智能温室控制系统设计docx.docx

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西安邮电大学

毕业设计（论文）

题目智能温室控制系统设计

系别：

自动化学院

专业：

自动化

班级：

自动0805

学生姓名：

导师姓名：

职称：

讲师

起止时间：

2012年03月08日至2012年06月20日

毕业设计（论文）诚信声明书

本人声明：

本人所提交的毕业论文《智能温室控制系统设计》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。

本人完全清楚本声明的法律后果，申请学位论文和资料若有不实之处，本人愿承担相应的法律责任。

论文作者签名：

时间：

年月日

指导教师签名：

时间：

年月日

西安邮电学院

毕业设计（论文）任务书

学生姓名

指导教师

职称讲师

院别

自动化学院专业

自动化0805

题目

智能温室控制系统设计

任务与要求

本题目要求对温室里的温度、湿度、光照、二氧化碳等指标为检测参数，通过基于PLC的智能控制系统实现集监控管一体的温室智能化监控。

根据智能温室控制的目的确定智能控制系统的控制对象以及控制方案；根据控制方案进行智能温室控制系统PLC软件设计；采用组态软件开发智能温室组态监控系统，实现远程控制。

分析智能温室控制系统需求，确定智能控制系统的控制对象以

及控制方案，并开发基于PLC的智能温室控制系统以及智能温室组态监控系统：

1•确定智能控制系统的控制对象以及控制方案；

2•开发基于PLC的智能温室控制系统；

3•开发智能温室组态监控系统。

开始日期2012年03月08日

完成日期

2012年6月20日

院长（签字）

2012

年01月08日

毕业设计（论文）工作计划

学生姓名指导教师—_职称一讲师—

系别自动化学院专业自动化0805

题目―智能温室控制系统设计__

工作进程

起止时间

工作内容

12月10日--12月31日

查阅相关资料，熟悉题目设计需求；

1月1日--1月31日

学习PLC编程以及组态控制技术相关知识；

2月1日--2月15日

分析智能温室控制系统需求，确定智能控制

系统的控制对象以及控制方案；

2月16日--3月31日

开发基于PLC的智能温室控制系统；

4月1日--5月15日

开发智能温室组态监控系统；

5月16日--6月9日

完善智能温室控制系统设计；

6月10日一6月25日

撰写毕业论文，准备答辩。

主要参考书（资料资料）

[1]蔡红斌,郭和伟•电气与PLC控制技术[M].清华大学出版社，2008.

[2]刘恩博，田敏，李江全.组态软件数据采集与串口通信测控应用实

战[M].人民邮电出版社，2010.

[3]杨卫中,王一鸣,李海健.分布式温室智能控制系统智能控制器设计与实现[J].农机化研究，2006,2,pp:

137-140.

[4]王子洋,秦琳琳,吴刚,等.用于切换控制的温室湿度控制系统建模与预测控制[J].农业工程学报，2008,7（97）,pp:

7-14.

主要仪器设备及材料

1.PC计算机一台

2.局域网网络环境

3.PLC编程和仿真环境

论文（设计）过程中教师的指导安排

1.每周4下午2:

30---4:

30集中答疑。

2.有问题随时email联系。

3.周2、4晚上&30---9:

30解答讨论群的提问。

对计划的说明

西安邮电大学

毕业设计（论文）开题报告

自动化学院

自动化专业08级05班

课题名称：

智能温室控制系统设计

学生姓名：

学号：

06081170

指导教师：

报告日期：

2012年3月18日

1.本课题所涉及的问题及应用现状综述

1.1涉及问题

近两年来，农业作为国家优先发展产业正受到各级政府的高度重视，增加8亿农

民收入是我们国家当前的基本国策，农业现代化是我们追求的目标，基于计算机和自动化技术的智能温室是农业现代化的一个重要方面。

智能温室控制系统将实现对农业生产的准确管理。

1.2应用现状

美国在1949年，借助于工程技术的发展，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应用研究。

20世纪60年代，生产型

的高级温室开始应用于农业生产2、目前，英国的温室大量采用计算机管理，主要控制温度、湿度、通风、C02施肥、营养液供给及pH值、EC值等。

伦敦大学农学院研制的计算机遥控技术，可以观测50km以外温室内的温度、湿度等环境状况，并进行遥控。

为保证C02气体在温室内分布均匀，温室中通常安装通风机，搅动空气使温室中的C02浓度一致。

自从2005年，国内出现了设计生产日光温室的公司，目前国内比较有影响的温室设计公司有：

北京奥托精密科技发展有限公司、青岛蓝天日光温室有限公司、上海都市绿色工程有限公司、上海华飞智能温室工程有限公司等，这些公司的温室产品型号较多，但一般采用的控制系统为单片机嵌入式测控系统，由于形成的是单片机系统，

所以人机界面很不友好，非专业人员使用困难，难以操控，所以自动控制模式一般处于闲置状态，造成资源的浪费。

总之，同国外先进水平相比，我国对于温室控制系统的研究比较晚，综合环境测控技术的研究刚刚起步，目前仍然停留在研究单个或少量环境调控技术的阶段，而实际上，温室内的光照度、温度、湿度、C02浓度等环境因

素，都是在相互影响、相互制约的状态中对作物的生长产生影响的，环境要素的空间变化、时间变化都很复杂。

通过控制器实时监测温室内空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度值，使对作物生长环境监测与普通简单温度、湿度计测量相比，更准确、更可靠。

人们能够通过这些监测手段实时准确地了解情况，完成相关设备调节，避免了监测误差和监测滞后带来的损失。

因此，研究智能温室控制系统具有深远的理论意义和重大的现实意义。

2.本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析

2.1重点研究的关键问题

（1）智能温室控制系统程序设计；

（2）根据智能温室控制系统所编写的程序，进行智能温室控制系统的开发；

（3）进行智能温室控制系统仿真，从而达到满足设计的要求。

2.2解决思路

（1）智能温室控制系统的程序设计

PLC程序设计是智能温室控制系统设计成功的关键环节，在PLC程序设计过程中，一要坚持功能完善、面面俱到的原则，保证控制系统功能的实现；二要遵循结构简练、易读易改的原则，尽量减少程序量，采用模块化设计，充分利用PLC中的各种指令优化程序。

（2）智能温室控制系统的开发

使用PLCS写软件，选择一个系列的PLC将CPU模块、I/O模块、内存、电源模块可以按照一定规则组合配置，从而可以使系统能够时刻正常的工作。

（3）智能温室控制系统的仿真实现

设计一个监视温室系统状况的人机界面的界面，根据程序运行情况，模拟仿真出整个虚拟温室控制系统的运行过程。

2.3实现预期目标的可行性分析

对系统预期可以实现的功能：

（1）温室所需数值输入PLC

（2）温室中温度、湿度、C02浓度采集信号反馈到PLC

（3）通过PID算法，PLC输出信号对温室进行调节达到期望值

智能温室控制系统对温室里的温度、湿度、光照、二氧化碳等指标进行控制植物该系统采用PLC控制技术，对环境的温度和湿度等参数进行检测及控制，集监控管一体的温室智能化监控系统。

实现对植物生长环境的智能化控制，改变传统温室缺点。

3.完成本课题的工作方案

第1周-第3周：

查阅相关资料，熟悉题目设计需求；

第4周-第6周：

确定智能温室控制系统总体设计方案；

第7周-第12周：

完成PLC软件设计以及智能温室控制系统仿真；

第13周-第14周：

整理资料、撰写文档、完成毕业论文、准备答辩

4.指导教师审阅意见

该同学能够理解课题任务，并阅读老师指定的相关参考资料、文献，同时进行必要的调研，根据课题任务制定合格的具体实施方案。

指导教师（签字）：

于福华2012年3月22日

说明：

本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在毕业论文（设计）正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。

摘要

我国农村使用的简易日光温室绝大部分采用手动控制，生产效率地下，单

位产品的生产成本高。

随着温室产业的发展，温室作物趋向于多样化，对温室的控制要求也随之提高，手动控制因其控制精度低已开始不能满足温室生产的需求，需要设计一种控制器减少手动控制。

智能化温室是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进农业生产设施，是现代农业科技向产

业转化的物质基础。

本文主要介绍以PLC为核心，以温度、湿度等传感器为主要外围元件的蔬菜大棚自动控制系统，详细介绍了系统的特点、组成、硬件设计、实时动态监控系统。

对温室的温度、湿度、光照、土壤水分和CO浓度等参数进行实时监测由PLC寸这些参数进行实时控制，使之能满足系统的控制要求。

节省了人力，提高了控制质量产生了良好的经济效益，不仅具有广阔的市场前景，而且具有巨大的社会效益。

关键词：

PLC,传感器，自动控制系统

Abstract

Thegreenhouseenvironmentsystemisamisalignment,time—variable,thelagcomplexlarge.scalesystem.establishessystem'Smathematicalmodelwithdifficulty,usesconventionalthecontrolmethodtoobtainsatisfactionwithdifficultythestaticstate.thedynamicproperty.Thisarticleaccordingtothegreenhouseenvironmentalcontrolthe

characteristic.proposedonekindthePIDcontroltemperaturedesignproposalwhichdecidesbasedontheparameterselfregulating.andhas

carriedonthesimulationthroughtheMatlabR2007software.goodhas

realizedsummer'sgreenhousetemperaturedecrease.

Intelligentgreenhousesupervisorysystemsoftwareincluding

superiormachinemonitoringsoftwareandlowerpositionmachinesystemsoftware.Thesuperiormachinemonitoringsoftware'Sestablishmentuseskingview6.02tocarryonthecorrespondencewithPLCusesinthelong—distaneerangegreenhousemonitoring.hasrealizedthegreenhousereal—timedataandthehistoricaldatademonstration,thereal—timecontrolparameter'sonlinerevision,hascompletedinthegreenhousereal.timemonitoring.ThelowerpositionmachinesystemSoftwareusestheJapaneseMatushita'sFPWINGRprogrammingsoftwaretodesign

Thisanalyzesthegreenhouseimplementingagencythecorrespondingmovementtotheenvironmentfactorinfluenee,theprogrammablecontrol

technology,thefrequencyconversiontechnology,theconfiguration

monitoringtechnologyandthesensortechnologyappliesinthegreenhousecontrolsystem'Sdesign,hasdevelopedbasedonthePLCintelligentgreenhousecontrolsystem.

Keywords:

Intelligentgreenhouse；Programmablelogiccontroller；PID

control；Frequencyconversiontechnology；Kingview.

第一章绪论（少目录）

智能温室也称作自动化温室，是指配备了由计算机控制的可移动天窗、遮阳系统、保温、湿窗帘/风扇降温系统、喷滴灌系统或滴灌系统、移动苗床等自动化设施，基于农业温室环境的咼科技智能”温室。

智能温室的控制一般由信号米集系统、中心计算机、控制系统三大部分组成。

智能温室系统是近年来逐步发展起来的一种资源节约型高效设施农业技术，它是在普通日光温室的基础上，结合现代化计算机自控技术、智能传感技术等高科技手段发展起来的。

自上世纪90年代以来，我国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，对温室温度、湿度、C02浓度和光照等环境

因子控制技术的研究，研制开发了我国自己的智能温室控制系统。

1.1研究的背景

苏州大学机电工程学院与宿迁市日昌升园艺有限公司联合建立了“苏州大学

—日昌升智能温室工程技术与设备研究中心”。

该中心的发展目标是瞄准21世纪高科技设施农业发展趋势，研究并开发集现代生物科学技术、智能控制和工业化工程技术为一体的工厂化高效农业技术与设备，以此推进我国现代化农业进程，本课题在上述实际项目背景下，旨在探寻温室环境的自动控制方案与实现形式，开发出适合企业实际生产需要的化境自动控制系统图以合理有效地控制方案获得较为精确的控制效果，创造一个良好的人工气象环境，以消对作物生长不利的黄静因素来促进作物生长，最终实现学校科研与企业生产的有机结合，并推动我国的自主研发型温室系统的发展进程。

1.2研究的目的与意义

温室环境控制是一项综合性工程，它是当代农业生物学、黄静工程、自动控制、计算机网络、管理科学等多种技术的综合应用，旨在为作物创造最佳生长条件，避免外界四季变化和恶劣气候的影响，以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫及提高农作物质量。

产量。

产值等目的。

近两年来，农作作为国家优秀发展产业正受到各级政府的高度重视，增加8亿农民收入是我们国家当前的基本国策，农业现代化使我们追求的目标。

基于计算机和自动化技术的智能温室是农业现代化的一个重要方面。

研究开发并推广使用性能优越、运行可靠的温室智能控制系统将是温室生产走向产业化和有效农业化的必由之路，而温室内环境因子（温度、湿度、CO浓

度等）的综合自动控制是实现温室种植物高产、优质、高效的关键。

在农业发达的国家，其现代化温室已基本实现了自动控制，但这些温室产品的成本相对较高，如加拿大ARGU公司，每套温室控制器的价格在十万元左右；以色列国家农业中心的一片玻璃试验温室，每间造价高达上百万美元。

另外，由于气候条件不同，地理环境差异以及种植农作物的不同，在客观上限制了国外温室产品在我国的运用，国内已有的一些温室存在技术水平发展缓慢，管理体系落后等缺点，不能满足现代农业和温室自动控制发展的要求。

因此，研究开发适合我国国情、具有独

立知识产权、高效率、低成本运行的温室控制系统显得尤为重要。

只能温室经自动化技术引入了农业生产，为农业科研活动提供了有力的科学手段，通过参数设置及自动数据记录，为农业工作者完成相关农艺科学研究，了解不同生产条件对作物的生长、品质影响及生产方法改进，都提供了简便、准确的手段。

因此，研究该课题具有深远的理论意义和重大的现实意义。

1.3国内外研究现状

1.3.1国外研究现状

西方发达国家如美国、荷兰、以色列、日本、因果等在现代温室测控技术上起步的比较早，都大力发展集药化得温室产业，温室内的温度、湿度、光照度、CQ浓度、水、气、营养液等实现计算机调控。

1、美国在1949年，借助于工程技术的发展，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应用研究。

20世纪60年

底啊，生产性的高级温室开始应用与农业生产。

2、荷兰园艺温室发展较早，在1974年首次研制出计算机控制系统CECS成功开发了一系列计算机软件、硬件，实现了温室供水、施肥和环境自动化控

制。

他们的全自动化温室成套设备在世界市场上享有很高的技术声誉。

3、日本利用网络技术实现对设施栽培数量多、地点分散的大农场实现异地

监控与管理。

通过网络不仅可以向种植者提供市场信息、气象信息、专家策略，

还可以从远程启动设备，对环境调控。

1.3.2国内发展现状

相比国外而言，我国温室控制的研究与开发起步较晚，20世纪70年代，

政府开始3大力发展以塑料大棚、节能日光温室为主的设施农业，促进了农村经济的发展，缓和了蔬菜季节短缺的矛盾。

农业计算机在这一时期投入使用，但只限于统计和分析计算。

直至80年代，计算机开始应用于温室的控制与管理领域。

在随后的20年间，我国先后下哦那个荷兰、以色列、日本、美国等国引进了一批先进的现代化大中型温室，据统计，仅1995-998年间，我国共引进温室413万平方米，主要分布于经济比较发达的东部、东南沿海省份的大城市。

这现代大型温室的引进存在诸多问题：

（1）温室造价高，维护不方便；

（2）技术设备不能与我国的实际气候相适宜；（3）管理滞后，机制落后，缺乏管理现代化温室的人才；（4）缺乏现代化温室栽培的专业品种和技术，难以实施规模

化、标准化、系列化的生产。

以上问题的存在使得一些温室入不敷出。

在西区经验和教训的基础上，温室生产与使用企业开始走一条从引进到消化吸收的新路，自主开发型温室逐步发展起来。

清华大学的郑学坚最先提出了应用单片机控制人工气候箱的方法和思路，随后中国农业科学院徐师华报道了TP-801控

制温室的软硬件方案，以及利用单片机控制气候箱自然光照的模拟试验；陈思

聪等人研究了以节能为目标的温室微机控制系统；于海业等人研制的温室环境

自动检测系统，可自动调节温室内温度、湿度等参数。

1996年起，江苏理工大学研制了一套智能温室群集散控制系统，以IBM-PC机作为上位机，MCS-5单

片机为下位机，实现对多个温室温度、湿度、光照、CO浓度等环境参数的测

控；1997年以来中国农业大学在温室环境的自动控制技术方面也取得了一定的成果。

总之，我国温室环境控制系统应用与研究正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性研究应用阶段过渡和发展。

1.4论文的主要内容

1、根据外界环境对花卉生长的影响因素，选择作物环境条件的实时检测系

统、智能温室控制系统两部分。

自动检测系统包括：

温度、湿度，光照、C02

等传感器与变送器。

智能控制系统包括：

双向天窗角度开闭驱动，遮阳网驱动，通风机，喷灌滴灌控制，节能加温、降温控制等。

2、根据检测和控制对象，采用PID控制算法建立温室温度参数控制系统数学模型，使用组态软件对其进行仿真测试。

3、研制与开发基于PLC勺温室智能控制系统。

4、开发智能温室组态监控界面。

第二章相关技术概述（内容太少）

2.1可编程逻辑控制器PLC

可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController,PLC）,它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机

械或生产过程。

2.2监控组态软件

俗称组态软件，译自英文SCADA,即Supervision,ControlandDataAquisition（数据采集与监视控制）。

组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统（RTUSystem,Remote

TerminalUnit）。

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户

提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。

对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachine

Interface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工

具，或开发环境。

在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。

组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱

出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。

随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不

断被赋予新的内容

第三章智能温室控制系统总体设计

3.1温室环境特点

温室气候环境作为计算机控制系统的控制对象，有以下特点：

1、非线性系统。

温室内部的气候处于热平衡混沌状态。

大量随机的、不确定性因素使得对其精确建模比较困难。

2、分布参数系统。

由于温室面积比较大，造成温室内部各个物理量的分布是不均匀的。

比如温度，温室内部各点温度都不一样，四周一般都比中间的低，项部和底部也有一定差别，其值的大小依赖于空间位置和气流的方向等各种因素，在温室中的气候分布是缓慢变化的。

3、时变系统。

作物在生长周期的不同阶段，其光合作用能力、吸热散热能力等均有所差别。

因而，温室系统是一个参数随着时间变化的动态系统。

4、时延系统。

对于外界所施加的作用，温室系统并不立即响应，而是经过一段时间的延迟才有反应。

比如，在温室加热系统中，对系统加热升温，热量传到温室的各个部分需要经过很长一段时间的延迟，温度才会有所提高。

5、多变量藕合系统。

温室系统是一个多输入多输出系统，系统各变量之间并不是互相独立，各个子系统的控制回路彼此祸合在一起。

对系统任一目标的控制，都会