蔬菜大棚温度控制系统开题报告.docx

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蔬菜大棚温度控制系统开题报告

中北大学信息商务学院

毕业设计开题报告

学生姓名：

XXX

学　号:

1005０5４2

系别：

信息商务学院自动控制系

专　业:

自动化

设计题目：

蔬菜大棚温度控制系统设计

指导教师:

赵耀霞

　２014　年3　月　20日

ﻬ

开题报告填写要求

1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效;

２．开题报告内容必须用按信息商务学院教学管理部统一设计的电子文档标准格式（可从教务处或信息商务学院网页上下载）打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．学生写文献综述的参考文献应不少于１５篇（不包括辞典、手册）。

文中应用参考文献处应标出文献序号,文后“参考文献”的书写,应按照国标GB7７１４—87《文后参考文献著录规则》的要求书写,不能有随意性;

4.学生的“学号”要写全号（如0２01１40１Ｘ０2），不能只写最后2位或１位数字;

５．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/Ｔ7４0８—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2０04年３月15日”或“2０04－03－15”;

6.指导教师意见和所在专业意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。

毕业设计　开题　报　告

1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述:

文献　综述

一．课题研究意义和背景

　随着改革开放的进一步深入、农村劳动力转移，大量的农业人口流向城市，接近两亿农民成为了农民工,城市化进程加快。

在农业人口的劳动力不断升值的同时,原来城市周边的菜田又变成了高楼大厦,农村人口也改变了吃菜靠田间地头自给自足的方式，社会逐渐进入到专业分工的时代。

[１］

进入九十年代，我国的蔬菜产业迎来了他的一次新的革命。

光能利用率高,越冬能力强，作物病虫害减轻。

通过嫁接,作物根系发达，产量成倍提高，极大的丰富了城市居民的菜篮子，同时又鼓起了菜农的钱袋子[2]。

但是,一家一户零、小、散、乱的生产模式，很难保证蔬菜的品质,近几年出现的农药残留超标，严重的威胁到消费者的身体健康。

［３］同时,一家一户的生产,对市场规律缺乏预见性,难以保证市场供应的同时,又很难规避市场风险。

在这样的形势下,国家倡导公司化的蔬菜基地，农业合作社,却是恰逢其时。

温度，压力，流量和液位是四中最常见的过程变量。

[４］其中温度是最常见的一个过程变量,因为它直接影响工农业生产，国防建设,科学研究，对外贸易以及人们生活的各个领域。

因此,作为温度控制系统的恒温系统广泛应用于农业，石油,化工,冶金，食品,医药,商检,国防，教育，科研等领域。

温度的合理,准确，便捷的控制对提高产品质量和生产技术水平具有重要意义。

作为人口大国，通过发展高科技提高农产品的产量有着十分现实的实际意义。

[5]而运用农业恒温系统是现代设施农业的领域中的核心内容之一。

运用于农业的恒温系统是一种通过计算机实现温度环境因子实时调控的网络控制技术,集农业科技上的高，精,尖技术和计算机自动控制技术于一体,是现代农业科技向产业转化的物质基础。

二.蔬菜大棚的现状

改革开放以来，我国经济的迅速增长，使得农业的研究和应用技术越来越受到重视,特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。

现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行监测和控制。

例如：

空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。

［6］在现代化农业生产中,以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。

大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。

国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。

[7]当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的监测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及测控不及时等弊端,容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源,而且很难达到预期的效果。

[８]为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性,推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境。

[9]目前,随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率,对大棚的自动化程度要求也越来越高。

三．蔬菜大棚的发展趋势

国内外温室控制技术的发展状况来看,温室环境控制技术大致经历了3个发展阶段：

（１）手动控制:

这是在温室控制技术发展初期所采取的控制手段,其实并没有真正意义上的控制系统及执行机构。

生产一线的种植者既是温室环境的传感器，又是对温室作物进行管理的执行机构。

他们是温室环境控制的核心。

[1０]通过对温室内外的气候的状况和对作物生长状况进行观测，凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室内环境。

种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接,最迅速且最有效的，它符合传统农业的生产规律。

［1１]但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工业化农业的生产需要，而且对种植者的素质要求较高。

（２）自动控制:

这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数,计算机根据传感器实际的测量值与事先设定的目标进行比较,以决定温室环境因子的控制过程,控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。

计算机自动控制的温室控制技术实现了生产的自动化,适合规模化生产，劳动生产率得到了提高。

[12]通过改变温室环境设定目标值，可以自动的进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生产状况的改变难以及时做出反应,难以介入作物生长的内在规律。

[13]目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方式。

（３）智能化控制：

这是温度自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结，收集农业领域知识、技术和各种实验数据构建专家系统，以建立作物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术。

［14]温室控制技术沿着手动、自动、自动化控制的生产进程,向着越来越先进的,功能越来越完备的方向发展。

由此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型，温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。

　进入新世纪,绿色无公害、有机食品的意识深入人心。

生产绿色有机蔬菜，保障消费者身体健康成为广大菜农的共识。

品牌意识，精品意识,优质优价的意识，成为广大菜农改进生产设施,改进生产技术,由此而来的就是产品更优质，回报更丰厚。

[15]最近几年，国家积极引导，菜农的科技水平不断高,我国的蔬菜生产正在逐步走向世界。

温室大棚节水灌溉技术应运而生。

温室大棚是植物栽培生产中必不可少的设施之一,温度是衡量温室大棚的最重要的指标,它直接影响到栽培作物的的生长和产量,为了能给作物提供一个合适的生长环境，首要问题是加强温室内的温湿度的监测。

［1６]因此,为了实现高效农业的科学化和研究性，推动我国农业发展，解决我国农民普遍收入低的问题，缩小城乡差距,推动全面小康社会，迫切需要价格适中的、自动化程度高的农业设备。

[17]由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得成本低性能稳定的这种要求变为可能。

本设计是针对这一问题,设计能够实现温湿度上下限设定、自动监测、显示和报警等多功能的温湿度测控系统。

[15]该设计系统还可以推广到其他领域。

大棚技术的普及,温室大棚数量不断增多,对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温湿度控制。

温湿度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长,所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。

[18]传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。

如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。

现在,随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局性。

[19］为此,在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。

参考文献

［１］范海涛．　世界设施农业发展现状.农村实用工程技术,　2001

（1）:

　１０－11

[2]李朝青.单片机原理及接口技术.北京:

　北京航空航天大学出版社,２0０9

[３]潘新民,王燕芳.　微型计算机控制技术.北京:

电子工业出版社,　2０11

[４]周润景,张丽娜.　基于PＲOＴEUS的电路及单片机系统设计与仿真．北京：

　北京航空航天大学出版社，２006

[5］房德君.新型单片机综合试验系统.山东:

山东大学出版社,1996

［6]刘九庆.温室环境工程技术.　吉林:

东北林业大学出版社,2002

[7]张友德,赵志英,涂时亮.单片微型机原理应用与实验.上海:

　复旦大学出版社,2００3

[8］沈庆阳.单片机实践与应用.北京:

清华大学出版社，　2０0２

[9]杜深慧.　温湿度检测装置的设计与实现.北京:

机械工业出版社，2００4

[１0]姜志海,　赵艳雷.单片机的C语言程序设计与应用.北京：

　电子工业出版社,2０１0

[１1]王忠民．微型计算机原理.　西安:

　西安电子科技大学出版社,　2０0８

[1２］沙占友.智能化湿度传感器原理与应用.北京:

机械工业出版社,2００2

[１3]梅丽凤,王艳秋.　单片机原理及接口技术．北京:

清华大学出版社,　２００8

［14］郑锋,王巧芝.温室大棚自动控制系统的设计.北京:

机械工业出版社,200８

［15]李敏,　孟臣.温室大棚计算机测控系统的研制.计算机与农业科技,2０01

[16]Ｈａsｈimoto　Ｙ．Somespeakinｇ　planｔapprｏachtothe　syntｈｅsiｓofcoｎtrｏlｓysｔｅmintｈeｇreeｎhouse.　ＡctaＨoｒt,19８5

［17]G.ｖａnSｔratenａ，eｔｃ.Towａrｄs　ｕsｅｒ　ａccepｔｅd　ｏpｔimaｌｃoｎtｒoloｆ　gｒｅｅnhouseclimate.cｏmpｕterｓanｄElectrｏniｃs　inAgrｉcｕltuｒｅ，2000

[１8]Ｗ．L.Ｂroｇaｎ.Moderｎ　ConｔrｏlTｈeｏry．　PrｅnｔicｅHall　Iｎc,1985

［19]Ｋ.G.Arvaｎitｉsa,atc·Multirａｔｅadａｐｔivetemperaturｅcontｒolｏf　gｒeenhouｓe,computerｓanｄElectｒｏnics　iｎ　Aｇrｉculｔure,２000

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ﻬ毕业设计开　题　报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

本系统温度的监控包括以下步骤:

感应环境温湿度；判断感应到的温度是否异常；若感应到的温度异常,判断异常是否超过预设时间；若异常超过预设时间,则输出异常信号至主控机；异常报警;判断异常是否处理完毕;以及若异常处理完毕，解除报警。

并可以利用控制器和主控机来达到机房温湿度的远程控制，从而实现环境温湿度管理的实时性和有效性。

为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温度自动控制系统,以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。

它以先进的技术和现代化设施,人为控制作物生长的环境条件,使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效率，高产值和高效益的生产。

1、温度控制系统

温度控制系统的硬件部分包括温度检测系统（采用高精度热敏电阻）、信号放大系统、A/Ｄ转换、单片机、I/Ｏ设备、控制执行系统等。

由于热敏电阻具有负的电阻温度特性,当温度升高时，电阻值减小,它的阻值—温度特性曲线是一条指数曲线,非线性较大。

而对温度要求不高，是在室温环境下热敏电阻的阻值与环境温度基本呈线性关系，这样可以通过电阻分压简单地将温度值转化为电压值。

给热敏电阻通以恒定的电流，可得到电阻两端的电压，根据与热敏电阻特性有关的温度参数T０以及特性系数K。

可以得到下式:

　　Ｔ=T0-ｋv（t）式中T为被测温度。

根据上式,可以把电阻值岁温度的变化关系转化为电压随温度变化的关系,由于热敏电阻的电信号一般都是毫伏级，必须经过放大吗，才能在单片机中使用。

温度传感器将温度信息变换为模拟电压信号后，将电压信号放大到单片机可以处理的范围内,经过低通滤波，滤掉干扰信号送入单片机,由于传感器输出微弱的模拟信号,当信号中存在环境干扰时，干扰信号也被同时放大，影响检测精度,所以需要滤波电路对模拟信号进行处理,以提高信号的抗干扰能力。

2、报警电路

把传感器采集的数据进行处理数字滤波，变换之后与要求参数的上下限给定值进行比较,如果高于上限值（或低于下限值）则进行报警,否则就作为采样的正常值进行显示和控制。

本设计采用蜂鸣音报警电路。

蜂鸣音报警接口电路的设计只需要购买市售的压电式蜂鸣器，然后通过单片机经驱动器驱动蜂鸣音发声。

压电式蜂鸣器需要１0mＡ的驱动电流，可以试用TTＬ系列的集成电路7４06或74０7低电平驱动。

设计主要思想:

通过热电偶加温度传感器的形式,利用Ａ／D转换将单片机无法测量的温度信号转换为可测量的电信号，然后在将温度值在LEＤ数码管上显示出来　温度传感器将温度信号变换为模拟电压信号后，将电压信号放大到单片机可以处理的范围内,经过低通滤波,滤掉干扰信号送入单片机。

在单片机中对信号就行采样，为进一步提高测量精度，采样后对信号进行数字滤波单片机将检测到的温度信息与设定值进行比较,如果不相符,数字调节程序根据给定值与测得值的差值按PID控制法设计控制量，触发程序根据控制量控制执行单元。

如果检测值高于或者低于设定值都将启动报警。

本论文主要阐述了基于AT89C51单片机的蔬菜大棚温湿度控制系统设计原理,主要电路设计及软件设计等。

该系统采用AT89C51单片机作为控制器，SHＴ１0作为温度数据采集系统,可对执行机构发出指令实现大棚温度参数调节，具有上下位机直接设置温度范围,控制温度在1７℃---２７℃;，低于下限则启动加热器，高于上限则通过屏幕,显示报警或语音报警。

该检测系统充分利用AT８9C５1单片机的软、硬件资源，辅以相应的测量电路和SＨT１０数字式集成温湿度传感器等智能仪器,能实现多任务、多通道的检测和输出。

并且通过RS232接口实现与上位PC机的连接,进行数据的分析、处理和存储及打印输出等。

它具有测量范围广、测量精度高等特点,前端测量用的传感器类型可在该基础上修改为其他非电量参数的测量系统。

温湿度检测系统采用ＳHＴ10为温湿度测量元件。

系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性，经过一定的添加或改造,很容易增加功能。

根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度等传感器采集到的信息，利用RS４8５　总线将传感器信息送给485转2３2的转换器,接到上位计算机上进行显示,报警，查询。

监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储,然后将其与设定的报警值相比较,若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警或语音报警，并打印记录。

与此同时，监控中心可向现场控制器发出控制指令，监测仪根据指令控制风机、水泵、等设备进行降温除湿,以保证大棚内作物的生长环境。

监控中心也可以通过报警指令来启动现场监测仪上的声光报警装置，通知大棚管理人员采取相应措施来确保大棚内的环境正常。

蔬菜大棚温度控制原理框图

毕业设计开题　报告

指导教师意见：

　　　　　　　　　　　　指导教师：

　　　　　　　　　　　年　月日

所在系审查意见:

　　　　　　　　　　教学主任：

　　　　　　　　　　　　　　年　　月日

附件：

参考文献注释格式

学术期刊作者﹒论文题目﹒期刊名称，出版年份，卷（期）：

页次

如果作者的人数多于3人，则写前三位作者的名字后面加“等”,作者之间以逗号隔开。

例如：

[1]李峰,胡征,景苏等.纳米粒子的控制生长和自组装研究进展．无机化学学报，2001,　1７（3）:

3１5~324

［2]J.Y.Ｌi,　Ｘ.L.Chｅn,H.Ｌi.Fabriｃatiｏnoｆ　zinc　ｏｘide　nanoｒods．JournａlｏfCrysｔalGrｏwth,２001，233:

5～7

学术会议论文集作者﹒论文题目﹒文集编者姓名﹒学术会议文集名称，出版地：

出版者，出版年份：

页次

例如：

[3]司宗国谢去病　　王群﹒重子湮没快度关联的研究﹒见赵维勤,高崇寿编﹒第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集,北京:

中国高等科学技术中心，19９6:

１０５

图书　著者﹒书名﹒版本﹒出版地：

出版者，出版年﹒页次

如果该书是第一版则可以略去版次。

例如:

［4]韩其智孙洪洲﹒群论﹒北京：

北京大学出版社,１9８７﹒１0１

预印本作者﹒论文题目﹒预印本编号（出版年份）

例如:

[5]XiaｏfｅngGｕoaｎd　Jiａｎweｉ　Qiu﹒Theleading　ｐoweｒ　ｃorｒｅctｉonｓｔoｔhｅsｔrｕctureｆunctions﹒ｈeｐ—ph/981０5４8（1998）

学位论文作者﹒论文题目﹒学士（或硕士、博士）学位论文.出版地:

出版者，出版年份

例如：

[6]陈异.纳米粒子形貌控制研究.硕士学位论文.北京：

中国科学院,　20０２

电子文献主要责任者.电子文献题名﹒电子文献的出处或可获地址．发表或更新日期

例如：

［7]王明亮．关于中国学术期刊标准化数据库系统工程的进展.hｔtp:

//www.cａｙcd.ｅdu．cｎ/ｐub/wml．txt/980810-2.html，　1998－08－16

专利　专利所有者.专利名称.专利国别:

专利号,日期.

例如:

[8]姜锡洲.一种温热外敷药制备方案.中国专利:

88１０56073，１９8９-０７－26．