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1、 中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：翟展国学 号：学 院、系：机械工程与自动化学院 机械自动化系专 业：机械电子工程设 计 题 目：环境温湿度实时测控系统的设计指导教师:崔宝珍 2012年2月13日毕 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.研究的目的和意义 许多领域都需要对温度和湿度进行监控,如工厂的生产设备、化工领域、航空航天、农作物的种植和储存、实验室等等. 本课题着重研究温室大棚温湿度的实时测控1。 随着我国社会主义经济的不断发展，人们的物质生活日益提高，温室大棚种植蔬菜水果已经普及。利用一些高水平
2、的环境控制系统能够通过有效调节有关设备装置，将室内温、湿、光、水、肥、气等诸因素综合协调调节到最佳状态2。 因此温室大棚监测系统对作物的生长以及节省人力物力有着重大的意义。温室的作用是用来改变植物的生长环境，避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响，为植物生长创造适宜的良好条件3。温室一般以采光和覆盖材料作为主要结构材料，它可以在冬季或其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物，从而达到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的4。温室控制主要是控制温室内的温度、湿度、通风与光照。虽然有些温室也安装有各种加热、加湿、通风和降温的设备，但其主要操作大多仍是由人工来完成的。当温室面
3、积较大或数量较多时，操作人员的劳动强度很大，而且也无法达到对温湿度的准确控制5。本课题介绍一种基于PLC和数字式温湿度传感器的温室控制系统。该系统实现了室内温湿度的自动测量和调节，大大降低了操作人员的劳动强度6。2国内外发展情况我国温室产业起步比较晚。自70年代末起，我国先后从日本、美国、荷兰和保加利亚等国引进了40套左右的现代化温室成套设备。这些温室技术领先、设备先进，但在我国的使用过程中还存在较严重问题，所以研究开发符合我国国情、产生明显经济效益并适用于大范围推广应用的自动控制温室系统己经迫在眉睫7。基于以上的种种原因，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
4、温室中温度、湿度、光照等单因子控制技术的研究，并逐步推出适宜我国经济发展水平且能满足不同生态气候条件要求的温室控制系统。下面介绍基于PLC的温室自动控制系统8。基于PLC的温室自动控制系统：例如用欧姆龙系列的CZOOHS作为下位机，COMPAQ计算机为上位机构成温室控制系统9。采集的室外信号有温度、湿度、光照、风速、风向、下雨，室内信号有温度、湿度、二氧化碳浓度。输出信号控制的机构有:开窗电机、遮阳电机、通风电机、加热阀门、压水泵和喷淋泵。西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。1949年，借助于工程技术的发展，美国建成了第一个植物人工气候室，开展了植物对自然环境的适应性和抗御能力的基础及
5、应用研究10。20世纪60年代，生产型的高级温室开始应用于农业生产，奥地利首先建成了番茄生产工厂，70年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家的温室园艺迅猛发展，温室设施广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。随着计算机技术的进步和智能控制理论的发展，近百年来，温室大棚作为设施农业的重要组成部分，其自动控制和管理技术不断得以提高，在世界各地都得到了长足的发展。特别是二十世纪70年代电子技术的迅猛发展和微型计算机的出现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性的变化。80年代，随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对温室控制要求的提高，以微机为核心的温室综合环境控制系统，在欧美得到
6、了长足的发展，并迈入了网络化，智能化阶段11。目前，国外现代化温室的内部设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定标准。温室内的各环境因子大多由计算机集中控制，检测传感器也较为齐全，如温室内外的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液浓度等，由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的自动控制，如无级调节的天窗通风系统，由热水锅炉或热风机组成的加温系统，可定时喷灌或滴灌的灌溉系统，二氧化碳施肥系统，以及适用于温室作业的农业机械等12。计算机对这些系统的控制已经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制，而是基于环境模型上的监督控制，以及基于专家系统上的人工智能控制，一些国家在实现自动化的基础上正在
7、向着完全自动化的方向发展13。 3总结由于德国 SIEMENS系列产品具有功能强大、可靠灵活等特点 ,从系统设计的整体性、一致性出发 ,考虑到经济性、功能性等各方面的原因 ,我们选用西门子公司的产品 ,以最优的性能/价格比进行系统的配置14。本系统可以实现各个子系统的单独调控 ,通过通讯网络由总控室进行统一的管理 ,便于实现群控化控制。系统配置上各个子系统选择了 SIEMENS系列的 S7 - 224 PLC，这是因为在200 系列 PLC中 ，只有224具有 PROFIBUS- DP口 ,可以联到 PROFIBUS上进行高速数据传输。S7 - 224 本机 28个输入点和 14个输出点 ,内
8、存 12K字节。扩展模块 EM231 可以实现4 路模拟量输入的 A/D 转换 ,EM235 实现 4路模拟量输入的A/D 转换 1 路模拟量输出的D/A 转换 ,可以根据需要方便地进行功能的扩展。另外调整相应系统的硬件设备或者对应的用户子程序，可以方便地改变对参数的设置15。总控室选择 S7 - 226 ，它集成有数据通讯接口 ,可以方便地通过 PROFIBUS- DP口实现和其他子系统的通信 ,进行集中管理。各个子系统可以实现独立运行 ,当网络出现意外或其他子系统出现问题也不会引起瘫痪16。 参考文献：1 李宗宝.PLC控制原理分析及其在工业中的应用.中国高新技术企业J,2009,4(11
9、5)2 Y.Wu.Multi-point temperature and humidity monitoring system.ELECTRONIC EASUREMENT TECHNOLOGY,2010,33(5)3 丁兰，曹延磊.环境温湿度实时监测系统的研制. 安徽电子信息职业技术学院J,2011,10(56)4 顾简，施云波，修德斌等.基于GPRS的环境温湿度监测系统设计.黑龙江大学自然科学学报J, 2010,27(6)5 Y.L.Zhang,Y.Zhang.Temperature and Humidity Controller Based on SHT11.Automatic Measu
10、rement and ControlJ,2007,26(5)6 翟春艳，岳修正，肖宏等.基于单片机的温湿度感测系统的实现.电子设计工程J,2011,19(12)7 刘宝元，张玉虹，姜旭等.基于单片机的温湿度监控系统设计.应用天地J,2009,28(12)8 杨朝辉，张联超,杨长业.温度、湿度自动控制系统设计方案.气象水文海洋仪器J,20059 贺鹏.温室环境温湿度控制系统应用设计.应用科学J，200410 陈洁.现代PLC控制技术与发展.200411 张子良.一种环境温湿度测控的方案.电子工程师J,2000,(12)12 李立,罗秋芳,薛江青.PLC和WinCC在空调温湿度自控系统中的应用.机
11、电工程技术J,2009,38(06)13 刘希萍，李诚.PLC制技术的应用.应用技术J,201114 H.Wang.Brief analysis on application of PLC control Technology.2011,415 高玉萍.基于西门子PLC的纺织厂温湿度监控系统设计.中国高新技术企业J,2009,(20)16 刘美俊.PLC控制系统的设计与安装.自动控制技术进步J,2007,28(11) 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）：本课题研究的重点是在温室控制中引入PLC技术，通过温湿度传感器测量温室内温湿度情况。难点是实现报
12、警功能，另外当温室报警后，调节的设置问题比较繁琐。系统的设计要遵循的原则是成本低廉，性能稳定，通用性好，符合中国国情，还要具有广泛的应用前景。1、本课题研究的问题：(1) 如何实现对温室内温湿度的测量；(2) 如何显示温室内实时温湿度；(3) 当温室内温湿度过高或者过低时,如何实现报警；(4) 温室工作人员在接到报警提示时，如何调节可以使温湿度合适。2、本课题研究拟采用的手段：(1) 假定温室的面积是60M2,可以在温室安装六个温度传感器和湿度传感器，通过六个传感器测出来的温湿度值求加权平均值得到的就是温室内准确的温湿度。(2) 将上述测得的温湿度大小采用西门子的视窗控制中心SIMATIC W
13、incCC显示，便于温室工作人员随时观测到温室内温湿度情况。(3) 报警功能可以通过蜂鸣器来实现。另外，设置红黄绿灯来显示温室内温湿度情况。一般情况下，温室内适合蔬菜生长的温度范围是20摄氏度25摄氏度，湿度范围是70%75%。当温湿度过高时，红灯亮；当温湿度在设定范围内时，绿灯亮；当温湿度过低时，黄灯亮。(4) 当接到报警通知时，工作人员可以通过西门子的视窗控制中心显示的温湿度值来选择采用哪种方法调节。当温度值与设定值相差较大时，可以通过风机和遮阴帘来实现温度调节。温度过高，打开遮阴帘；温度过低，打开风机。湿度过高时，可以给温室通风；当湿度过低时，可以启动喷灌系统。当温湿度影响比较小时，可以通过PID微调实现自动调节。 图1 控制系统组成结构图 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
