感器发展向着智能化方向发展: 大规模集成电路和嵌入式系统将功能模块CPU、存储器、A/ D转换和输入输出等都集成在一块芯片上,形成一种功能完整的智能仪表,可以完成信号转换与处理,按预定控制策略完成运算,处理和信息交换等多项任务,在剧烈变化的环境下,仍能稳定输出信息,或能自我补偿;当传感器自身或系统的某一部分出故障时,能自动检测和报警,即使在上位机故障或失效的情况下, 各智能单元仍可独立运行并执行预先设定的任务 。 2.2.2 自动控制+专家系统=智能控制 环境控制有单因子控制和多因子控制。单因子控制比较简单, 没有考虑影响作物生长诸多环境因素之间相互制约的关系。而综合环境控制,即多因子环境控制,要根据作物对各个环境要素相互协调的关系; 当某一要素发生变化时,其它要素自动做出改变和调整,能更好地优化组合环境条件, 这是温室环境控制技术的主要发展方向,也称之为温室环境智能控制技术。近年来神经网络、遗传算法、模糊推理等人工智能技术在设施农业中得到重视并逐步发展, 其中神经网络在 温室环境控制模型与作物模型的研究中得到了不同程度的应用。 温室生产系统是一个十分复杂的非线性系统,企图研究其输入与输出的定量关系是十分困难的。神经网络采用黑箱方法, 能把复杂的系统通过有限的参数进行表达。目前的自动控制