温室环境计算机测控系统

温室环境计算机测控系统研究指导教师：钱东平霍晓静唐娟吕长飞学生：马超摘要本文采用虚拟仪器技术，将传感器技术和计算机技术结合起来，进行了温室环境监测控制系统的硬件及软件设计。硬件上采用温度传感器、湿度传感器、光照传感器和二氧化碳浓度传感器检测各环境参数，实现了环境参数的自动采集；利用遮阳幕、二氧化碳发生器、微灌系统等实现了温室环境的智能调节。软件上基于LabWindows/CVI虚拟仪器开发平台，实现了数据的采集、处理和系统的控制。关键词温室虚拟仪器数据采集LabWindows/CVIAbstractThisliterarygraceusesthevirtualinstrumentationtechnique,combinedwiththesensortechniqueandthecomputertechnique,proceedingthegreenhouseenvironmentmonitorshardwareandsoftwaredesignsofthecontrolsystem.Onthehardware,withthetemperaturesensor,thehumiditysensor,thelight-shinessensorandthecarbonsensor,examiningeachenvironmentparameter,realizestheenvironmentparametercollectautomatically;Makeuseoftohidetheactofsun,carbondioxideoccurrencemachine,tinyirrigatesystemetc.realizestheenvironmentalintelligenceingreenhouseregulates.OnthesoftwareaccordingtoLabWindows/CVIvirtualinstrumentdevelopmentterrace,realizesthedatacollections,handleswiththecontrolofthesystem.KeywordsGreenhouseenvironment;Virtualinstrumentation;Thedatacollections;LabWindows/CVI1概述世界发达国家如荷兰、美国、英国等大力发展集约化的温室产业，已经研制成功对温室内温度、湿度、光照、气体交换、滴灌、营养液循环等实现计算机自动控制的现代化高科技温室，甚至于育苗、移栽、清洗、包装等也是实现了机械化、自动化。此外，遥感技术（WirelessTechnology）、网络技术(TransferControlProtocel-InternetProtocol/TCP-IP)、控制局域网（Ctrollerareanetwork）也逐渐应用于温室的管理与控制中。目前，美国已将全球定位系统、遥感遥测等高新技术应用于温室生产，由82%的温室使用计算机进行控制，有67%的农户使用计算机，其中27%的农户还用于网络技术。英国的智能温室系统，西班牙和奥地利的遥控温室系统都是计算机控制的成功应用，另外，德国已将3S技术（地理信息系统GIS、全球定位系统GPS和遥感技术RS）应用于温室。2系统总体方案2.1虚拟仪器技术虚拟仪器的概念首先由美国国家仪器公司（NationalInstrumentsCorporation简称NI）于1986提出。虚拟仪器由用户自己定义，这就意味着我们可以自由组合计算机平台、硬件、软件以及各种完成应用系统所需的附件，而这种灵活性在传统仪器上是达不到的。虚拟仪器系统包括GPIB(IEEE488.2)、VXIbus、插入式数据／图像采集板、串行通信与网络等四类I/O接口，其中GPIB是目前使用最为广泛的仪器接口。其构成方案如图2–1所示。DAQ板卡／DAQ盒DAQ板卡／DAQ盒信号调理测控对象GPIB接口卡GPIB仪器VXI仪器串行仪器／PLC现场总线（Fieldbus）设备其它计算机外围设备虚拟仪器软件开发平台PC图2-1虚拟仪器系统的构成方案2.2系统主要环境因子的特征息影响丢生物捷生长券发育气的主棍要环触境条小件包战括：胞光照堪（光肆照强索度、绑光照园时数繁、光屿质）暴，温藏度，戒湿度减，气仰体等孕环境蛛条件渡。御2.鸽2.斜1辟光照薪环境里植物感的生瓦命活吩动与级光照深密不警可分摩，光起照是采植物钱赖以锯生存数的物签质基剧础。牌冲1）慕光照弓强度趣温室抱内的赶光照穷强度蒸一般裳比自嘴然光罚弱，萝不同驰的覆屯盖材隶料造钩成温甚室内洒的光跪照强队度差削别较狱大，径塑料诱温室鞭大棚踢的平彼均透没光率烧约为刚50温%,午全漠光玻仁璃温煌室的扬透光优率约潜为6萝0%陶,最捉大可朵达7择0%苏,光佣照强忌度可绩通过恰遮阳黎幕,丝有条绍件的败可采川用补租光系态统来纯调节奔。妖2)泳光均照时也数券睡光照悼时数叉因温行室类干型而福异,欧其中向全面市透光伤无覆剃盖的从温室狼的光智照时爆数露厦地基克本相蓬同。眉在寒形冷的温季节碎,为常了防剥止保疯温而优覆盖遇在温急室天雪面的牌蒲席骗、草梨毡,纵其揭赔盖时伐间直屑接影点响温闲室内剃受光薪时数甜。扩3)搜光所质芦帝温室右内的构光质召与自若然光罚不同寒,主菠要与怠覆盖瓶材料并,如倘塑料殃薄膜贝、硬贡质塑爹料板扬材、盗玻璃朝等的蛮性质织有关蹲,透震过的涝光质贤与覆伍盖材腾料的会组成染成分笨、颜基色等羊有直近接关杂系,非所以预必须域根据六室内剥种植询植物叙的品是种,窃选择将有利垄于该降作物向生长搂发育葱的覆任盖材汉料。般2.胁2.贯2哥温度圣环境章温度迟是影农响植崇物生欢长发盼育的罩最重奉要的连环境就因子河,它坡影响窗着植乓物体斤内的露生理拳变化眼,是武植物要生命为活动僚的基竭本要疲素继。室升内的退调节绝包括梢保温石、加巾温和锤降温秤。祖2.栏2.先3啊湿度亏环境业湿度秆分空床气湿分度和谜土壤杆湿度颤两方绳面盲。室那内湿集度的豪大小闸是水礼分多铜少的冷反映验,直押接影扮响着很农作碧物的唉产量呈和品继质。近空气妥湿度匹的调火节主细要根骄据植后物生汤长的吗湿度黎要求狮进行务除湿围和加任湿。塘空气文除湿军的方饿法有拼:通颜风换滋气、北加温捷除湿金和控渣制灌交溉量昨。空灶气加椒湿的杠方法忽有:速喷雾临加湿差、湿麦帘加秤湿等间。土汗壤的庙湿度强调节价主要涂是调川节灌田溉量卸。慕2.丝2.毙4气田体环线境弹二氧逐化碳滔浓度除的调您节和归控制宿：同在半劫封闭碍或全输封闭陷的温激室内驴,作艳物不抢断的庙从空纯气中手吸收贺二氧临化碳宽,而吉外界瞧大气逮中二腐氧化浇碳又绿不能妈及时健补充录,造蚁成温前室内睡的二闸氧化抢碳浓怨度很跑低,孔无法谅充分价满足薯作物和的生赤长需骄要.炊调节朋二氧膛化碳咱浓度浑主要滑采取接通风盒换气裕和人悉为补乓充二程氧化怕碳浓齿度的敬方法梁。悠2.柜3找系统皂硬件旷总体青方案填结构爪对于辉温室旱环境债监控粱系统首的硬另件设红计，批主要荣包括久两方为面：=1\*GB3夜①架环铅境参填数检愈测系失统的涂设计启；=2\*GB3炊②惕环脑境调峰控系鬼统的患设计印。系捐统结益构如荣图2驼-2数据采集板温度传感器光照传感器CO2浓度传感器继电器或电磁阀执行机构湿度传感器遮阳幕降温加湿升温除湿CO2储气罐计算机控制中心打印机键盘控制报警装置天窗侧窗不图2总-2嗓强系统键结构问框图挖3吃测阅控系奖统的喜硬件识设计演系统贼的硬吗件部懂分：凯计算签机锅是捞整个钢测控挺系统步的数辨据采略集、弃数据集管理略、控准制决研策的僵中心谅。浩信号极检测速部分蚂斗指传里感器小，它楚们进注行温置室内棕环境纺因子然的数咏据的戒采集锋并传泼送给坟数据啦采集愧板。时数据右采集纲部分剥稍指数携据采委集板排及其格配套村设备捐，将辨采集千到的肥数据耀进行醒A/强D睡转换漂，传蜡送进势入计席算机哨，进要行进协一步那的分貌析处位理；铃再将椒计算婚机输累出的羽控制短结果桐通过没D/漠A列转换晌，输贩出给柜控制伟部分葡。宏执行舞机构宏够根据限控制怖结果焰进行尖相应匀的动搁作，栋最终弟达到耳使温糕室环废境参归数达烟到最爷理想档的状盾态。阴3.迷1夸系统护计算蜓机的尽选用逃普悔通石PC丸机，情要求音配置健具有耀较高滨的运六行速丘度和是较快罪的数巩据处中理能咏力，堂以便分进行葵及时贪的数爬据运号算和姓实时蝶控制骗；具赵有较充大的蜓硬盘闻存储得空间你，用己于存捡储检趁测的抖数据趋，以丧便进惩行分变析和炸查询岂，能要保证受系统石的正腿常运算行。归3.遮2系传感非器的差选用辣3.东2.逮1奋温度枝传感聋器软本系呀统座采用油的是稳JW令SL新型热卷电阻搂温度搬传感蔑变送晃器，泊其感丢温元庙件为扩灵敏葛度高聋、线宴性好徐的P皮T1很00日0铂搬电阻捡。铂博电阻愁具有愧电阻营率高宽，在刘使用送的温惩度范远围0箩℃汇～5鼠0冬℃麻内，雕材料母的物妻理和渗化学塔性质申稳定局等优羞点。书3.掏2.伟2旨湿度估传感斜器四本系骡统中巾湿度柔传感比器采伸用的灾是J揪WS跌L型渣高分绞子湿升敏电蝇容式热湿度恢传感暖变送四器，腿可测惹量2郑0～企10烂0%巩RH黄，它暗具有浊线性汉好、伏精度劝高、斥响应窃时间钢快、图使用昏温度乔范围硬宽、抢寿命会长等裙优点雄。其骡湿敏宏元件毁为H抵S1牺5型均日产蜓高分裁子感距湿探绸头，拖可连止续高拢湿使香用，杏抗结助露，减常温报下使彩用不照需温欠度补医偿。芬3.看2.羡3照亚度传裤感器糟本系杂统选墓择了券撞ZD卵-V拌B挡型照齐度变堆送器规对光俘照进属行测感量。快其工证作原患理：锻采用招光电殃二极恭管将听光照奇强度叶转换樱为电广流信突号，老在经昌运算妇放大愿器转奔换为妥电压课信号垦输出虚。足3.惧2.烦4赵皱二氧竞化碳梢浓度浮传感缠器王本系慨统选询用芬监兰生孕产的站GM肆W北22冶型红狸外二稀氧化谊碳气作敏传危感器坑，此既传感击器具含有精晶度高摔、选王择性医好、太浓度趋检测禽范围堆大（波可检瘦测朝0~塞20蜓00依pp胜m械）浓容度界等特甲点。倦3.仅3显蕉数据辣采集峡板句L匀ab洁Wi框nd微ow宜s/皱CV裂I抵软件砍获取跪数据僻的方赚法是桥通过霉对I泼/O初接口魄设备开的驱最动完疏成的磨。虚济拟仪攻器系忙统中顷，I把/O捞接口博设备电主要匙是数臭据采兆集板泰。惰本系绍统选拜择了秀美国洁NI充公司哗生产摄的插总入式租数据法采集课板P鼠CI叫—妨60绪24舞E。建4附执行贫机构恨温室蓄的环旋境调鞭控系裙统包歌括：接1）上幕帘既保湿北与遮宅阴系蚂统怖夏季沿晴天垂可根英据作舞物的昏光照敏需求升关闭蔽进行材遮阴戴与降杂温；眉冬季繁夜间导可以鞠关闭摄保温巴。其偷保温利原理炸：冬皂季夜涌间温脉室的原热量绑散失孙主要冠是通被过顶破棚和待天沟暖辐射申散热勾，造帽成温丸室顶兄部温绣度低通，底包下空渠气温裙度高起。当荡保温倍遮阴沙幕关私闭后趟，可棵以阻搅隔温朋室内控空气炭对流念，使盒热空贡气留该在温茶室内久花卉晃生长看的空威间，键另外峡，保掏温湿圆帘能柳有效锐的反端射夜凝间温隐室内来的红淘外辐级射，唐防止财热量虽通过旧辐射稿形式哭散失伐。喷2闯）热造水采阿暖系剧统微缠信筒在温傲室供务暖时然，一债般采所用的钩都是玩热水努采暖喷系统辽。采械暖期副间，惧热负来荷大让时享2台肌水泵党全开原，较坐小时逃只开纯1台个。根芳据市悉内实钻际温珍度与睡要求虹的温搏度的否差通影过三遣向阀认调节跨系统讯的供飘水温摊度，瑞避免串冬季师通过伸换气饿体调锁节温蛮度而爱浪费绢能量狂。治3）蚂二氧丝化碳撇控制偏系统湾卫练益当挽二氧蓬化碳坊的含博量低粒于一龟定值洋时打栋开二药氧化祝碳储慰气罐绍增施末气肥凳。紧4）滨微灌古系统竟盏旋菊由妥补偿肉型滴遥灌带滨、过斤滤器殖、电启磁阀窃和控净制器漫组成艘。当股土壤勇水分培不足岗时，涨可以盟及时窑补充拉水分遇。差5）天自然凑通风今系统察毁自好然通肺风系铅统由颠天窗艘和侧谷窗组朗成，燃自然失通风缝系统凳的作协用原臣理包翅括热恐压作袍用和粗风压宝作用壳，前殿者是悲利用鼓温差银而产顺生的鞋室内三外的销压力罗差形丹成热吃压条猜件而循通风愈换气微。后堆者是逐利用份风吹克向建锹筑物痛时，子迎风随面形巴成正殿压，饿背风歌面形撕成负发压，胀形成蒜风压弃作用规而自禽然通道风。欺自然矮通风磨系统揪主要欢用于愈春季乐、秋描季等率气温同不很筛高的恐季节月的换轧气和睁通风僻。锅6）存湿帘索降温士系统召咬强标制通宰风湿院帘降弓温系辞统由笼风机锈和湿仰帘窗灯组成序。主院要用墓于夏贿季，童室外坑处于德高温福，自涂然通披风系像统不赞能起贝到降津温作爽用时世的降队温。循相对跟于喷隐雾排婚风法乎，湿已帘降竿温系缸统具脉有不罢易产尼生病熟虫害纤，降农温效灰果好潜，成慧本低纱等特专点。问4系亚统软让件设和计碧4.揪1垃软件旋系统平的开塔发环扩境闷本系才统采障用了眨中文促Wi苦nd数ow交s9授8/满20宴00为/样X娃P启操作嫌系统界作为晓软件揉的运疗行环泪境，霉开发茄工具瑞选用结了美创国N饮I公勉司推芳出的吉虚拟浇仪器双开发匆软件棋La葬bW误in蝶do揉ws香/C莲VI歇，该虫系统火给用色户提宁供良节好的毙软件损环境等，便砖于操席作，锯同时描使系乳统的曲软硬予件资昼源得赖到充男分利覆用。欣La枝bW旅in烛do哭ws梅/C参VI狱(C纳f届or宿V肾ir基tu灯al归I做ns孝tr里um兆en队ta惧ti摇on争)圆是一姜个用尾C／挠C+桥+语认言构油建仪客器系伤统的我交互翼式软弱件开箭发环员境，迁其目蹦的就仍是使谊用户苦易于骡开发四和调屑试虚撕拟仪秩器系氏统。珍La皱bW闸in仍do尽ws块/C帐VI丹使用诊单一解的开铸发环顿境，望可以务通过遍模块针化方狭式对孟C语君言进际行编杨辑、饼编译肯、连倘接和汽调试凯。摄4.热3蹦系统促软件少的总潮体设佣计稼系统照软件副由六渔大模竹块组语成：处参数吉设置泊模块滚、数张据采钟集模矮块、洪数据歉分析情和处暖理模牺块、莫控制禾输出摧模块正、数该据管纽理模铁块。系统参数设置系统参数设置控制参数设置温度信号湿度信号照度信号浓度信号均值去除法信号滤波处理降温加湿信号二氧化碳加浓升温除湿信号报警信号数据显示数据存储打印输出参数设置模块数据采集模块数据处理模块控制输出模块系统软件主体混图4页-2们系卸统软虹件结富构图接4.豪4货系恐统主芽要功此能模芽块腰软件草主要奴完成铲了信塌号检艇测与储采集敲数据坑的处狡理。比4.廉4.质1参航数设扑置模墨块党操作款人员弯在进碎入测椒控系袜统的政开始舱，就址要首摄先验帽明身冷份。逗如果随密码拦错误万，则赢禁止期进入会系统黄。由责于不党同的啊作物算在不贷同的钻生长较时期共对环延境参翻数的窝要求见不同煮，同役一作众物在划不同恶发育似期也异对环朽境要序求不质同，席所以克把环段境参绘数作天为控排制参秃数向斧数据搜实时滴采集呢控制话模块卫中发超送，谨能够册更好切的满辨足生掌物生衔长所土需环缘境。田系统即参数窝设置造功能垮主要恶用于股设定绩人为犁要求炸的环讯境因英子的知适宜胖数值专。系烂统中哥默认胁的可缎向数仰据实谢时采蜘集控柜制模积块发路送的氧控制偏参数懂有温算度、墙湿度烫、二鱼氧化患碳浓寸度、率光照疫度等们环境特参数可。该宁窗口语的界笔面如想图4桶-4牲绢泼筛挽图4冲-3该稻用户夏密码书检验午途振刊怪四过护图董4-册4垃系统兼参数惕设置脾4.膊4.教2洽数葡据采赢集模极块盾断倾赏数据膛采集兽模块纠主要诵实现修多通午道数厦据同优步采驻集、唇波形休实时挑显示据以及霸数据必存储仪功能伟。以石动态江曲线樱或表演格的萌形式罗显示眼环境缘因子绝参数冰的实劫时变极化，攻同时负根据谊设定异的报椅警值抚，进验行报裤警，币完成艳温室三环境愧实时泥监测脏。谋杂购宾信号口采集块的任滥务就探是将种传感过器采瘦集的牺电压笨信号郊通过奋各采们集通锡道输振入到垫计算直机中虫，最鸽后再倍实时哥的显忌示出未来。迈被采挂集的平信号椅能否档再实贸现真惊实信甩号，技与采赶样方惯式的毁选择牲和采筑样时鼠间的尝确定漏有很要大关块系。温本系薄统选晕用实绸时采三样方迎式。歪图4垃-5舞选数据需采集严/存碎储界副面拦4.抄4.割3数席据处洒理模嫁块竿数据笑处理犹就是则从原失始数遣据中园产生兔信息性的过腥程。缎在计祖算机惑测控恒系统羽中，鸦模拟涛量经领A/拔D转赛换后趟变为睁数字浪量送叼入计摇算机欧，此呢数字况量在快进行译显示且、报锋警和精控制乡之前似，还周必须烧根据攻需要残进行按一些慰加工甚处理护，如资：数丑字滤模波、恒标度朋变换怀、数荡值计耻算、毕逻辑彼判断策等，报以满宵足系万统的颗不同牧需要姨。仰4.这4.劝4捏控制跟输出约模块阻本系和统的读控制液部分玉主要剪是实戒现温什室内筐各环睁境因兵子的咬调控止。根滤据计稠算机兴的数嘱据显鱼示和极报警爹信号汤，可妄以在班执行盖机构过界面友进行侵操作迹以满擦足作醒物适办宜的农生长五环境及。殿图4跨-6贱顾执行贸机构讲界面校4.斩4.渗4数坝据管傻理模意块档本系英统中窑数据细的存找储是鱼以天条为单贩位的听。将亚采集核到的稼24笨小时再的实宽时监慰测数拒据以仆文件餐的形悲式进有行数换据的喜存储画，存敌储的假数据丝文件静以数康据采集集的夕日期辫作为冶文件田的名塞称，疲数据发采集耀的时跟间和导数据平作为受文件熟存储绪的内纳容，缩这样任可以味方便辣的满宪足对衡文件位的操府作。愚同时积可以钟分析薯、统雷计和姓打印仙。泪5夏结烂束语剂本课除题研斧究了网温室膀环境胞因子周的自型动检套测与垂控制丈系统肠，给仰出了毯用户肾简单铅易懂烤的界的面。合本系燥统基孕于蓬PC达机这值个中脂心，言应用酱了现浆代计华算机文技