基于增量式PID算法的温室温湿度控制系统设计
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由于温 湿度 的控 制 受诸 多环 境 因素 的 影 响 ，对 其 控 制 是 一 个 非 稳 态 过 程 。增 量 式 ＰＩＤ 控 制 算 法 以技 术 成熟 、无 需建 立 复杂 的数 学模 型 和 控 制效 果 突 出等 优 势广泛 应用 在各生 产领域 ｌ１］。该 系 统 以软件 编 程 的方 式实现 增量 式 ＰＩＤ控 制算法 通过 控制外 部 固态继 电器 的状 态 达 到 温 室 大 棚 内增 温 、降 温 、增 湿 和 通 风 的 效 果 ，使农 作 物达到 优质 、高产 的 目的 。
图 １ 系统 整 体 框 图
Ｆｉｇ． １ Ｏｖｅｒａｌｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｉａｇｒａｍ
根据 温 室大棚 温 湿 Fra bibliotek 控制 需 要 满 足 实 时 性 、可 靠
收 稿 日期 ：２０１８年 ３月 １２日 修 回 日期 ：２０１８年 ３月 ２６ 日 第 一 作 者 ：陆万 荣 ，男 ，１９９５年 生 ，甘肃 武 威 人 ，硕 士 研 究 生 ；研 究 方 向为 嵌 入 式 技 术 应 用 。Ｅ—ｍａｉｌ：５３１４５２７９７＠ ｑｑ．ＣＯＩＩ１ 通 讯 作 者 ：许 江 淳 ，男 ，１９６２年 生 ，云南 大理 人 ，副 教 授 ，硕 导 ；研究 方 向 为嵌 人 式 技 术 应 用 。Ｅ ｍａｉｌ：５０５２８６７ｌ９＠ｑｑ．ｃｏｍ
第 ３９卷 第 ４期 ２０１８年 ４月
中 国 农机 化 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍ ｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ
Ｖ ｏ１．３９ Ｎ Ｏ．４ Ａ ｐｒ． ２Ｏ１８
基 于增 量 式 ＰＩＤ算 法 的温 室温 湿 度控 制 系统 设计
陆 万 荣 ，许 江 淳 ， 曾德 斌 ，杨 杰 超
陆 万 荣 ，许 江 淳 ，曾 德 斌 ，杨 杰 超 ．基 于增 量 式 ＰＩＤ 算 法 的 温 室 温 湿 度 控 制 系 统 设 计 ［Ｊ］． 中 同农 机 化 学 报 ，２Ｏ１８，３９
（４）：７２～ ７６ Ｌｕ Ｗ ａｎｒｏｎｇ，Ｘｕ Ｊｉａｎｇｃｈｕｎ，Ｚｅｎｇ Ｄｅｂｉｎ，Ｙａｎｇ Ｊｉｅｃｈａｏ．Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎ—
１ 系 统 整 体 设计 方 案
考虑 到温 室大棚 的温湿 度控 制系 统必 须 是一 个实
时性 系统 ，数据 由一个 传 感 器 网络进 行 多 点 检 测上 传 并及 时显 示 。整 个 系统 由上位机 系统 和下 位 机 系统两 部分 构 成 ，系 统 选 用 ＡＴ８９Ｓ５２单 片 机 为 控 制 核 心 ， ＡＴ８９Ｓ５２是 一 款 ８位 的 ＣＯＭＳ微 处 理 器 ，具 有 高性 能 、低 功 耗 的 特 点¨２］。上 位 机 系 统 包 括 按 键 输 入 和 ＬＣＤ 显 示 ，通 过 扩 展 总 线 和 ＲＳ ４８５ 与 下 位 机 系 统 （ＤＴＨ１１温室 度传 感 器 网 络 ）进 行 通 信 。 系统 硬 件 电路 由各功 能模块 组成 ，主要 包括传 感 器 网络 、按键 控 制 、ＬＣＤ显 示 、保 护 电路 和 温 室 温 湿 度 控 制 电 路 。系 统 整体 框 图如 图 １所示 。
（昆 明理 工大 学信 息工程 与 自动化学 院 ，昆明市 ，６５Ｏ５０Ｏ）
摘 要 ：针 对 人 为 控 制 准 确 度低 、操 作 复 杂 、代 价 高 等 问 题 ，设 计 一 种 基 于 增 量 式 ＰＩＤ 控 制 算 法 的 温 室 大 棚 温湿 度控 制 系统 。 系 统 以 单 片 机 ＡＴ８９Ｓ５２为 控 制 核 心 ，采 用 ＤＴＨ１１温 湿 度 传 感 器 采 集 温 室 内作 物 生 长 环境 温湿 度物 理 参 数 。通 过 外 部 键 盘 输 入 适 合 作 物 生 长 的温 湿 度 目标 值 ，单 片 机 内部 的增 量 式 ＰＩＤ算 法 确 定 固态 继 电 器 状 态 ，驱 动 温 室 内温 湿 度 调 节 电 路 ， 最 终 达 到 适 宜 的 目标 值 。 实 验 结 果 表 明 该 系 统 能 实 现 智 能 温 湿 度 自 动 控 制 ，控 制 精 度 温 湿 度 分 别 保 持 在 ± ０．５℃ 和 ±１．５ 之 内 ，并 在 １０ｍｉｎ内 达 到 目标 温 湿 度 值 。该 系 统 满 足 现 代 农 业 生 产 控 制领 域 高精 度 、快 速 和 人 性化 的需 求 。 关 键 词 ：数 字 化 农 业 ；增 量 式 ＰＩＤ算 法 ；温 室 大棚 ；温 湿 度 传 感 器 中 图分 类 号 ：ＴＰ２７３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：２０９５—５５５３（２Ｏｌ８）０４—００７２一Ｏ５
ｅｒｅｍｅｎｔａｌ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｉ－ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍ ｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ，２０１８，３９（４）：７２～ ７６
０ 引 言
社会 经济 的快速 发展 和人们生 活水 平 的不 断提 高 使得 人们 对反季 节蔬 菜的需 求量越 来 越大 。温 室 大棚 是种 植反 季节蔬 菜 最 主要 的手 段 之 一 ，温 湿 度作 为蔬 菜 正常生 长 的重要参 数 ，实 现其快 速 准确 、高 效方 便 的 自动控制 具有 重要 的实用 价值 。过去 依靠 人 工控 制实 现 温湿度 参数 的调 节 ，不 及 时 、不 准 确 、不 方 便 等 问题 突出 ，影 响蔬菜 质量 和产量 的同时 ，大 量 的人 力资 源也 被 浪费 。 因此 ，需要 一套成 本低 、能实 现 足够 精度 的温 湿 度检测 ，并 能够 进 行 实 时控 制 的 系统 来 提 高 温 室 大 棚 管理效 率 ，减 少人 力资 源浪 费 。
图 １ 系统 整 体 框 图
Ｆｉｇ． １ Ｏｖｅｒａｌｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｉａｇｒａｍ
根据 温 室大棚 温 湿 Fra bibliotek 控制 需 要 满 足 实 时 性 、可 靠
收 稿 日期 ：２０１８年 ３月 １２日 修 回 日期 ：２０１８年 ３月 ２６ 日 第 一 作 者 ：陆万 荣 ，男 ，１９９５年 生 ，甘肃 武 威 人 ，硕 士 研 究 生 ；研 究 方 向为 嵌 入 式 技 术 应 用 。Ｅ—ｍａｉｌ：５３１４５２７９７＠ ｑｑ．ＣＯＩＩ１ 通 讯 作 者 ：许 江 淳 ，男 ，１９６２年 生 ，云南 大理 人 ，副 教 授 ，硕 导 ；研究 方 向 为嵌 人 式 技 术 应 用 。Ｅ ｍａｉｌ：５０５２８６７ｌ９＠ｑｑ．ｃｏｍ
第 ３９卷 第 ４期 ２０１８年 ４月
中 国 农机 化 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍ ｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ
Ｖ ｏ１．３９ Ｎ Ｏ．４ Ａ ｐｒ． ２Ｏ１８
基 于增 量 式 ＰＩＤ算 法 的温 室温 湿 度控 制 系统 设计
陆 万 荣 ，许 江 淳 ， 曾德 斌 ，杨 杰 超
陆 万 荣 ，许 江 淳 ，曾 德 斌 ，杨 杰 超 ．基 于增 量 式 ＰＩＤ 算 法 的 温 室 温 湿 度 控 制 系 统 设 计 ［Ｊ］． 中 同农 机 化 学 报 ，２Ｏ１８，３９
（４）：７２～ ７６ Ｌｕ Ｗ ａｎｒｏｎｇ，Ｘｕ Ｊｉａｎｇｃｈｕｎ，Ｚｅｎｇ Ｄｅｂｉｎ，Ｙａｎｇ Ｊｉｅｃｈａｏ．Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎ—
１ 系 统 整 体 设计 方 案
考虑 到温 室大棚 的温湿 度控 制系 统必 须 是一 个实
时性 系统 ，数据 由一个 传 感 器 网络进 行 多 点 检 测上 传 并及 时显 示 。整 个 系统 由上位机 系统 和下 位 机 系统两 部分 构 成 ，系 统 选 用 ＡＴ８９Ｓ５２单 片 机 为 控 制 核 心 ， ＡＴ８９Ｓ５２是 一 款 ８位 的 ＣＯＭＳ微 处 理 器 ，具 有 高性 能 、低 功 耗 的 特 点¨２］。上 位 机 系 统 包 括 按 键 输 入 和 ＬＣＤ 显 示 ，通 过 扩 展 总 线 和 ＲＳ ４８５ 与 下 位 机 系 统 （ＤＴＨ１１温室 度传 感 器 网 络 ）进 行 通 信 。 系统 硬 件 电路 由各功 能模块 组成 ，主要 包括传 感 器 网络 、按键 控 制 、ＬＣＤ显 示 、保 护 电路 和 温 室 温 湿 度 控 制 电 路 。系 统 整体 框 图如 图 １所示 。
（昆 明理 工大 学信 息工程 与 自动化学 院 ，昆明市 ，６５Ｏ５０Ｏ）
摘 要 ：针 对 人 为 控 制 准 确 度低 、操 作 复 杂 、代 价 高 等 问 题 ，设 计 一 种 基 于 增 量 式 ＰＩＤ 控 制 算 法 的 温 室 大 棚 温湿 度控 制 系统 。 系 统 以 单 片 机 ＡＴ８９Ｓ５２为 控 制 核 心 ，采 用 ＤＴＨ１１温 湿 度 传 感 器 采 集 温 室 内作 物 生 长 环境 温湿 度物 理 参 数 。通 过 外 部 键 盘 输 入 适 合 作 物 生 长 的温 湿 度 目标 值 ，单 片 机 内部 的增 量 式 ＰＩＤ算 法 确 定 固态 继 电 器 状 态 ，驱 动 温 室 内温 湿 度 调 节 电 路 ， 最 终 达 到 适 宜 的 目标 值 。 实 验 结 果 表 明 该 系 统 能 实 现 智 能 温 湿 度 自 动 控 制 ，控 制 精 度 温 湿 度 分 别 保 持 在 ± ０．５℃ 和 ±１．５ 之 内 ，并 在 １０ｍｉｎ内 达 到 目标 温 湿 度 值 。该 系 统 满 足 现 代 农 业 生 产 控 制领 域 高精 度 、快 速 和 人 性化 的需 求 。 关 键 词 ：数 字 化 农 业 ；增 量 式 ＰＩＤ算 法 ；温 室 大棚 ；温 湿 度 传 感 器 中 图分 类 号 ：ＴＰ２７３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：２０９５—５５５３（２Ｏｌ８）０４—００７２一Ｏ５
ｅｒｅｍｅｎｔａｌ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｉ－ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍ ｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ，２０１８，３９（４）：７２～ ７６
０ 引 言
社会 经济 的快速 发展 和人们生 活水 平 的不 断提 高 使得 人们 对反季 节蔬 菜的需 求量越 来 越大 。温 室 大棚 是种 植反 季节蔬 菜 最 主要 的手 段 之 一 ，温 湿 度作 为蔬 菜 正常生 长 的重要参 数 ，实 现其快 速 准确 、高 效方 便 的 自动控制 具有 重要 的实用 价值 。过去 依靠 人 工控 制实 现 温湿度 参数 的调 节 ，不 及 时 、不 准 确 、不 方 便 等 问题 突出 ，影 响蔬菜 质量 和产量 的同时 ，大 量 的人 力资 源也 被 浪费 。 因此 ，需要 一套成 本低 、能实 现 足够 精度 的温 湿 度检测 ，并 能够 进 行 实 时控 制 的 系统 来 提 高 温 室 大 棚 管理效 率 ，减 少人 力资 源浪 费 。