智能温室控制系统设计.docx

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智能温室控制系统设计

摘要

随着科学技术的发展，西方一些发达国家尤其是欧美开始比较快的发展温室种植技术，像美国、以色列、加拿大等发达国家开始采用仪表采集温室中的现场信息并根据指标进行监控，基本实现了农业生产的机械以及制动化。

温室环境领域的控制技术伴随着计算机技术的发展与应用也在不断的发生变化。

美国、以色列都出现了一种融合了气候调节、农业灌溉与作物的肥料供应的一个整体的一体化的温室网络管理系统，该系统通过对各种生产管理进行融合然后根据传感器的输入来调节各部分进行动作，以达到最经济最有效的手段进行控制温室。

由此，本文针对现代智能温室控制系统进行了设计。

第1章系统简介

温室智能控制系统，是在物联网应用逐渐广泛的情况下提出来的，特别是托普农业物联网的出现，基于此而研制出的一套用于温室灌溉环境监测的控制管理系统。

该系统实现对温室灌溉设备的监视、控制、环境数据的不间断采集、整理、统计、制图。

它有着与WINDOWS相一致的界面风格，完善的内存管理和友善直观的操作方式。

第2章智能控制系统理论分析

2.1监测功能

监测各个温室的当前状态，包括空气温度、空气湿度、光照度、二氧化碳、土壤温度、土壤湿度、电导率等参数等的信息采集以及各个设备的开关状态。

2.2控制器采用

农用经济实用型：

4行12汉字显示操作简单方便、不需要与计算连接、独立运行。

2.3设定功能

可以设定各个温室的运行参数，温室内的土壤湿度、土壤温度、电导率、时间等参数来自动控制电磁阀和水泵、施肥系统等的目标值，通过空气温度、空气湿度、光照、二氧化碳、等参数来自动控制天窗、侧窗、内遮阳、外遮阳、风机、湿帘、外翻窗、加温设备、加湿设备、二氧化碳发生器等的目标值和设备的开启/关闭时间等等。

2.4强制手动控制

可以实现强制手动控制各温室内的设备的开关状态。

2.5手动/自动

它可以灵活快速地实现各设备地手动/自动控制地切换。

2.6数据绘图统计

它能以曲线的方式绘出某各历史时间段的某个环境数据的变化曲线，并可以进行打印。

它可以按年、月、日、时将各个环境数据加以统计。

找出任意时间段的最大值、最小值、平均值等信息。

2.7传感器简介编辑

土壤湿度传感器

技术参数如下：

.测量原理：

FDR原理，探针长度5.3cm，3探针，观测以中心针为轴，直径7cm，高7cm范围内的柱型土壤水分含量；测量主频为：

100Mhz

.测量参数：

容积含水率

.单　位：

%（m/m）

.测量范围：

0――100%

.测量精度：

±3%

.供　电：

5V—10V

.输出信号：

0～2.0VDC、TTL数字信号

.稳定时间：

通电后2秒；

.响应时间：

<1秒；

.工作电流：

21mA左右；

.密封材料：

树脂浇灌,完全防水；

.电缆长度：

标准为1.5m

土壤温度传感技术参数如下：

.供电：

12V24V

.信号：

4-20mA两线

.测量范围：

-40—60摄氏度

.精度：

0.2摄氏度

.最远引线长度200米

.探头产地：

德国

.探头尺寸：

@5*25mm不锈钢护体

室内温湿度传感器

供电：

DC12～24V

信号输出：

温度：

0～20mA对应-30℃～70℃

温度精度:

±0.2℃

湿度:

0～20mA对应0～100%

湿度精度:

±3%

.通讯方式：

485通讯,传送距离<1000米

.通讯速率：

9600,n,8,1

.通讯协议：

MODBUS协议

功能及特点：

.微小外型体积设计，安装方便

.响应速度快

.抗干扰能力强

.使用寿命长

.全标定输出，无需标定即可互换使用

.基于请求式测量，极低功耗，稳定性好

适用范围：

广泛应用与农业、林业、气象等行业以及气候室、仓储等场所。

光照传感器

技术参数：

.供电电压：

12V～24VDC

.输出信号：

4～20mA

.输出负载：

500Ω

.光线范围:

0～100KLUX

.反应时间:

100ms

.环境温度：

-20～80°C

.精度：

±5%

功能及特点：

.体型小巧，安装方便

.壳体结构设计合理，使用寿命长

.密封性好

.测量精度高，稳定性好

.传输距离长，抗外界干扰能力强

.结构设计合理，外观质量佳

适用范围：

.可广泛用环境、温室、实验室、养殖、建筑、高档楼宇、工业厂房等的光线强度测量。

二氧化碳

供电:

24VDC/VAC（±10%）

功耗:

平均<60mA；峰值<200mA

量程:

0~2000ppm

精度:

±50ppm+读数的3%

温度漂移:

±0.2FS/℃

稳定性:

漂移<2%（15年）

风速传感器

技术参数：

•量程：

0~30m/s

•供电电压：

5V~24VDC

•输出信号：

脉冲（每个脉冲对应0.66m/s）

•精度：

±1m/s

•负载能力：

≤500Ω

•启动风力：

0.2m/s

室外温湿度传感器

技术参数：

.供电：

DC12～24V

.信号输出：

温度：

0～20mA对应-30℃～70℃

温度精度:

±0.2℃

湿度:

0～20mA对应0～100%

湿度精度:

±3%

.通讯方式：

485通讯,传送距离<1000米

.通讯速率：

9600,n,8,1

.通讯协议：

MODBUS协议

功能及特点：

.微小外型体积设计，安装方便

.响应速度快

.抗干扰能力强

.使用寿命长

.全标定输出，无需标定即可互换使用

.基于请求式测量，极低功耗，稳定性好

雨雪传感器

供电:

5V-12V

输出信号:

开关

响影时间:

10秒

雨量传感器

技术参数：

.承雨口径：

φ160mm

.测量范围：

≤8mm/min

.分辨力：

0.5mm

.误差：

±4%

.重量：

约3千克

.输出信号：

单干簧管通断，4PLUS/MM（抗干扰电阻100欧及电容0.01微法）

.工作环境温度：

-20～80℃

功能及特点：

.精度高，稳定性好

.体积小，安装方便

.线性度好，传输距离长，抗干扰能力强

.翻斗部件支承系统制造精良，摩阻力矩小，因而翻斗部件翻转灵敏，性能稳定，工作可靠

.仪器外壳用不锈钢制成，防锈能力强，外观质量佳

.承雨口采用不锈钢皮整体冲拉而成，光洁度高，滞水产生的误差

第3章系统硬件设计与实现

3.1硬件功能

YM温室智能控制系统可根据温室内的土壤湿度传感器、土壤温度传感器、时间等参数来自动控制电磁阀和水泵、施肥系统等的自动动作，通过空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、雨雪传感器等参数来自动控制天窗、侧窗、内遮阳、外遮阳、风机、湿帘、外翻窗、加温设备、加湿设备、二氧化碳发生器等的自动化动作，使温室内的环境保持在用户设定范围内。

温室智能自动化控制系统功能以土壤湿度值、土壤温度、时间、空气温度、空气湿度、光照、二氧化碳等为基础，用户可以设定其参数的目标值，程序根据用户设定的目标值控制及监测电磁阀、水泵、施肥系统、天窗、侧窗、内遮阳、外遮阳、风机、湿帘、外翻窗、加温设备、加湿设备、二氧化碳发生器等设备的状态，以保证温室内以上几项参数在用户设定的目标值范围之内。

计算机系统无需开机，下面的YM控制器也能独立按预定逻辑运行功能。

1、土壤水分25个点（注：

每点3层）与灌溉输出配合

注:

在土壤水分低于用户设定的目标值时开启是灌溉输出、同时还可以设定关闭灌溉输出的时间（时间的计算方式是跟据土壤湿度低限,到限时开水阀N秒时关闭给水阀）.同时可以跟据流量传感器采集的数据来控制给水阀的关闭.

2、土壤温度25个点与灌溉输出配合

注:

在土壤温度低于用户设定的目标值时不开启灌溉输出

3、室内温度12个点（注：

每点2个温度传感器）

注:

用来控制室内温度,使其保持在用户设定的温度环境内、通过此传感器来控制加温设备（如:

加温炉、空调等）的开启和降温设备（如:

空调、风机、天窗、侧窗、湿帘等）的开启

4、室内湿度12个点（注：

每点2个温度传感器）

注：

用来控制室内湿度,使其保持在用户设定的湿度环境内、通过此传感器来控制加湿设备（如：

加湿器、空调等）的开启和除湿设备（如：

天窗、侧窗、风机等）的开启

5、室内光照2个点（注：

每点5个光照传感器）

注：

用来控制室内光照强度,使其保持在用户设定的光照度内、通过此传感器来控制补光设备（如：

补光灯、遮阳网等）的开启和遮光设备（如：

遮阳网等）的开启

6、室内co24个点

注:

通过传感器采集的数据和用户设定的目标传相对比,如果低于用户设定的目标值测开启CO2发生器补充CO2,达到目标值测停止.

如果高于用户设定的目标值测开启天窗、侧窗、风机等设备,使温室内的CO2浓度保持在用户设定的范围内

设备：

1、顶开窗组12三相（注：

每2个温湿度控制1组）

2、侧开窗组2三相（注：

每2个温湿度控制1组）

3、风机台16三相（注：

每2个温湿度控制1组）

4、内遮阳组2三相（注：

每2个温湿度控制1组）

5、外遮阳组2三相（注：

每2个温湿度控制1组）

6、湿帘泵台2三相（注：

每2个温湿度控制1组）

7、喷灌系统台2三相（注：

有25个点的土壤水分平均值控制）

8、照明组2二相（注：

每2个光照控制1组）

9、三相略用开关组3

10、二相略用开关组2

基本原理编辑

本系列产品是采用一款高度集成的温湿度传感器芯片，芯片全量程标定的数字输出。

它采用专利的CMOSens技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件，这两个敏感元件与一个14位的A/D转换器以及一个串行接口电路设计在同一个芯片上面。

该传感器品质卓越、响应超快、抗干扰能力强、级高的性价比。

每个传感器芯片都在极为精确的恒温室中进行标定，以镜面冷凝式露点仪为参照。

通过标定得到的校准系数以程序形式储存在芯片本身的OTP内存中。

通过两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。

3.2控制系统功能编辑

用户登陆

规定用户使用权限，非用户不能登陆系统，保证系统安全。

可设置权限对用户和密码进行修改。

分两级权限：

温室察看权限、参数修改权限。

系统监控

监控温室内空气温度、空气湿度、光照度、二氧化碳、土壤温度、土壤湿度、电导率等参数。

各种设备的动作和状态；当温室内出现异常时进行声音、图像报警。

控制功能

自动及手动转换；

自动：

能根据用户设定的参数温室内的土壤湿度、土壤温度、电导率、时间等参数来自动控制电磁阀和水泵、施肥系统等的自动动作，通过空气温度、空气湿度、光照、二氧化碳、等参数来自动控制天窗、侧窗、内遮阳、外遮阳、风机、湿帘、外翻窗、加温设备、加湿设备、二氧化碳发生器等的自动动作。

手动：

通过鼠标操作实现各种控制设备的开启、关闭和启停，实现远程强制手动控制操作。

参数设定及浏览

对所要实现自动控制的参数（土壤湿度、时间、土壤温度、电导率、空气温度、空气湿度、二氧化碳、光照度等）进行设定，以满足自动控制要求。

实时曲线

实时趋势曲线可将系统采集到的温室内的数据以实时曲线的方式显示出来，以便于观察系统检测状态。

历史曲线

可显示出温室内各测量参数的日、月、季、年参数变化曲线，根据该曲线可合理的设置系统参数值。

以及分析各参数变化对作物生长的影响。

报表

可将温室内数据测量结果存储为报表形式对各参数进行分析和浏览。

打印

可对历史曲线、报表进行打印，方便数据查询。

参考文献

[1]覃贵礼.智能温室控制系统的研究与开发[D].广西大学,2012.

[2]解永辉.基于PLC的智能温室控制系统的设计[D].山东大学,2008.

[3]傅仕杰.基于STM32的分布式智能温室控制系统[D].太原理工大学,2011.

[4]宋文龙.智能温室模糊控制系统的研究[D].东北林业大学,2004.

[5]郝琪.智能温室远程控制系统研究与设计[D].燕山大学,2011.

[6]徐玲.模糊控制在智能温室温湿度控制中的应用[D].东北林业大学,2006.

[7]葛燕.基于89C52的智能温室控制系统的研发[D].齐鲁工业大学,2013.

[8]韩敏.智能温室监控系统的研究与实现[D].西北农林科技大学,2007.

[9]曹小昆.嵌入式温室控制系统研究[D].北京交通大学,2007.

[10]周晨松.智能温室控制系统[D].东北林业大学,2001.

[11]邰成.智能温室控制算法的研究与应用[D].南京邮电大学,2013.

[12]潘洪刚.智能温室模糊控制系统的研究[D].河北工业大学,2006.

[13]李红军.智能温室控制算法和数据管理的研究[D].西北农林科技大学,2007.

[14]覃贵礼,潘泽锴.基于PLC技术的智能温室控制系统研究与开发[J].河池学院学报,2013,02:

108-113.

[15]李莉莉.华东型连栋塑料温室环境智能控制系统的研究[D].上海交通大学,2013.

[16]何川.基于PLC的智能温室监控系统[D].电子科技大学,2013.

[17]李泉华.基于CAN总线的温室控制系统研究[D].青岛科技大学,2009.

[18]张路,何世钧,徐军峰,张弛.工控组态软件在智能温室控制系统中的应用[J].基础自动化,2000,02:

55-56+59.

[19]刘方,栗震霄.我国农业温室控制系统控制模式的研究[J].农机化研究,2008,10:

223-226.

[20]杜尚丰,李迎霞,马承伟,陈青云,杨卫中.中国温室环境控制硬件系统研究进展[J].农业工程学报,2004,01:

7-12.

致谢

首先感谢卢老师在课程设计中的悉心指导！

通过此次课程设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。

在毕业论文和实习报告写作期间,我得到了卢老师的无私帮助和悉心指导。

卢老师治学严谨,思维敏捷,学术基础扎实,其认真负责,精益求精的工作态度和精神非常值得我学习。

并且,我的专业知识在这次课程设计的写作过程中也得到了加深和提高。

在此,也要衷心感谢其他老师给予我的宝贵帮助。

同时对在我文中出现的各位文献作者专家,正是在他们的研究基础上才有本文的诞生。