大棚环境参数监测装置设计精品文档格式.docx
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本文介绍了一种基于虚拟仪器的大棚智能监控系统。
文章对系统的结构和功能进行了描述,设计了系统的整体结构,然后对系统的主要硬件模块和软件模块进行了介绍。
系统利用虚拟仪器强大的测量和数据分析功能,优化控制参数,使得大棚内作物生长的环境最优化。
虚拟仪器技术为数据的自动采集和远程实时监测提供了一种理想的解决方案。
基于虚拟仪器技术的蔬菜大棚生态环境信息采集与远程监测,对于指导蔬菜大棚实际生产具有十分重要的意义。
关键词:
LabvieW、蔬菜大棚环境、实时监测、SHT11
Abstract
Ingreenhouseproductionmanagementandcultivationtechniquesofgreenhouseenvironmentongrowthofvegetables,inimplementation,theimpactofplantdiseasesandinsectpestspreventionisveryimportant.Dataacquisitionisimportantpartofgreenhouseenvironmentmonitoring,butforalongtime,greenhousescommonlyusedartificialmeansforenvironmentalmonitoring,intensiveofworkbysuchtraditionalmethodsofdataacquisition,time-poorandsusceptibletointerference,accuracyisnothigh.
Thispaperdescribesagreenhouseintelligentmonitoringsystembasedonvirtualinstrument.Thearticledescribesthestructureandfunctionofthesystemtodesigntheoverallstructureofthesystem,andthenthemainhardwareandsoftwaremodulesofthesystemaredescribed.Systemutilizesapowerfulvirtualinstrumentmeasurementanddataanalysiscapabilities,optimizingcontrolparameters,environmentoptimizationingreenhousecrops.
Virtualinstrumentforautomaticdataacquisitionandremotereal-timemonitoringprovidesanidealsolution.Greenhouseenvironmentbasedonvirtualinstrumenttechnologyinformationacquisitionandremotemonitoring,forguidanceinvegetablegreenhouseproductionplaysaveryimportantrole.
Keywords:
LabvieW、greenhouseenvironment、real-timemonitoring、SHT11
第一章绪论
1.1课题背景
随着我国国民的生活水平的提高,生活质量也得到进一步提高,对反季节蔬菜以及各种观赏花卉的需求越来越旺。
目前很多蔬菜和花卉通过由南北运,甚至从国外进口。
由于通过长途运输,成本高,新鲜度低,很难满足居民需要。
我国温室大棚的面积居于世界前列,但温室的生产的自动化、智能化、大棚的生产效率与发达国家相比有较大的差距。
如何对大棚生产过程中各种环境参数进行准确的实时测定,并根据环境参数和不同作物的生长周期的特点进行实时控制各种环境参数是提高大棚的生产效率和智能化的关键。
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。
随着单片机及各种电子器件性价比的迅速提高,使得各种要求变为可能。
本文介绍了一种以AT89S52单片机为核心的测控仪,主要是为了对蔬菜大棚内的温湿度,以及二氧化碳的浓度进行有效、可靠地检测与控制面设计的,该测控仪具有检测精度高,使用简单、成本较低和工作稳定可靠等特点,所以具有一定的应用情景。
要发展农业信息化,信息获取技术是关键技术之一,需要对多个温度,湿度等物理量进行长时间的在线测量、监测或监控,同时对采集的数据进行实时综合分析处理。
所有的这些要求,利用传统测量仪器组成的测试系统已经难以满足这种需要,为了适应这种现代化农业的发展要求,虚拟仪器技术应运而生。
测量系统的发展经过了模拟仪器、分立元件仪器、数字化仪器和智能化仪器,到现在发展到了虚拟仪器。
虚拟仪器以计算机为核心组成的虚拟仪器平台,可以通过不同的虚拟仪器软件实现多种测试功能,能由虚拟仪器代替部分传统的仪器硬件,并利用虚拟仪器强大的数据采集和数据分析功能,可以方便地构成不同大棚的监控系统。
本文介绍了一种符合上述要求的基于虚拟仪器的大棚监控系统。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
从上世纪80年代,国外开始进行计算机用于蔬菜大棚环境控制技术的研究。
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。
80年代末在以色列首先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、等因素进行自动控制。
现在国外蔬菜大棚环境控制技术正朝着高科技方向发展,网络技术、遥测技术已逐渐应用于管理与控制系统中。
像园艺强国荷兰,以先进的鲜花生产技术著称于世,其玻璃温室全部由计算机操作。
美国利用计算机控制温室环境因素的方法,主要是将各种作物不同生长发育阶段所需要的环境条件输入计算机程序,当某一环境因素发生改变时,其余因素自动做出相应修正或调整。
一般以光照条件为始变因素,温度、湿度和二氧化碳浓度为随变因素,使这四个主要环境因素随时处于最佳配合状态。
因此,集约型设施农业在上述这些国家己经形成了一个强大的支柱产业。
1.2.2国内研究现状
我们国家因为各种原因,导致了农业现代化落后于发达国家很大的差距,为了提高我国设施农业水平,加快农业现代化建设,自80年代末以来,我国先后从荷兰、以色列、法国、美国等温室生产发达国家引进了各种类型的现代化农业设施,并建立了不少现代农业科技示范园区。
进入80年代,随着我们寿光蔬菜大棚的蓬勃发展,大棚技术如星星之火迅速燎原,现在我国很多地方都发展了大棚种植技术。
虽然大棚技术蓬勃发展,但是大棚的管理仍然局限于老式的传统管理模式,费事,费时,费力,费钱,大棚的管理技术进行改造已经迫在眉睫。
进入90年代,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,计算机控制技术开始应用于温室的管理和控制领域。
90年代术期,山东省农业机械研究所综合吸收以色列、加拿大温室环境、计算机控制系统的优点,以寿光蔬菜大棚示范园为依托,研制出现代化连栋温室环境智能化控制系统。
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。
在这个方面,寿光蔬菜大棚研究所走在了全国的前列,进行了很多有益的探索。
总体来说,近年来我国智能温室环境测控技术有很大的发展,但自行开发的测控系统技术水平和调控能力与发达国家还有一定差距。
主要表现在:
一是缺少温室结构的标准化体系,不同型号和规格的结构和设备给控制系统的研制带来了一定的困难;
二是大部分只实现了单因子的简单控制功能,多因子综合控制能力差;
三是软件控制策略方面很少与我国气候特点相结合。
因此,实现设施设备的标准化、系列化利用各种先进技术开发与当地的气候条件相适应的温室环境多因子智能综合测控系统是目前国内温室测控技术的发展方向之一。
第二章整体设计
LabVIEW采用强大的图形化语言(G语言)编程,面向测试工程师而非专业程序员,编程非常方便,人机交互界面直观友好,具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点,是目前应用最广,发展最快,功能最强的图形化软件集成开发环环境。
本系统通过单片机对大棚的温湿度进行模糊控制,预先根据大棚的实际环境设置所需参数,如设置白天温度控制在20℃~30℃,并持续8小时,晚上温度控制在10℃~16℃,这些参数的选择要根据大棚内实际具体的农作物来选择。
该部分内容的设置由单片机来完成,并由其实现自动控制,以减少人员的劳动强度。
LabVIEW虚拟仪器部分主要是对大棚内的温湿度进行实时显示,发生故障时进行报警,以及对某些具特殊情况发出控制信号,并经由串口通讯传输给单片机,再由单片机发出控制信号给相应的执行机构,控制温湿度使其符合实际要求。
本设计中单片机是控制主体,负责完成信号的采集和处理。
而LabVIEW主要是用户和机器的交界面,对特定任务发出特定信号输出,完成数据保存和处理等功能。
单片机(下位机)与LabVIEW(即PC机或上位机)之间的联络采用串口通讯来完成,串口通讯的优点是传输线少,传输距离远,适合计算机与计算机,计算机与外部设备之间的远距离通信。
单片机作为数据采集和处理的设备,其温湿度信号由温湿度传感电路来获得,对于温湿度传感电路,传输数据精确,及时,电路工作稳定是其首要要求,由于不同传感器的结构机理等不同,对不同的工作环境也要有相应的要求,本设计综合环境因素和经济因素等,选择SHT11温湿度传感器。
SHT11智能温湿度传感器具有数字式输出,并具有免调试、免标定、免外围电路、可全互换及安装简便、维护方便、可靠性高等特点,克服了传统模拟式湿度传感器需要设计信号调理电路,以及所需要的复杂校准和标定过程,同时也大大提高了湿度传感器的测量精度。
因此,SHT11可广泛应用于仓储管理、生产制造、气象观测、科学研究及日常生活中的温湿度测量系统中。
系统的工作过程如图2-1所示。
SHT11对大棚内的温湿度数据进行采集,由于其自身具备A/D转换的功能,不需要单片机再进行数模转换扩展,直接将数据传输给单片机AT89C51,由于单片机根据大棚的实际环境、农作物生长环境等客观条件决定的温湿度参数已预先由程序员设置完成,故传感器只需将实时数据与预定参数进行比较,这样就可以使大棚内的环境达到最佳状态。
传感器传输数据的同时,上位机对温湿度实时参数进行显示和管理,若由于设备损坏或环境突变等因素使温湿度超出限制,报警系统启动,管理员手动进行管理;
若在控制范围之内,则对单片机发出控制信号,由执行机构(电炉,喷泵,滴泵)等对参数进行调节,使系统保持正常工作状态,整个过程为闭环控制,类似给定控制系统。
该系统的优点是自动化程度比较高,控制过程简单,经济可靠,操作灵活,并可用于控制多
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