智能温室温湿度控制系统的设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 智能温室温湿度控制系统的设计指 导 教 师 :2013 年 3 月 10 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计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，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）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 GB 771487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 0201140102） ，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/T 740894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系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1.1 本课题研究背景及意义随着科技的不断发展尤其是农业科技的日新月异,使得人们可以通过创造出适合农作物生长的环境来改变其生长周期,满足人们对作物优质,高产和低耗的需求。农用大棚为解决我国居民的菜篮子问题，促进农民增收和推进农业结构调整发挥了重要作用。温室种植已在农业生产中占有重要地位 1。而传统的温室种植是在温室棚内悬挂温度计，工人根据读取的温度值调节温室内的温度；而湿度控制只能根据工人的经验判断是否需要进行灌溉。这种靠人工控制温湿度的方式，既耗费人力又不精确，传统的温湿度调节措施表现出极大的局限性。因此我们需要一种成本较低、使用方便，具有通信功能并且测量准确的温湿度控制系统 2。建造先进的温室有利于解决靠天吃饭的问题，防止恶劣天气，排除季节因素,给作物创造出一个适宜的生长环境，消除对作物生长不利的环境因素来促进生物生长，使其部分或完全克服外界气候的制约，从而缩短作物的生长周期，提高作物的产量，获得一定的经济效益。温室智能控制系统是微电子技术，计算机技术和自动控制技术的结晶 3。其大概经历了四个阶段：最开始的原始手工阶段，对于温室环境的改变大多只能够依靠种植者的经验来避免环境的过度变化导致的农作物的减产等。手工阶段后出现了各种各样的机械设备，很多温室安装了这样的机械来作为控制器。计算机的出现使得各种机械设备退出了历史舞台。而温室的智能控制于二十世纪九十年代问世 4。目前国内虽然对温室控制和温室管理进行了一定的研究和实验，但真正适合我国的温室控制系统却很少。运用温室温湿度控制系统进行温室的管理，能更有效的提高管理者的效率。通过该课题的研究可以充分了解到该系统领域，以此提出相关缺陷的改进，促进该系统的发展。而功能完善的温室温湿度控制系统，在促进社会经济发展，提高人民生活水平质量有着重大的意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外发展现状世界各国的现代温室已于二十世纪六十年代逐步完善并快速发展起来，第二次世界大战以后，各国都致力于自身的经济发展 5。随着经济的快速恢复和发展，人们的生活质量有了大幅度的提高，生活必需品的多样化要求也有了提高，因而对生产温室的需求逐年上升。计算机、自动控制、机械等技术在温室环境控制以及管理等多方面的广泛应用，温室技术发生了翻天覆地的变化，其中以欧洲的荷兰、法国和西班牙，中东的以色列，北美洲的加拿大和美国最为突出 6。目前，世界各国对温室的研究与应用主要涉及到以下方面：（1）节约技术的使用能有效的降低能源，降低成本，有利于资源的可持续发展；（2）环境控制计算机模拟模型、作物生长发育规律模拟模型研究向实用化方向发展，温室符合环境优化控制研究一直是各国温室技术研究的核心；（3）现在工业技术、生物技术、图像处理技术、核技术及因特网技术等高新技术应用于温室方面的研究 7。在荷兰、美国、日本等许多发达国家日趋活跃； （4）基础理论研究如温室光能利用、作物生长与温室环境关系等方面在发达国家受到重视； （5）温室框架结构及覆盖材料研究开发向多功能、系列化发展。1.2.2 国内发展现状我国的农业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、光照等单因子控制技术的研究，并逐步形成既适宜我国经济发展水平又能满足不同生态气候条件要求的温室控制系统。温度和湿度在工农业生产中都是需要被控制的参数，在被控过程中，两者已经不再是相互独立的、而是相互关联的参数，它们需要在系统集成中综合考虑 8。但是我国的设施园艺绝大部分用于蔬菜生产。80 年代以来，温室、大棚蔬菜的种植面积连年增加。目前的栽培设施中，有国家标准的装配式钢管塑料大棚和玻璃温室仅占设施栽培面积的少部分，大多数的农村仍然采用自行建造的简单低廉的竹木大小棚，只能起到一定的保温作用，根本谈不上对温光水气养分等环境条件的调控，抗自然环境的能力极差 9。目前还存在着诸如土地利用率低、盲目引进温室、设施结构不合理、能源浪费严重、运营管理费用高、管理技术水平低、劳动生产率低及单位面积产量低等诸多问题。1.3 本课题理论综述本课题主要阐述基于 AT89S52 单片机的温室温湿度控制系统设计原理,主要电路设计、软件设计等。该系统采用 AT89S52 单片机作为控制器，采用温湿度传感器进行数据采集，可对执行机构发出指令实现温室温湿度参数调节，并根据实际需求设计了单片机硬件系统 10。该系统能够实现数据采集数据、数据处理、数值显示、远距离通信、报警等功能。同时介绍了温湿度传感器，单片机接口，及其应用软件的设计。该基于单片机、温湿度传感器和 PC 机的温室温湿度控制系统，其性能可靠，结构简单，能实现对温室内温湿度的自动调节，并能实现多任务、多通道的检测和输出。它具有测量范围广、测量精度高、成本低等特点。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。根据温室内的温湿度传感器采集到的信息，利用数据总线将传感器信息传送给单片机，以及进行 LED 显示，报警，通信等功能。监控中心可以向现场控制器发出控制指令，检测仪器根据指令控制设备进行降温除湿，来保证大棚内作物的生长环境 11。参考文献：1 彭桂兰,张学军,张新东.温室环境计算机测控技术的研究现状和发展趋势J.现代化农业,2002,24(5):9-102 李朝青.PC 机及单片机数据通信技术M.北京：北京航空航天大学出版社，20003 李戌,陈建辉.温室温湿度控制系统J.中华自控,2002(8):25-314 高智富.温室环境控制技术的现状及发展趋势J.中国市场学术论丛,2007(9):106-1095 高峰,余立,卢尚琼,徐清香.国外设施农业的现状与发展趋势J.浙江林学院学报,2009,26(2):16-206 王划一.自动控制原理M.北京:国防大学出版社,20097 Nichols EA, Nichols JC .Communications for minicomputers .New York: McGraw Hill,19828 毕玉革，麻硕士.我国现代温室环境控制硬件系统的应用现状及发展.J.农业化研究,2009,31(3):226-2299 杨志强，周士冲，陈磊.我国设施农业的发展分析.J.农机化研究,2006,28(12):42-4310李朝青.单片机原理及接口技术M.北京:北京航空航天大学出版社,200611 易顺明,赵海兰,袁然.基于单片机的大棚温湿度控制系统设计J.现代电子技术,2011,34(7):129-13412 数字式温湿度数据采集器的研制J.工业计量,2006,16(6):11-1313 朱滨峰,徐桂云,李俊敏.单片机在温湿度测量系统中的应用J.仪器仪表标准化与计量,2006,22(5):44-4614 Lewis R.Modeling Control system using IEC 61499M.Institution of Electrical Engineers,200115 Jackson JE.A users Guide to Principle Components J.New York:Wiley-Inter-Science,199116 Glasmeier A,Howland M.Service-Led Rural Development:Deflinitions Theories and Emplrical EvidenceJ.Intemational Science Review,1994(16):197-22917 Sobrino J A,Romaguera M.Land surface temperature retrieval from MSG1-SEVIRI dataJ.Remote Sensing of Environment,2004(92):247-254 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 本课题要研究或解决的问题本系统就是针对大棚内温度、湿度，研究单片机控制的温室大棚自动控制，综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求多方面因素之后，设计一种基于计算机自动控制的大棚温湿度控制系统，以满足温室内作物生长的环境要求。主要内容包括：1、温湿度实时、准确的显示。通过温度传感器进行温度采集,采用湿敏电容对湿度参数进行采集，通过单片机 AT89S52 对采集到的数据进行处理，由 LED 显示屏对当前的温度值和湿度值进行显示。 2、键盘输入并显示。操作人员可根据不同作物的不同时期的最适宜生长环境将温度值和湿度值由键盘输入并且由显示器进行显示。便于调节作物在不同生长期所需的最适宜生长环境，以满足不同用户的需求。3、超限报警功能。当采集到的温度、湿度值与标准值之间存在较大差异时，及时启动报警装置进行报警，并采取相应的措施。 4、实现通信功能。配有通信接口可方便的与计算机进行通信，将采集到的温度值和湿度值传送到计算机上，留下采集到的历史数据，以方便专业人士进行研究。2.2 拟采用的研究方法研究温室温湿度控制系统的监控测量原理，以及它在运用中存在的一些问题，并设计基于单片机 AT89S52 的温室温湿度控制系统来解决目前其存在的一些问题。首先研究单片机 AT89S52 的原理以及它的应用。接着分为温度测量、湿度测量、程序编写、LED 显示、远距离通信等部分进行研究。最终设计出一种集温湿度显示，调控等功能的温湿度控制系统。拟设计系统的工作原理框图如下图 1 所示： 图 1 温室温湿度传感器系统原理图本系统通过温度传感器采集温度，湿度传感器采集湿度，经过含有单片机的检测系统的进一步分析处理，通过通信线路将信息上行到 PC 机，在 PC 机上可对温湿度信号进行任何分析、处理。用户可以修改温湿度的上下限值和预置值，从而实现上位机对大棚内作物生长的远程控制。如果环境的实时参数超越上下限值，系统报警并自动启动温湿度执行机构调节大棚内温度和湿度状态，直到温湿度状态处于上下限值内为止。单片机AT89S52信 号调 理信号调 理温度传感器湿度传感器温湿度执行机构构报警器LED 显示通信接口PC 机 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：系主任： 年 月 日附件：参考文献格式学术期刊 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): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57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，1987101预印本 作者论文题目预印本编号（出版年份）例如：5Xiaofeng Guo and Jianwei QiuThe leading power corrections to the structure functionshepph/9810548(1998)学位论文 作