《绿色节能自动温控大棚整理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《绿色节能自动温控大棚整理（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于绿色节能自动温控大棚方案的研究摘要：大棚种植能生产反季节作物，供应市场，满足人们的生活需要。温度对于大棚种植至关重要，它直接影响作物的产量和质量。本文基于这一点对绿色节能自动温控大棚的方案进行了研究，利用高温太阳能与地源蓄热及热泵温控系统，实现大棚内温度始终稳定在所种植作物适宜生长的温度范围内，进而让作物正常生长。这种方案成本低、技术简单、测量精度高、系统误差小、易于实现，在绿色节能自动温控大棚方面有一定的市场潜力和社会效益。关键词：大棚种植；温度；绿色节能；温控系统第1章 绪论1、 研究背景及意义随着我国国民经济的发展，人民的生活水平日益提高，冬季大棚蔬菜的市场日渐扩大，尤其是北方地区在
2、寒冷的冬季用塑料大棚栽培蔬菜，更体现出经济价值。仅靠南菜北调长途运输，一是成本高，二是运到目的地，蔬菜已经不新鲜了。所以，依靠农业科技，大力推广温室大棚种植蔬菜能更好地满足人民生活需要，这也是国家菜篮子工程所包括的内容。作为冬暖式蔬菜大棚的发源地，寿光掀起了我国的“菜篮子革命”，结束了冬季北方人吃不到新鲜蔬菜的历史，目前这里的无公害蔬菜大棚已经发展到80多万亩。由于我国人口众多，土地、水资源及各种能源短缺，在人民生活水平不断提高，对农副产品的需求不断增加的今天，只靠增加耕地面积是不可能实现的，因此我们要另辟蹊径，想办法来提高单位亩产量。以日光温室为主的温室大棚蔬菜生产，己成为我国园艺产品尤其是
3、蔬菜产品周年供应的重要措施。温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度对生物生长的约束。而且，温室大棚能克服环境对生物生长的限制，能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，使季节对农作物的生长影响不大，部分或完全摆脱了农作物对自然条件的依赖。由于温室大棚能带来可观的经济效益，所以温室大棚技术越来越普及，并且已成为寿光农民家庭收入的主要来源。随着“工厂化高效农业示范工程”的推进，日光温室无论从规模上还是技术上都取得了很大进步，但在配套设施的完善程度上，生产的稳定性、产业化程度和现代化水平上都只能算是工厂化农业的雏形，与发达国家的农业现代化相比，仍有相当大的距离
4、，尤其在温室生产环境自动控制方面。温室环境控制，即根据植物生长发育的需要，自动调节温室内环境条件的总称。现代化温室，通过传感器技术、微型计算机及单片机技术和人工智能技术，能自动调控温室的环境，其中包括温度、湿度、光照、CO2浓度、水分等，使作物在不适宜生长发育的反季节中，获得比室外生长更优的环境条件，达到早熟、优质、高产的目的。冬季大棚蔬菜最重要的一个管理因素是温度的控制。温度太低，会发生蔬菜冻死或者停止生长，所以要将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的小电脑在为我们服务。单片机在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测控领域
5、的应用中独占鳌头。时下，家用电器和办公设备的智能化、遥控化、模糊控制化已成为世界潮流，而这些高性能无一不是靠单片机来实现的。采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。因此，单片机对温度的控制问题是一个工农业生产中经常会遇到的问题。基于此，本课题围绕应用于温室大棚的基于单片机的温度测控系统展开应用研究工作。随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测
6、领域发生了巨大变化，温室环境自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的温度控制措施。温度控制在计算机与自动化测控领域中应用非常广泛，传统的测控方法是:采用温度感应元件，提取电信号，放大调理，A/D变换，将温度相关数字信号传送到计算机，进行数据处理及显示得到温度测试数据。这种测试方法在工程应用中很麻烦，尤其在分布式多点测试、集中控制采集、测试现场远离集中控制中心的场合，这种温度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，同时线路上传送的是模拟信号，将造成技术复杂、设备成本高、数据传输易受干扰、测量精度低、
7、系统误差大等缺点。为了克服这些缺点，为了克服这些缺点，本文参考了一种基于单片机并采用数字化单总线技术的温度测控系统应用于温室大棚的设计方案，根据实用者提出的问题进行了改进，提出了一种新的设计方案。数字化单总线技术系统方案如图1所示。图1：数字化单总线技术系统方案框图本文介绍的温度测控系统是基于单总线技术及其器件组建的。该系统能够对大棚内的温度进行采集，利用温度传感器将温室大棚内温度的变化，变换成电流的变化，再转换为电压变化输入模数转换器，其值由单片机处理，最后由单片机去控制数字显示器，显示温室大棚内的实际温度，同时通过比较，对大棚内的温度是否超过温度限制进行分析。根据分析结果对温度控制设施进行
8、开关控制，从而达到控制棚内温度的目的。2、 国内外研究现状国外计算机用于温室环境控制技术研究较早，开始于上世纪70年代末。随着通讯技术及计算机技术的发展，温室环境调控技术在日本、荷兰、美国、以色列等发达国家得到了迅速发展。1978年日本学者首先研制出微型计算机温室综合环境控制系统，随着计算机技术的发展，80年代末出现了分布式控制系统，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。目前荷兰、日本、美国、以色列、等发达国家可以根据温室作物的要求和特点，对温室内光照、温度、，水分、气、誉肥等诸多因子进行自动控制。在智能温室的发展方面，美国作为最早发明计算机的国家，它也是将计算机应用于温室控制
9、和管理最早、最多的国家之一。美国开发的温室计算机控制与管理系统可以根据温室作物的特点和要求，对温室内光照、温度、水、气、肥等诸多因子进行自动调控，还可利用差温管理技术实现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需要。目前，美国已将全球定位系统、电脑和遥感遥侧等高新技术应用于温室生产，有82%的温室使用计算机进行控制，存67%的农户使用计算机，其中27%的农户还运用了网络技术。炙现在国外温室环境控制技术正朝着高科技方向发展，网络技术、一遥测技术己逐渐应用子管理与控制系统中。自80年代起，农业决策支持系统引起了世界发达国家的关注，有的以作物模拟模型为基础，有的从专家系统出发研制
10、所在领域的农业决策支持系统，有的以温室环境控制为基础，都取得了不少成果。如在模拟作物生长方面，在国外，美国夏威夷大学的IBSNAT推出的DSSAT系统，是由作物模拟模型支持的决策支持系统，除了数据支持以外，还提供了计算、解题的方法，并为决策者提供决策的结果;荷兰和以色列及美国等科学家还联合开发了著名的HORTISIM作物模拟模型，是目前温室园艺作物模拟技术发展的典型代表，模型中包括了番茄、黄瓜、甜椒等多种园艺作物的模块。到90年代初期，农业决策支持系统又有了进一步的发展，形成了以知识库系统或以专家系统支持的智能化的农业决策支持系统，如1992年美Florida大学农业工程系H. Lal等人研制
11、的FARM-SYS(Farm Machinery Management Decision Support System)和D. E. Kline等人研制的农场级智能决策支持系统(FINDS)。 国内对温室控制技术研究起步较晚。自20世纪80年代以来，在引进、吸收国外高科技温室生产技术的基础上，我国进行了温室中温度、湿度和二氧化碳等单项环境因子控制技术的研究。1982年中国农业科学院建立了全国农业系统的第一个计算机应用研究机构。1995年，北京农业大学研制成功的“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”，仅仅是进行单因子控制，操作性和可靠性均不够理想。我国近代温室经历了发展改良型日光温室、大
12、型玻璃室和现代化温室三阶段，并且各阶段温室仍然并存，其中有一半为一面坡节能型日光温室，用于寒季蔬菜、花卉的反季节生产。现今我国温室的主要类型主要包括以玻璃为通明覆盖材料的玻璃温室、利用太阳能作为能源的日光温室、活动屋面温室以及塑料温室等等。在国内，李萍萍、王多辉等对温室生菜生长进行了动态和生产潜力的模拟；高亮之等研制的小麦栽培模拟优化决策支持系统己在中国许多省市大面积推广使用，并取得增产、增收的效果;吕永成等研制的基于专家系统(ES)的水稻优质高产栽培模拟优化决策咨询系统也已经在国内开始推广使用。在温室环境的控制方面，利用工程技术的方式，结合作物生长的生理要求，实现对温度、湿度、CO2浓度、光
13、照以及水肥进行自动控制。近几年来，我国加大了在温室结构和温室控制方面的研究力度。2003年4月4日，中国农业大学的“设施农业分布式网络控制技术研究与开发”项目通过鉴定。从我国的温室控制系统和控制技术现状来看，温室设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。但是，大部分采用的都是简单的直接数字控制方法，即在程序中设定各环境因子的上下限，当测定的环境参数超过上下限时，启动环境控制的硬件系统和机构。这种方法尚不能根据作物对环境的反应进行实时控制。目前国内温室专家决策系统的研究，针对农业病虫害诊断性方面的较多，而对于温室环境控制，乃至整个温室监控管理方面的研究
14、不多。一方面是因为温室环境的知识获取非常复杂，难以对其进行有效的知识表述和推理，包括用合适的计算机程序去实现；另一方面是温室环境系统是一个多变量的大惯性非线性系统，并且有祸合、延迟等现象，很难对温室环境建立准确的数学模型，难以评估最后控制的效果。尤其是智能决策系统在温室应用方面的研究历史相对较短，还处于刚刚起步阶段，有些方面甚至处于空白阶段。智能化温室代表着温室的发展方向，将智能决策支持系统运用到温室环境因子的控制中，正是目前智能温室发展的趋势。在各个方面与欧美等发达国家相比，存在较大差距，尚需深入研究。第2章 控制系统的总体设计1、 控制系统设计目标本系统的设计方案采用DS18B20单总线数
15、字温度传感器，采集温室内的温度信息，通过通风窗、风机等驱动/执行机构的控制，对温室温度参数进行调节以达到栽培作物生长发育的需要。为作物的生长提供最适宜的温度环境，以大幅度提高作物的产量和质量。本系统以一台微型机作为上位机，以多台AT89S51单片机作为下位机组成分布式控制系统。下位机实现对温室温度参数的检测和控制，把由温度传感器采集的温度信息暂存起来，与给定值进行比较，经过一定的控制计算，输出相应的控制信号去控制执行机构进行调节控制;同时通过串行通信接口将数据送至上位机，由上位机完成对数据的管理、决策和统计分析，并对数据进行显示、编辑、存储等处理。控制系统工作过程如下：上位微型机经过运行一定的
16、程序后，向单片机发出启动信号，启动单片机及其被控的机构，同时准备接收单片机发送来的信号和数据。被启动的下位机，一方面定时开启各个传感器测量温室温度环境，传感器将采集到的信号送入单片机进行数据预处理判断分析;另一方面把上次采集到的数据向上位机发送，同时依据计算机发出的控制信号去控制执行机构以便控制调节温室环境温度。当数据发送完毕且上位机也接受完毕后，上位机把接收到的数据存储、显示或打印，并与参数的设定值进行比较运算，然后把运算结果送入单片机得出控制信号以此控制执行机构的动作。然后等待下一个时钟中断信号的到来后再向上位机传送数据，如此不断的循环，以保证温室温度参数被控制于所设置范围之内。本系统的开发设计有以下功能:1、实时采集与显示温室内的温度参数。本装置可以通过数字温度传感器对温室内的温度进行多点实时采集并显示。2、根据用户需要在一定范围内自动调节温室内的温度
