农业温室智能温湿度测控系统设计和研究.doc

农业温室智能温湿度测控系统设计和研究 　　摘 要 本文基于我国不同类型温室经营者的经济和技术水平,研制开发出一种价格适中、扩展性好的多因子温室温度智能测控系统。能够有效地改善农业生态、生产条件,促进农业资源的科学开发和合理利用,提高土地产出率、劳动生产率和社会、经济效益。 　　关键词:温度 湿度 智能 测控系统 　　中图分类号: TP393文献标识码:A 　　 　　一、 引言 　　我国是一个人口众多的大国,农业资源相对紧缺,农业发展作为我国持续高速发展的重要保障,任何时候都不可忽视。现代温室是实现农作物优质、高效生产的重要设施,是一种资源集约型高效农业设施。它在充分利用自然资源的基础上,通过人工干预的方式改变区域内温度、湿度、光照度等环境因素,提供反季节规律的适合作物生长的温室小气候环境,从而实现增加作物产量、调节生长周期的产业化生产。它使农业生产摆脱了地点、季节和外界气候等诸多自然条件的制约,促进了农业资源的科学开发和合理利用,进一步提高了土地利用率及社会经济效益。 　　二、温室环境系统原理控制 　　(一)常用控制设备。 　　1、加热设备:热水锅炉、燃油风炉、电加热器及太阳能加热器等。 　　2、自然通风系统:包括天窗和侧窗。 　　3、强制通风设备:轴流风机。 　　4、湿帘风机降温加湿系统:由湿帘和风机组成。 　　5、遮荫保温设备:遮阳网、保温被。 　　6、CO2施用系统:纯CO2或CO2发生器。 　　7、人工补光设备:生物效能灯(摘灯)等。 　　8、灌溉施肥系统:各种营养液罐、混合器、滴灌机等。 　　(二)各种环境参数的调控方式。 　　1、光照强度的控制; 　　2、温室湿度环境的调节与控制; 　　3、温室温度调节与控制。; 　　4、温室空气环境的调节与控制。 　　(三)控制方案:多因子环境控制。 　　根据温室内各个环境因子之间的相互作用关系,对各环境因子进行综合协调,使其处于相对的最佳组合。 　　三、本系统的设计目标 　　(一)温室系统的设计组成。 　　1、传感器子系统。 　　2、输出及驱动装置(强电控制分柜)。 　　3、微电脑控制装置(弱电分柜)。 　　4、计算机管理及控制软件。 　　5、通信控制子系统。 　　(二)温室系统主要特点。 　　1、非线性系统,大量随机、不确定性因素使得对其精确建模比较困难; 　　2、时滞系统,温、湿度等一类对象变化缓慢,参数分布不均匀; 　　3、时变系统,在季节、昼夜等自然条件变化时,温室系统动态过程往往受之影响而发生改变,同时作物在不同生长阶段也不同程度作用与反作用于各参数; 　　4、多变量祸合系统,各参数之间并不是相互独立的,对单一参数的控制往往引起其它参数变化,是一个多输入多输出系统。 　　四、 温室硬件系统 　　从设备的性质、安装,以及在温室中的功能出发,硬件整体系统主要由以下几个部分组成: 　　1、温度信号采集电路:主要通过传感器DS18B20进行温室温度检测。 　　2、信号处理部分:核心元件是单片机AT89C52,整个系统主要是通过AT89C52按照所编的程序进行相应控制的。 　　3、输出及控制部分:主要控制升、降温电路,声光报警电路,还有控制遮阳网、喷雾系统、水幕墙系统、窗的开关等系统的电路。 　　其主要的工作原理为:系统由温度设定按键来调节预设温度,通过温度信号采集电路测得温室内的温度,将数据输送到单片机AT89C52中,然后按照所编程序进行实时决策,对各参数进行实时控制、调节,输出控制参数,驱动执行元件,以满足作物生长需要。 　　五、系统软件设计 　　用单片机对温室温度进行控制就必须要有实现对应功能的程序。本程序是通过C语言来编写的,其中包含一个主程序和几个子程序。子程序有显示程序、键盘扫描程序、温度读取程序等。所有硬件及检测过程都由软件来控制,最终能够实现温室温、湿度的实时采集与处理。程序采用模块化设计,将一个复杂应用程序按整体功能划分成若干相对独立的程序模块,各模块可以单独设计、编程、调试和查错,然后装配起来联调成完整的程序。主程序运行过程中对子程序进行对应的调用,从而达到对温室温、湿度的控制。 　　六、结论 　　本文根据温室生产实际情况以及被控参数的特点,结合模糊、预测控制算法,提出了改进的自适应双位模糊预测控制并应用。由仿真结果可以看出,该方法用于温室环境温度控制可以较好的满足要求。将自适应双位模糊预测控制与一种隐式算法相结合,简化了求解过程,减少了计算量。在分析控制算法中的参数的选择及对控制效果影响的基础上,对参数进行模糊化,提出了温室温度模糊自整定预测控制结构。 　　本文软硬件搭配合理,设计、开发、维护方便,不仅适用于温室环境的监测与控制,对软件进行一定的功能扩展后也可用