智能温室大棚开题报告

1、大学电子信息工程学院毕业设计开题报告题 目：基于单片机的智能温室大棚控制系统学 院：电子信息工程学院专 业：测控技术与仪器学生：学 号：指导教师： 开题时间： 2013年3月19日一、文献综述1. 课题的研究目的及意义中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，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 数进行检测和控制。例如：空气的温度、湿度、土壤的含水率等。在农业种植问 题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现 温室生产管理自动化、科学化

2、的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生 长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。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。大棚的温 度、湿度与土壤的含水率等参数，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。而当今大多数对大棚温度、湿度、土壤含水 率的检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 由于测控不及时等弊端，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。因此，为了实

3、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温度、湿度以及土壤的含水率，使大棚形 成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环 节。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。由于单片机及各种电子 器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。当前农业温室大棚大多是中、 小规模，要在大棚引人自 动化控制系统，改变全部人工管理的方式，就要考虑 系统的成本，因此，针对这种状况，结合郊区农户的需要，设计了一套低成本的 温湿

4、度自动控制系统。该系统采用传感器技术和单片机相结合，由上位机和下位 机（都用单片机实现）构成，采用485接口进行通讯，实现温室大棚自动化控制。2. 国外研究现状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、产量等为目的。而温室设施的关 键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。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

5、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。世界发达国家如荷兰、美国、以色列等大力发展集约化的温室产业，温室温 度、光照、水、气、肥实现了计算机调控，从品种选择、栽培管理到采收包装形 成了一整套完整的规化技术体系。美国是最早发明计算机的国家，也是将计算机应用于温室控制和管理最早、 最多的国家之一。美国有发达的设施栽培技术，综合环境控制技术水平非常高。 环境控制计算机主要用来对温室环境（气象环境和栽培环境）进行监测和控制。

6、以 花卉温室为例，温室监控项目包括室气温、水温、土壤温度、锅炉温度、管道温 度、相对空气湿度、保温幕状况、通窗状况、泵的工作状况、CO浓度、Ec调节池和回流管数值、pH调节池和回流管数值；室外监控项目包括大气温度、太阳辐射 强度、风向风速、相对湿度等。温室专家系统的应用给种植者带来了一定的经济 效益，提高了决策水平，减轻了技术管理工作量，同时也为种植带来了很大方便2。以园艺业著称的荷兰从20世纪80年代以来就开始全面开发温室计算机自动 控制系统，并不断地开发模拟控制软件。目前，荷兰自动化智能玻璃温室制造水 平处于世界先进水平，拥有玻璃温室1.2万多平方米，占世界1/4以上，有85%的 温室用户

7、使用计算机控制温室环境。荷兰开发的温室计算机控制系统是通过人机 交互界面进行参数设置和必要的信息显示，可绘制出设定参数曲线、修正值曲线 以及测量的数据曲线，可以从数据库调出设定的时间段参数以便于必要的数据查 询，并能直接对计算机串行口进行操作，完成上位机与下位机之间的通信。上位 机软件集参数设置、信息显示、控制等功能于一体，同时还能够很好地完成温室 灌溉和气候的控制和管理。此外，国外温室业正致力于向高科技方向发展。遥测技术、网络技术、控制 局域网已逐渐应用于温室的管理与控制中。 控制要求能在远离温室的计算机控制 室就能完成，即远程控制。另外该网络还连接有几个通讯平台，用户可以在遥远 的地方通过

8、形象、直观的图形化界面与这种分布式的控制系统对话，就像在现场 操作一样，给人以身临其境之感。从国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。通过对温室外的气候状况和对 作物生长状况的观测，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

9、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。3）智能化控制。这是在温室自动控制

10、技术和生产实践的基础上，通过总结、收集农业领域知 识、技术和各种试验数据构建专家系统，以建立植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。温室控制技术沿着手动、自动、智能化控制的发展进程，向着越来越先进、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。3. 参考文献1 于海业，温室环境自动检测系统农业工程学报，1997.2 牛皖闽，何立新.温室控制系统试验装置与系统分析.轻工学院学报， 1995.3 Wray , Michelle Lynn ; A f

11、uzzy logic controller for temperaturecon trol of a six2zo ne tube furnaceD. UNIVERSITY OF LOUISVILLE 2001.4 锋，王巧芝，西瑞.温室大棚自动控制系统的设计.农机科技与信息， 2008.5 路康,马斌强，美琪，袁超.温室大棚动态参数测试系统的设计.农业 大学学报,2008.6 Tetsuo Morimoto ， Yasushi Hashimoto . An intelligent control forgreenhouseautomation ， orientedby the concept

12、s of SPA andSFAJ . Computers and Electronics in Agriculture， 2000 . 29: 320.7 丁镇生.传感器及传感器技术应用.：电子工业，1998.8 何希才,薛永毅.传感器及其应用实例.：机械工业.2004.9 Diaz , Gerardo Gristian ;Simulation and control of heart exchangers Using artifical neural networks. D UNIVERSITY OF NOTRE DAME 2000.10柏荣，瞿丹晨.温室大棚中CO2浓度测量仪.仪表技术与传

13、感器2005.11其圣/、j松龄.单片机温室大棚种植参数监控系统.中南民族大学学报：自然科学版，2004.12 周航慈.单片机应用程序技术.：航空航天大学,2002.13 锋,王巧芝,西瑞.温室大棚自动控制系统的设计.农机科技与信息.200.14 Natio nal Semlco ndactor. ADC0809UserGuiderM. s. L: Natio nalSemico nductor.2002.15 An on. Chipco n AS Smart RFCC2420Prelimi nary Datasheet Z .S . 1.:Chipcon . 2006.二、课题的主要研究容和

14、实施方案1. 主要研究容本设计以AT89C51单片机的温度、湿度测量和控制系统为核心来对温湿度进 行实时巡检。单片机能独立完成各自功能，同时能根据主控机的指令对温度进行 定时采集。测量结果不仅能在本地显示，而且可以利用单片机的串行口和 RS-232 总线通信协议能把温室中的温度、湿度等参数及时上传至上位机，并与设定值进 行比较，与设定值不符时采取相应的处理措施，以实现恒温恒湿环境。在设计的过程中充分考虑到性价比和精度，在选用低价格、通用元件的的基 础上，尽量满足设计要求，并使系统具有高的精度。本控制系统以单片机的控制 为核心，实时监测环境的温度和湿度，并设定了这两个参数的上下限定值，并具 有相

15、应的报警系统，当超过设定的限定值时，单片机控制报警系统进行报警，而 且同时驱动继电器打开相应的开关使相应的执行机构运行。当参数值恢复到设定值围时，单片机控制执行机构停止运行。从而使环境的温湿度在一定的围得到控 制。本设计主要容包括以下几个方面：1、选择适合的两种传感器，设计相应的信号采集和处理电路。2、掌握AT89C51单片机的主要功能和特性，以其为核心设计控制系统。3、设计简单的人机对话接口系统，如键盘、显示、报警等。4、利用RS232实现单片机与上位机的通信。5、实现系统的可靠性和抗干扰性。2. 实施方案1）植物的生长是在一定环境中进行的，在生长过程中受到环境中各种因素的 影响，其中对植物

16、生长影响最大的是温度、湿度和光照度。环境中昼夜的温度、 湿度和光照度的变化大，对植物生长极为不利。现代温室有外遮阳系统、加温系 统、自然通风系统、湿帘风机降温系统、补光系统、补气系统、环流风机、灌溉 系统、施肥系统、自动控制系统等常用的环境系统，能够对植物的生长进行合理 的控制，而如何才能合理地控制这些配套设备的运作和协同则需要有一套完善 的硬、软件温室系统进行控制。因此，本系统就是利用价格便宜的一般电子器件 来设计一个参数精度高，控制操作方便，性价比高的应用于农业种植生产的温 室大棚测控系统。该系统由单片机对温度、湿度等参数进行巡回测量，并对测量的结果进行优化补偿，并进行调控，此外主控制器还

17、可以同时完成系统参数测 量,数据存储等，硬件总体设计结构如图 2.1所示。由图2.1可知,整个系统采 用STC89C58RD单片机为处理核心，通过温室现有的各种传感器检测温室的温 度、湿度、光照度等环境因素，经由控制系统的8路模拟量、数字量输入接口传输到CPU中,并与系统设定值进行比较、判断、处理以及相关数据的存储。然后 将CPU处理后各种控制结果通过16路开关量输出口传送到电机和电磁阀等执行 机构上,从而实现对温室的控制。温室独立控制系统上还包扩各种人机界面和数 据传输接口，实现了人机交换方式以及实时参数的设定。本控制系统采用宏晶科 技公司生产STC51系列单片机控制器(STC89C58RD

18、 + )。该单片机具有强加密 性,无法解密，具有超强的抗干扰性能,且芯片部自带看门狗。STC89C58RD单片 机最高时钟频率为080MHz,32k的Flash存储器、1280字节的RAM拥有P4 口 适合需要多I/O的系统设计、16k字节的E2PRO可以提供比其它单片机更多的存 储空间。其不需要依靠任何烧录器,直接通过电脑上的串口以ISP方式进行烧录。 这种单片机的烧录方式操作简单容易，程序的调试灵活，修改方便，且不受地域、时间和环境的影响和限制，可为以后产品的改进和升级提供方便。温湿度传感器光照度传感器土壤含水率传感器R；8路模拟量琶路数字量输入接口通风系统'执行电机RS键盘接口1

19、1路开光量输出接口加热系统 少执行机构图2.1总体结构图2) 系统硬件结构整个系统采用模块化设计，硬件结构由传感器和单片机、控制装置组成，传感器将物理参量转换为电压并完成信号的调理，再送人模数转换器ADC0809 ,由下位单片机AT89S51读取，单片机将数据通过485总线送给上位机，上位机设有 显示功能，根据预先设置的参数决定要采取的措施，并将信息传给下位机，由下 位机控制通风和喷灌装置，也可以通过键盘强制控制。智能温室大棚控制系统的 组成基于两个方面：单栋温室大棚控制系统和集约化生产连栋温室大棚控制系 统。后者建立在前者的基础上，前者适于我国农村个体经营的现状。对于单栋温 室大棚控制系统，设置了独立的控制和显示等功能， 并设置了 RS-232和RS-485通讯接口，便于和上位机通信，实现集散控制系统，其模式如图2.2。另外，在设计过程中考虑到农生产的特点，每个系统的各部分接口都作了模块化设计，并 增加备用接口和功能，便于大棚生产重建和生产场地的变化，也增加了系统的通 用性，扩大了适用围。上位机通信接口大棚2大棚n-1大棚n图2.2集散控制系统实现3）温室大棚的硬件组成r空气湿度传感器温室大棚的硬件组成原理如图2.3所示:湿度传感器其他传感器测 温 放 大 器程控放大器A/D转