温室大棚控制系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

温室大棚控制系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

温效果比挂在室外差；屋面流水降温法采用时须考虑安装成本，清除玻璃表面的水垢污染问题；蒸发冷却法使空气先经过水的蒸发冷却降温后再送入室内，达到降温目的。 蒸发冷却法有湿帘 — 风机降温法、细雾降温法、屋顶喷雾法。 第二章 研究方案的设计 水利电力学院 5 3. 保温 保温包括减少贯流放热量和通风换气量、增大温 保比、增大地表热流量。 减少贯流放热和通风换气量包括减少向温室内表表面的对流传热核辐射传热、减少覆盖材料自身的热传导散热、减少温室外表面向大气的对流和辐射传热、减少覆盖面的漏风而引起的换气传热；增大保温比是适当的减低温室的高度，缩小夜间保护设施的散热面积，有利提高温室内昼夜的气温和低温：增大地表热流量可以采用增大保护设施的透光率，且经常保持覆盖材料干洁，以及设置防寒沟，防止地中热量横向流出。 4. 本系统的控制方案 本系统温度控制系统由温度传感器检测温室内温度，根据室外天气状况和室内温度，并与设定值比较，决定升、降 温措施和启动控制装置。 冬季加温根据温差的大小，决定暖风机启动的时间，温差越大，开启时间越长。 夏季降温控制采用有级控制，即保证实施了第一级的控制措施仍达不到调控要求时才启动高一级的控制措施。 降温控制等级从低到高是：天窗、侧窗的开启，自然通风降温；强制通风换气降温；遮阳网张开 (晴天时遮阳网张开优先于强制通风换气 )；湿帘风机系统降温。 湿度的调解与控制 1．温室湿度环境条件 温室空气湿度较大，绝对湿度与相对湿度一般均大于露地。 空气湿度大，会减少作物蒸腾量，作物不易缺水，有利于植物的生长发育，但空 气湿度过大，则会使作物的茎叶生长过旺，造成疯长，影响作物的开花结果。 此外，湿度过高还易促成病虫害的发生，并可能发生某些生理障碍：而过低的湿度将使作物受到水分胁迫而使生长受阻。 温室内相对湿度的条件因季节、作物种类有所不同，一般在 50％～ 85％为宜。 温室内空气湿度受天气、通风换气、采暖及作物蒸腾作用的影响。 阴天温室内空气相对湿度一般在 90％以上。 晴天，夜间温室处于密闭状态，湿度较高，甚至会发生结雾现象；而到了白天，由于温度升高，结雾消散，空气相对湿度下降。 经常发生这样的现象，会给作物带来危害，因此需要对湿度进行 调节和控制：湿度控制一般包括低温、阴雨季节的除湿和高温晴朗天气的加湿。 2．温室湿度特点 温室湿度的特点有：室内湿度通常较高，受季节和昼夜影响大；不同的作物对湿度的要求不同；相同作物在不同的生长期对湿度也有不同的要求；反过来，作物的生长对湿度也有很大影响，作物通过蒸腾作用可以释放大量的水蒸气。 3．除湿控制 除湿一般是通过天窗、侧窗和卷帘的开启进行自然通风来实现的，也可以通过轴流风机强制通风来增强这种效果；另外，也可以采用化学方法除湿，除湿效果较好，但成本极高，采用的比较少。 4．加湿控制 在高温晴朗的天气，达不到作物的生长需求的湿度条件时要求增加室内空气的湿度，加湿常用毕业（设计）论文 温室大棚控制系统设计 6 水利电力学院 的方法有：喷雾加湿与湿帘风机降温系统加湿等。 5．本系统湿度控制方案 本系统湿度控制系统由温度传感器检测温室内温度，并与设定值比较，决定启动加、除湿控制装置。 因为湿度控制与温度控制具有一定的耦合性，如加热措施可能会引起湿度的下降，而增湿措施可能会引起温度的下降，因而在温室控制中要综合考虑这些耦合性，也就是当出现一个环境因子需要调控时尽量使用那些对该环境参数影响最大而对其他环境参数影响较小的调控方案，例如夏季光照较强，而湿度满足要求时候，因为遮阳网的张开对湿度的影响相对较小，故只需张开内或外遮阳网遮阳；或者当两个环境因子同时需要调控时，尽可能地选用能同时调节这些环境参数的调控方案，例如在冬季温室环境控制中，在温度过低、湿度过大的情况下，可以采用热风机加温，一方面温 度上升，另一方面湿度下降，由于冬季保温是最重要的，因而不考虑采用强制通风这类除湿手段；再如在夏季高温和湿度较低的情况下，通常启动内喷淋及其组合措施，这样既能降低温度也能提高湿度。 二氧化碳的调解与控制 二氧化碳是影响植物进行光合作用的重要因子，如果不足会成为影响植物生长发育的限制因素。 充足的二氧化碳对于温室内作物的影响为：提高幼苗素质；促进生长发育，显著增产；改善产品品质；抑制或减轻病害发生。 大气中二氧化碳平均浓度一般为 %，变幅较小。 在冬春设施蔬菜生产中，为了保温，设施经常处于密闭状 态，缺少内外气体交换，二氧化碳浓度变幅较大，中午设施内由于光合作用，二氧化碳浓度下降，接近甚至低于补偿点，二氧化碳处于亏缺状态应当及时的补充二氧化碳。 补充二氧化碳的方法很多，常用的主要有三种： 1. 燃烧法 通过二氧化碳发生器燃烧液化石油气、丙烷气、天然气、白煤油等产生二氧化碳。 当前欧美国家的设施栽培以采用燃烧天然气增施二氧化碳较普遍，而日本较多地采用燃烧白煤油增施二氧化碳。 2. 化学反应法 即用酸和碳酸盐类发生化学反应产生二氧化碳。 目前较多采用稀硫酸和碳酸氢铵，在简易的气肥发生装置内产生二氧化碳气体，通过管道将其施 放于设施内。 该法成本较低，二氧化碳浓度容易控制，目前在我国的设施栽培中运用较多。 3. 施用颗粒有机生物气肥法 将颗粒有机生物气肥按一定间距均匀施入植株行间，施入深度为 3cm，保持穴位土壤有一定水分，使其相对湿度在 80%左右，利用土壤微生物发酵产生二氧化碳。 该法无需二氧化碳发生装置，使用较为简便。 4. 本系统二氧化碳控制方案 本系统施肥控制方案：出于控制的需要，本系统采用的是钢瓶装的液态二氧化碳气源，用继电第二章 研究方案的设计 水利电力学院 7 器的启闭和控制时间来实现对二氧化碳释放量的控制。 系统总体方案设计 当前，随着农业科技的发展，高产高效的设施农业栽培技术在我国得到了广泛的应用。 从单个的简易日光温室，发展到大型连栋温室，生产规模越来越大，特别是近年来一些地方大规模兴建日光温室生产基地，实现了温室生产的集约化、工厂化。 温室在结构上是一个半封闭的系统，温室内部受温室结构的制约和影响形成了不同于外界环境的所谓的“温室小气候”，主要包括室内的温度、湿度、二氧化碳等要素。 温室结构的半封闭性又决定了温室与外界的物质与能量交换，又会引起温室小气候环境的变化，这种变化在一定程度上又会影响作物的生长。 因而本论文设计的温室环境 监控系统主要功能是实现温室内温度、湿度、二氧化碳浓度等因子的监测和控制。 系统组成框图 本设计是以 AT89S52基本系统为核心的一套检测系统，其中包括 A/D转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计 本系统主要由温室内外环境自动测试系统，自动控制系统，人机对话接口和通讯接口四个部分组成。 系统总体方框图如图 21所示。 图 21 温室大棚控制系统主框图 本文通过以上对大棚蔬菜中的参量及其相互关系的分析研究，笔者对系统总体方案进行了详细设计，采用 ATMEL公司生产的 AT89552单片机、 AD公司生产的 AD590集成温度传感器、电容式湿度传感器 HS1101，美国生产的红外 CO2传感器 6004。 单片机通过 ADC0809A/D转换器和 TLC2543传感器 把从传感器输出的模拟信号转换成数字信号。 而对湿度传感器 HS1101的信号处理完之后的信号为脉冲信号，针对湿度的变化，脉冲的宽度会发生变化，所以可以直接把 HS1101处理完之后的信号送到单片机的温度传感器 CO2 传感器 调节放大电 路 单片机 AT89S52 键盘 显示模块 报警器 功率放大 电热丝 风扇 电磁阀 湿度传感器 调节放大电 路 二氧化碳容器 A/D 转换 毕业（设计）论文 温室大棚控制系统设计 8 水利电力学院 外部中断口 0(INTO)，来实现脉冲信号宽度的测量。 显示部分由比较廉价的 LED数码管对温度、湿度、二氧化碳浓度进行分时显。 当温湿度，或者二氧化碳中任何一个量低于或者高于期望的范围时，系统会控制自动报警。 本设计采用的是声光报警，声光报警主要是控制蜂鸣器的发声频率和控制指示灯，使其在指定的区域一亮一灭，从而达到报警的目的。 由于本系统所控制的温度、湿度以及二氧化碳浓度都是大惯量环节，大棚容量大，而控制精度要求相对不高，所以用常规的乒乓控制方法即可满足控制要求。 具体的控制过程是：湿度低于某一值即打开滴灌电磁阀进行喷水，当湿度在期望值的范围内即关闭电磁阀。 当温度高于期望的上限或湿度高于期望值上限时，单片机控制风扇进行排风；当温度低于期望 值下限时，单片机驱动加热器进行加热；当二氧化碳的浓度低于要求的下限时，单片机控制二氧化碳容器排放适量的二氧化碳；当二氧化碳的浓度高于指定的上限时，单片机控制电磁阀打开天窗或者侧窗。 这里采用光电隔离器主要是排除外界的干扰。 具体的系统框图如图 22所示： 33PF 33PF 图 22 温湿度、二氧化碳测控原理图 RXT TXT T0 INTO AT89S52 RST XTAL2 XTAL1 P2 温度传感器 多路开关 采样保持器 A/D转换电路 CO2 传感器 湿度传感器 多路开关 采样保持器 复位电路 RS232 上位计算机 光耦 驱动 风扇 光耦 驱动 加热器 光耦 电磁阀 喷水 光耦 电磁阀 CO2 容器 键盘显示 声光报警 第三章 系统硬件设计 水利电力学院 9 第三章 系统硬件设计 大棚内温度、湿度、二氧化碳含量检测属监控系统范畴，近年来，由于传感器技术、计算机技术、超大规模集成电路技术和网络通信技术的发展，使监控系统广泛应用于工农业生产等领域。 因此，温湿度、二氧化碳含量检测技术的研究在软、硬件等方面都有了一定的进展。 本部分是大棚检测和控制系统的核心部分，主要涉及微控制器及其外围接口电路，包括信号的输入，输出通道及系统键盘显示电路，执行机构电路等。 本章将针对温室大棚中的温度、湿度，以及二氧化碳含量的检测与控制进行深入的研究。 微控制器概述及其最小系统设计 计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积庞大。 微控制器 (单片机 )就是在这种情况下诞生的。 微控制器，亦称单片机或者单片微型计算机。 它是把中央处理器 (CPU)、随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、输入 /输出端口 (1/0) 等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。 它的结构与指令功能都是按照工业控制的要求设计的，在智能控制系统中，微控制器得到了广泛的应用。 单片机目前己被广泛地应用于家电、医疗、仪器仪表、工业自动化、航空航天等领域。 市场上比较流行的单片机种类主要有 Intel公司、 Atmel公司和 Philip公司的 8051系列单片机， Motorola公司的 M6800系列单片机， Intel公司的 MCS96系列单片机以及 Microchip公司的 PIC系列单片机等。 各个系列的单片机各有所长，在处理速度、稳定性、 1/0能力、功耗、功能、价格等方面各有优劣。 这些种类繁多的单片机家族，给我们单片机的选择也提供了很大的余地。 本文选用 Atmel公司生产的AT89S52作为 CPU。 AT89S52是一种低功耗、低价格，高性能 8位微控制器。 AT89S52 单片机的特点 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 八位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器，使用 ATMEL 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash允许 ROM在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8位 CPU和在系统可编程 Flash，使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活的解决方案。 主要特点有： （ 1）与 MCS51 单片机兼容； （ 2） 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器； （ 3） 1000 次擦写周期； （ 4）全静态操作： 0Hz— 33MHz； 毕业（设计）论文 温室大棚控制系统设计 10 水利电力学院 （ 5）三级加密程序存储器； （ 6） 32 个可编程。