温室大棚自动控制系统开题报告
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题目:温室大棚自动控制系统的设计学院:
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1、文献综述
1.课题研究的目的和意义
随着改革开放,特别是90年代以来,我国的温室大棚产业得到迅猛的发展,以蔬菜大棚、花卉为主植物栽培设施栽培在大江南北遍地开花,随着政府对城
市蔬菜产业的不断投入,在乡镇内蔬菜大棚产业被看作是21世纪最具活力的新产业之一。温室是蔬菜等植物在栽培生产中必不可少的设施之一,不同种类的
蔬菜对温度及湿度等生长所需条件的要求也不尽相同,为他们提供一个更适宜
其生长的封闭的、良好的生存环境,从而可以通过提早或延迟花期,最终将会
给我们带来巨大的经济效益。温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长
创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣天气对其影响的场所,它以采光覆盖
材料作为全部或部分结构材料,可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽
培植物。而温室设施的关键技术是环境控制,该技术的最终目标是提高控制与
作业精度。国外对温室环境控制技术研究较早,始于20世纪70年代。显示采
用模拟式的组合仪表,采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现
了分布式控制系统。目前正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。现在世界各国的温室控制技术发展很快,一些国家在实现自动化的
基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功
能集成在一块小芯片上,也就是说一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、
质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。单片机虽小,但它
具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围
设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入
输出系统集成在一块芯片上。同时它也被称为微控制器(Microcontroller),
是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发
展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使
计算机系统更小,更容易集成在复杂的,而对提及要求严格的控制设备当中。
单片机比专用处理器最合适应用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应用。事
实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所有的几乎每件电子
和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为
数不少的单片机在工作。
我国北方冬季寒冷而漫长,大力推广蔬菜大棚种植蔬菜能更好的满足人民生活水平日益提高的需求。冬季蔬菜大棚管理最重要的一个因素是温度的控制。
温度管理一般把一天分为午前、午后、前半夜和后半夜4个时段来进行温度调节。午前以促进光合作用,增加同化量为主,一般将棚温保持在25-30℃为宜;午后光合作用呈下降趋势,应将温度比午前降低5℃左右,以20-25℃为好,避免高
温下养分消耗过多。日落后4-5h内,要将棚内温度从20℃逐渐降到15℃上下,
以促进体内同化物的运转。此后,再将夜温降到10-12℃,以抑制呼吸、减少消耗、增加积累。但不可把温度降得过低,以免发生低温危害。另外,阴雨天光
照不足,光合作用不能正常进行,棚内温度也应比晴天低5℃左右,以降低呼吸消耗。随着单片机的飞速发展,通过单片机对被控制对象进行控制日益广泛,
其具有体积小、功能强、性价比高等特点,把单片机应用于自动控制系统中可
以起到更好的控温作用,可完成对温度采集和控制等要求。
2.国内发展现状
国内外温室控制技术的发展状况来看,温室环境控制技术大致经历了3个发展阶段:
(1)手动控制:这是在温室控制技术发展初期所采取的控制手段,其实并
没有真正意义上的控制系统及执行机构。生产一线的种植者既是温室环境的传
感器,又是对温室作物进行管理的执行机构。他们是温室环境控制的核心。通
过对温室内外的气候的状况和对作物生长状况进行观测,凭借长期积累的经验
和直觉推测及判断,手动调节温室内环境。种植者采用手动控制方式,对于作
物生长状况的反应是最直接,最迅速且最有效的,它符合传统农业的生产规律。但这种控制方式的劳动生产率较低,不适合工业化农业的生产需要,而且对种
植者的素质要求较高。
(2)自动控制:这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目
标参数,计算机根据传感器实际的测量值与事先设定的目标进行比较,以决定
温室环境因子的控制过程,控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。计算
机自动控制的温室控制技术实现了生产的自动化,适合规模化生产,劳动生产
率得到了提高。通过改变温室环境设定目标值,可以自动的进行温室内环境气
候调节,但是这种控制方式对作物生产状况的改变难以及时做出反应,难以介
入作物生长的内在规律。目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进
的国外设备都属于这种控制方式。
(3)智能化控制:这是温度自动控制技术和生产实践的基础上,通过总结,收集农业领域知识、技术和各种实验数据构建专家系统,以建立作物生长的数
学模型为理论依据,研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统
技术。温室控制技术沿着手动、自动、自动化控制的生产进程,向着越来越先
进的,功能越来越完备的方向发展。由此可见,温室环境控制朝着基于作物生