温室大棚自动控制系统设计说明书.doc
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LANZHOUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY
毕业设计
题目温室大棚自动控制系统设计
学生姓名马海祥
学号08220221
专业班级08级自动化
（2）班
指导教师王志文
学院电气工程与信息工程学院
答辩日期
72
兰州理工大学毕业设计说明书
摘要
进入21世纪以后，我国温室种植技术得到了迅速的发展。
以反季节蔬菜种植为主的温室大棚种植对科学技术的依赖有了更高的要求，温室大棚成为种植植物必不可少的设施之一。
温室大棚的自动控制系统就是利用科学技术对温室大棚内的环境参数（包括温度、湿度、光照以及二氧化碳浓度等）进行控制，使植物能够更好更快的生长。
温室种植有利于提高农作物的质量和产量，创造更多的经济效益。
本次温室大棚自动控制系统的设计是采用西门子公司S7-200型号的PLC为核心来完成的。
控制系统由PLC、传感器、执行机构等组成。
根据植物生长的最佳环境条件编制出温室大棚植物生长最佳环境管理程序表，储存在电子计算机的记忆装置中，电子计算机及根据程序表确认温室内参数，并给终端控制系统指令。
传感器向PLC输送监测的环境参数信息，根据PLC的指令输出来控制执行机构，使温室内的环境参数达到植物生长最佳环境。
关键字：
温室;传感器;环境参数;可编程控制器;
Abstract
Alongwithgetinto21century,thedevelopmentofgreenhouseisveryfastinourcountry.Greenhouseisdependenceonthehigherrequirementofscienceandtechnology.Greenhouseisgrowingplantsoneofthenecessaryfacilities.Greenhouseoftheautomaticcontrolsystemistheuseofscienceandtechnologyinthegreenhouseenvironmentparameters（includingtemperature,humidity,lightandcarbondioxideconcentration,soon）control,andmakeplantcanbebetterandfastergrowth.Itistoraisethequalityandyieldofcrops,andcreatemoreeconomicbenefit.
ThegreenhousedesignofanautomaticcontrolsystembeusedSiemensS7-200PLCtofinish.ControlsystembyPLC,sensor,actuatingmechanismetc.Accordingtothegrowthofaplantoptimalenvironmentconditionshadcompiledforgreenhouseplantsgrowbestenvironmentmanagementprogramtablestoredincompute.Thecomputeisaccordingtothetablesendinstructionsofcontrolsystem.ThesensoristotransporttheenvironmentalparametersofPLCmonitoringinformation,accordingtotheinstructionsofthePLCtocontroltheactuatingmechanism,andmaketheenvironmentalistoplantgrowthoptimalinthegreenhouse.
KeyWords:
Greenhouse;Sensor;EnvironmentParameters;ProgrammableLogicController;
目录
第一章绪论 1
1.1温室大棚自动控制技术发展的背景 1
1.2温室大棚在国内外的发展概况 1
1.3温室控制系统研究与开发的意义 3
第二章设计方案 4
2.1方案论述 4
2.1.1系统设计任务 4
2.2温室大棚自动控制系统设计方案 5
2.2.1基于PLC为基础的温室大棚自动控制系统设计 5
2.2.2基于单片机为基础的温室大棚自动控制系统设计 6
第三章硬件设计 9
3.1PLC的简介 9
3.1.1PLC的概述 9
3.1.2基本结构 9
3.1.3工作原理 10
3.1.4功能特点 11
3.1.5选型规则 12
3.1.6西门子S7-200 15
3.2温度传感器 16
3.2.1温度控制 16
3.2.2DS18B20的主要特性 17
3.3湿度传感器 17
3.3.1湿度定义 17
3.3.2湿度传感器的分类 18
3.3.3TRS-1土壤水分传感器 19
3.4光照强度传感器 20
3.4.1光照强度传感器的简介 20
3.3.2HA2003光照传感器 21
3.5二氧化碳浓度传感器 22
3.5.1二氧化碳浓度传感器的工作原理 23
3.5.2GRG5H型红外二氧化碳传感器 24
3.6EM235模拟量输入模块 25
3.7温室自动控制系统的控制量与控制措施 26
3.7.1灌溉系统 26
3.7.2温度控制 27
3.7.3湿度控制 27
3.7.4光照强度控制 27
3.7.5二氧化碳控制 27
3.8硬件总体设计 28
3.8.1I/O分配表 28
3.8.2硬件接线图 29
第四章系统软件设计 30
4.1软件结构 30
4.2温度控制软件设计 30
4.2.1温度控制原理 30
4.2.2温度控制流程图 30
4.2.3温室温度控制梯形图 32
4.3湿度控制软件设计 34
4.3.1湿度控制原理 34
4.3.2湿度控制流程图 34
4.3.3温室湿度控制梯形图 36
4.4光照强度控制软件设计 38
4.4.1光照强度控制原理 38
4.4.2光照强度控制流程图 39
4.4.3温室光照强度软件控制流程图 40
4.5二氧化碳浓度控制软件设计 42
4.5.1二氧化碳浓度控制原理 42
4.5.2二氧化碳浓度软件控制流程图 43
4.5.3温室二氧化碳浓度控制流程图 44
总结 46
参考文献 47
附录A外文文献 49
附录B中文翻译 61
致谢 71
第一章绪论
1.1温室大棚自动控制技术发展的背景
随着农业现代化的发展，设施园艺工程因其涉及学科广、科技含量高、与人民生活关系密切，已经越来越受到世界各国的重视。
这也为我国大型现代化温室的发展提供了极好的机遇，并产生巨大的推动作用。
我国的现代化温室是在引进与自我开发并进的过程中发展起来的。
温室大棚是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的理想场所。
实现温室大棚环境自动控制的目的是自动地调节温室内的温度、湿度、光照和二氧化碳气体浓度等环境因素，以满足温室作物最佳生长的环境要求。
其中，温度和湿度是最重要的环境因素。
目前，我国绝大多数温室大棚设备都比较简陋，温室大棚环境仍然靠人工根据经验来管理。
环境因素的自动调节和控制的研究正处于起步阶段，已严重影响了设施农业的大力发展。
特别是北方地区因其纬度高，寒冷季节长，四季温差和昼夜温差较大，不利于作物生长，目前应用于温室大棚的温度、湿度检测系统大多采用传统的温度、湿度检测。
这种温度、湿度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温、测湿电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本也高。
同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。
在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统就很有必要。
1.2温室大棚在国内外的发展概况
温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。
它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。
温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等，增加经济效益为目的。
而温室设施的关键技术是环境参数的控制，该技术的最终目标是提高控制与调节精度。
随着现代农业科学化的发展，设施园艺工程因其涉及学科广、科技含量高、与人民生活关系密切，己越来越受到世界各国的重视。
这也为我国大型现代化温室的发展提供了极好的机遇，并产生巨大的推动作用。
我国的现代化温室是在引进与自我开发并进的过程中发展起来的。
国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。
先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。
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。
现在世界各国的温室大棚控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。
目前，一些经济发达的国家和地区已经研制并实现计算机自动控制的现代化高科技温室大棚，并且形成了令人惊羡的植物土厂。
而我国的温室系统属于半开放系统，温室内环境控制水平比较低，仍靠人工根据经验来管理。
而且，国内的控制系统主要用于单因子控制，因而设施现代化水平低，对温室环境的调控能力差，产品的质量和产量难以得到保证。
正是这些塑料大棚和日光温室对于解决城乡人民的蔬菜供应发挥着主力军的作用。
从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三个发展阶段
（1）手动控制。
这是在温室技术发展初期所采取的控制手段，其时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。
通过对温室内外的气候状况和对作物生长状况的观测，凭借着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、最迅速且是最有效的，它符合传统农业的生产规律。
但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工厂化农业生产的需要，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，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比较，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自动化，适合规模化生产，劳动生产率得到提高。
通过改变温室环境设定目标值，可以自动地进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生长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。
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。
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