農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計開題報告

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</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(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(jīng)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?qū)ζ溆绊懙膱鏊?。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。先是采用模擬式的 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

4、算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(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</p><p>　　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，使計算機系統(tǒng)更小，更容易 集成在復(fù)雜的，而對提及要求嚴格的控制設(shè)備當(dāng)中。單片機比專用處理器 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。事實上單

5、片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用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(diào)節(jié) 。午前以促進光合作用 、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 , 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</p><p>　　1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況</p><p>　　國內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展狀

7、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(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(yīng)機構(gòu)進行加熱、降溫和通風(fēng)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

9、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(yīng)，難以介入</p><p>　　二.設(shè)計的主要任務(wù)與內(nèi)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(jié)構(gòu)：控制系統(tǒng)的下位機以單片機為核心，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，能夠獨立工作，被配置在每個溫室內(nèi)部。下位機能夠與上位機點對點通訊。</p><p>　　2. 設(shè)計課題應(yīng)達到的目的：</p><p>　　系統(tǒng)掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)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(shù)、傳感器與檢測技術(shù)、通訊技術(shù)、電氣控制技術(shù)等知識解決實際問題的能力。</

11、p><p>　　3. 設(shè)計課題任務(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)國內(nèi)外研究動態(tài)</p><p>　　現(xiàn)場參數(shù)檢測與調(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>　　單片機與PC機通訊</b></p><p>　　內(nèi)容：（1）設(shè)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(shè)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(shè)計</p><p>　?。?）現(xiàn)場參數(shù)檢測與調(diào)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(xiàn)場檢測參數(shù)16路，12位A/D精度，輸出控制16路，開關(guān)控制。 </p><p>　　（2）參數(shù)設(shè)置可單片機鍵盤輸入，也可上位PC機給定。</p><p>

14、;　　（3）LCD液晶顯示。</p><p>　　4. 設(shè)計課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計論文、圖表、實物樣品等〕：</p><p>　　繪制單片機應(yīng)用系統(tǒng)的主板圖和操作面板圖，模擬現(xiàn)場東、西側(cè)窗，排風(fēng)扇，氣泵，蔭簾等執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)控制。模擬與PC機進行現(xiàn)場檢測參數(shù)的傳輸和受令控制。</p><p>　　1.設(shè)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(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)計思路，經(jīng)過論證確定系統(tǒng)的設(shè)計方案。3．明確設(shè)計要求，選擇元件，完成基本運算。4．設(shè)計硬件電路，硬件設(shè)計包括鍵盤電路、顯示電路、報警電路等設(shè)

16、計。5．根據(jù)設(shè)計要求明確軟件設(shè)計。 6．編程及調(diào)試程序。</p><p><b>　　三.設(shè)計內(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(dāng)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(shù)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(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。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

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(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(dāng)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(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)換為可測量的電信號，然后在將溫度值在LE

19、D 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。在單片機中對信號就行采樣，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。如果檢測值高于或者低于設(shè)定值都將啟動報警。</p><p&g

20、t;　　2、濕度控制系統(tǒng)的設(shè)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(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。</p><p>　　

21、工作原理：濕度檢測電路將當(dāng)前的環(huán)境濕度信號通過 A/D 轉(zhuǎn)換后，送到單片機 AT89C51 中，然后單片機通過軟件運行，將當(dāng)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(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(shù)據(jù)進行處理 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(shè)計采用蜂鳴音報警電路。蜂鳴音報警接口電路的設(shè)計只需要購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過單片機經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器需要10mA 的驅(qū)動電流，可以試用TTL系列的集成電路7406或7407低電平驅(qū)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(diào)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(lián)網(wǎng)、計算機、相關(guān)工具書、調(diào)研 可能遇到的問題：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：</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, 2004, (03) . <

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27、t;/p><p>　　[10]張鈺玲. 農(nóng)業(yè)大棚智能控制系統(tǒng)設(shè)計與研究[J]. 微計算機信息, 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]梁萬用,謝澤會,王延峰. 基于ZigBee的蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[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)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 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)的實現(xiàn)[J]農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2006, (06) .

29、 </p><p>　　[15]周素茵,章云,曾斌. 無線通信技術(shù)在我國現(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 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) ,2011年 第13期.</p><p>　　[17]隋會靜 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 農(nóng)機

30、化研究 , 2011年 第09期 . </p><p>　　[18]姜源 鄭玉麗 基于無線傳感器網(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 西南民族大學(xué)學(xué)報(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、機和TC35i的溫室大棚智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 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單片機的多功能智能溫室測控系統(tǒng) 農(nóng)機化研究 2009年 第05期 . </p><p>　　[22]楊金生 田志宏 基于SHT71的溫濕度無線遠程監(jiān)控系統(tǒng) 天津科技大學(xué)學(xué)報 ,2009年 第02期.</p>