温室温度自动控制系统设计.docx

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温室温度自动控制系统设计

温室温度自动控制系统设计

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研究方向：

DesignOfGreenhouseTemperatureAutomaticControlSystem

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摘要

随着自动化水平的不断提高,工业现场对温度的控制越来越高,设计了一种适用于现代工业现场的实时高精度温度监控系统;采用单片机C8051F020和PC机相结合,具有数据采集、数据显示、数据通信及数据存储等功能,通过RS485总线和上位机相连,上位机可以通过软件对系统进行设置和控制,系统同时通过液晶模块实时显示监测到的温度和万年历;试验证明,本系统具有一定的实时高精度性能,有着很强的推广价值。

该系统通过对温室内的温度、光照、空气湿度、土壤湿度等环境因子的采集，并根据上述参数实现对温室温度自动调节，控制温室环境适合农作物的生长，达到了温室大棚自动控制的目的。

温度、湿度和CO2浓度等是影响作物生长的重要环境因子，为有效进行作物生长的环境控制，针对日光温室的特点，以模糊控制理论为基础，计算机控制技术为平台，设计了一个基于模糊控制技术的计算机温室控制系统；介绍了MCS—51单片机为核心的温室分布式测控系统的工作原理及主要功能；详细阐述了该系统的软、硬件实现方法。

现代工业控制系统中，以单片机为核心的分布式数据采集和监控系统以其电路结构简单，工作稳定可靠的优点得到了广泛的应用。

在分布式的控制系统中，数据通信距离往往在几千米以上，传统的RS232芯片已不能满足要求，因而应用RS485实现远距离通信。

本文对其中涉及到的控制原理、系统构成、分布式监控等问题进行了论证。

关键词：

单片机；DS18B20；温室；自动控制；仿真

DesignOfGreenhouseTemperature

AutomaticControlSystem

Abstract

Withthecontinuousimprovementoflevelofautomation,industrialon-sitecontrolofincreasingtemperature,designofamodernindustrialsiteforreal-timehigh-precisiontemperaturemonitoringsystem;usingC8051F020microcontrollerandthePC,combinedwithdataacquisition,datadisplay,datacommunicationsanddatastoragefunctions,throughtheLCDmoduletothereal-timediaplayformonitoringtemperatureandcalender;testsprovedthatthissystemhascertainhigh-precisionreal-timeperformance,haveastrongpromotionalvalue.Thesystemofthegreenhousetemperature,light,airhumidity,soilmoistureandotherenvironmentalfactorsintheacquisition,andinaccordancewiththeaboveparameterstoachieverighttemperature,humidity,lightautomaticadjustmentandcontrolofgreenhouseenvironmentforcropgrowth,reachedagreenhouseautomaticcontrol.

Temperature,humidityandcontrolofgreenhouseenvironmentforcropgrowth,reachedagreenhouseautomaticcontrol.Temperature,humidityandCO2concentrationaffectthecropgrowthforeffectiveenvironmentalcontrolforcropgrowthforthecharacteristicsofsolargreenhousecontrolsystem;describestheMCS-51microcontrollerasthecoreofthegreenhouseoftheworkingprincipleofdistributedcontrolsystemandmainfunctions;elaboratedonthesystemsoftwareandhardwareimplementations.Modernindustrialcontrolsystems,single-chipmicrocomputerasthecoreofthedistributeddataacquisitionandmonitoringsystemforitscircuitstructureissimple,thedistributedcontrolsystem,datacommunication,oftenseveralkilometersormoreawayfromthetraditionalRS232chipcannotmeettherequirements,andthereforeappliedtoachievelong-distancecommunicationRS485.Inthispaper,involvingthecontrolmechanism,systemstructure,distributedcontrolandotherissuesweredemonstrated.

Keywords:

Communicationsnetwork；DS18B20；Greenhouse；Automaticcontrol

1前言

温室是通过相关技术措施，在局部空间调控温度、湿度、光照、CO2浓度、营养液养分等环境因子，以创造植物生长最适宜的环境条件。

温室是人类智慧与科技文明的结晶，它改变了传统农业生产模式，打破了植物生长的地域和时空界限，推动了农业生产和社会文明的发展。

目前，现代温室已越来越多地应用于现代农艺、现代园艺的蔬菜、花卉的生产，成为现代高效农业的技术支撑。

利用温室种植技术可以大幅度提高农作物产量、增进品质，延长作物生长季节和实行反季节栽培，获得更高的经济效益。

然而，目前我国大部分温室设施简单、自动化程度低、系统功能还不完善，温室技术与现代化农业生产要求还很不适应。

虽然国外温室技术水平较高，但由于其造价高，温室应用环境与我国地理条件还有较大的差异，多年的实践证明，许多从国外引进的温室大棚大多“水土不服”，不适合在我国大面积推广使用。

因此，研究适合我国国情、高度自动化、控制简单可靠、建设和维护成本低廉的现代温室对早日实现我国农业现代化有着重要的现实意义。

下面结合江苏农林科技示范园温室大棚设施的建设与研究，简要介绍温室自动控制系统的设计思路。

1.1温室的起源与发展

温室是以透光材料为全部或部分围护结构材料，可供冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物的建筑的统称。

它通过人工干预的方式来对指定区域内的温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤水分、养分等诸多影响作物生长的因素进行调控，使之适合所培育作物的生长需要。

由于它摆脱了地点、季节、气候变化等的影响和限制，能有效的改善农业生态和生产条件，促进农业资源的科学开发和合理利用，提高了土地出产率、劳动生产率、社会效益和经济效益，有利于可持续发展。

因此在世界范围内得到了广泛的运用。

在我国，温室的起源是非常早的。

早在2200余年前的秦朝就有记载。

《古文奇志》上说；“秦始皇密令人种瓜于骊山石刑谷中温处，瓜实成，使人上书曰：

‘瓜冬有实。

’《前汉书·召信臣传》说：

“自汉世大官园冬种葱韭菜菇，覆以屋庑，昼夜燃温火，得温气诸菜皆生。

”可见秦汉时代已有了温室园艺的萌芽。

到了明代的嘉靖年间，北京的温室蔬菜栽培已具有相当的技术水平，但由于当时的农民秘而不宣，加上受农时观念的影响，人们认为通过反季节栽培出来的蔬菜，是“不时之物”，食用这种不时之物，可能会对人体有害，从而极大的限制了温室事业的发展。

在欧洲，公元1世纪罗马帝国末期已使用一种用云母片装配的温床，促成水果早熟和为宫廷生产黄瓜；在差不多同一时期的印度和埃及，也曾利用保护设施来减轻严寒、大风以及酷暑等恶劣气候对农作物的影响。

1.2国内外的温室环境控制系统的研究现状

温室环境控制技术是随自动化检测技术、过程控制技术、通讯技术及计算机技术的发展而发展起来的。

国外对温室环境控制技术研究较早，自20世纪70年代起采用模拟式组合仪表，采集现场信息并以相关的模拟式仪表进行指示、记录和控制。

1978年日本学者首先研制出微型计算机温室综合环境控制系统。

随着计算机技术的发展，80年代末出现了分布式控制系统，目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。

现在，日本、荷兰、美国、以色列等发达国家可以根据温室作物的要求和特点，对温室内的诸多环境因子进行调控。

研究的现状正朝着完全自动化和无人化方向发展。

日本还利用传感器和计算机技术,进行多因素环境远距离控制装置的开发。

国内对温室控制技术研究起步较晚。

农业计算机的应用开始于20世纪70年代中期，到80年代初期计算机开始应用于温室的管理和控制领域。

自20世纪80年代以来，我国工程技术人员在吸收发达国家高科技温室生产技术的基础上，进行了温室中温度、湿度和二氧化碳等单项环境因子控制技术的研究。

实践证明，单因子控制技术在保证作物获得最佳环境条件方面有一定的局限性。

1982年中国农业科学院建立了全国农业系统的第一个计算机应用研究机构。

90年代，在引进的基础上,搞了一些研究性质的环境控制系统，可以自动调节温室内温度,湿度等参数。

近几年来,我国加大了在温室结构和温室控制方面的研究力度。

2001年,国家在“十五”攻关项目中启动了“温室环境智能控制关键技术研究与开发”课题;同年,在国家“863”计划“可控环境农业生产技术”研究内容中包含了研制可控环境自动控制系统、信息自动采集系统等内容。

从我国的温室控制系统和控制技术现状来看，温室设施计算机应用,在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。

但是,大部分不够理想。

在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，在控制算法上，采用的大多是简单的直接数字控制方法，即在程序中设定各环境因子的上下限，当测定的环境参数超过上下限时，启动环境控制的硬件系统和机构。

这种方法尚不能根据作物对环境的反应进行实时控制。

在各个方面与欧美等发达国家相比,存在较大差距,尚需深入研究。

1.3温室测控装置的类型和发展方向

温室控制系统从大的角度来讲主要可以分为两个组成部分，即软件系统和硬件装置，软件系统的核心就是控制思想也就是控制算法，硬件装置一般是指温室环境测控设备的有机组成。

本文主要研究中国温室目前的测控装置类型，这一