单片机技术及在温室环境控制中的应用

二、单 片机技 术在沮室环境控制中的应用 １ 、单片机技术在温室环境控 制现状分析 我 国的近代 温室 开始于本世 纪３ 年代 ，大规模 的温室生 产 Ｏ 在 ２ 世 纪 ７ 年 代 末 和 ８ 年 代 初 开 始 。 经 过 ２ 年 的 发 展 ， 我 国 Ｏ ０ ０ Ｏ 温 室 的建 造 面 积 （ 括 大 棚 ）截 止 ￣ ２ ｏ 年 底 已 达 １ ５ 平 方 包 ｆ ｏ９ ！ ｌ Ｊ ２万 米 。 由于 在 温 室 及 配 套 设 施 的 生 产 、 科 研 和 普 及 方 面 的 局 限 ， 形成 了 目前高 、中 、低 不同档次 、系列化 的温室产 品。我 国现 有温 室及配套 设施 的专 业生产厂家 超过５ 家 ，生产 设备基本 国 ０ 产化 ，初 步形 成了一定的产业规模 。 ２ 世纪９ 年代 中后期 ，江 苏理 工大学毛平 教授等 研究开 发 ０ Ｏ 了温 室环 境 自动控 制 系统 ， 能实 现对 营 养液 系统 、光照 、温 度 、Ｃ ２ ０ 、施肥 的综 合控制 ，是 目前温 室环 境控制 系统 较为 典 型 的 研 究 成 果 。 同样 ， 中 国科 学 院 石 家 庄 现 代 化 研 究 所 、 中 国 科 学 院 上 海 植 物 生 理 研 究 所 、 中 国 农 业 大 学 等 单 位 也 都 侧 重 不 同领 域 开 展 了 温 室 设 施 计 算 机 控 制 与 管 理 技 术 方 而 的 研 究 。 因 此 可 以说 ，我 国 温 室 环 境 控 制 技 术 在 总 体 上 ， 己 向 实 用 化 、 综
合性 应 用 阶段 发 展 ，
２ ，单片机温室环境控 制系统特点 （ ）系统采用两层结构 ，由智能传感器、控制设备、前台机 １ 组成底 层基 本 结 钩 ：并 且多 个底 层 结构 与主 计 算机 呈 星形 连接 ： （ ）主计算机 是监控系统 的头脑 和心脏 ，具有发布 命令、 ２ 显示运行状 态、数据检索和报表 打印等主 要功能： （ ）前 台机 的核心是单片机 ，完成 数据的检测和控制 ：全 ３ 部测 量 参 数 可 自动 存 储 ， 并 可 传 送 到 主 计 算 机 中 ，在 主 计 算 机
学 术 论 坛
单 片 机 技 术 及 在 温 室 环 境 控 制 中 的 应 用
北京 交通 大学 王云肖

摘要 ：随着智能化 的发展 ，单 片机 技术在众 多领域得到广泛应用。如： 工业 自动化控制 ，智能仪表， 汽车家电，航 空航 天，计算机 网络和通信 ，温室环境控 制等。现代温室及配套设施 已采用集约化、专
兴产 业 之 一 。
（ ）随 着 模 糊 理 论 的 出现 ，环 境 温 度 控 制 朝 着 智 能型 方 向 １ 发展 。 温 室 系 统 是 非 线 性 、 多 变 量 、 强 耦 合 、 大 惯 性 、 强 干 扰 的 复 杂 系 统 。 温 室 的外 部 环 境 （ 自然 气 候 ） 及 温 室 内部 种 植 作 物 以
中进 行 处 理 ； （ ）能 实现 对 温 室 内外 空气 温 度 、湿 度 、土 壤 温湿 度 、叶 片 ４ 温 度 、Ｃ２浓 度 、室 内光 照度 、覆 盖物 表面 温度 等 参数 的测量 ； ０ （ ）能 输 出各 种 控 制 信 号 ，可 对 排 风扇 、 喷 灌 、滴 灌 等 设 ５ 备进行控制 。
业杞和规模化生产，规范有序的市场经营和国际化的市场体系 运作，成为当今世界最具活力的新兴产
业之一。本文介绍 了单片机技术的发展现状以及在温湿度控制中的应 用。 关键 词：单 片机技 术 温室环境控 制 发展现状 应用
Ｈ 、单 片机技术的 发展 现状 一 单 片 机 简 单 理 解 可 以 认 为 是 一 种 集 成 的 电路 芯 片 ， 用 计 算 机 术 语解 释 为 “ 采 用 超 大 规 模 集 成 电 路 技 术 把 具 有 数 据 处 理 是 能力的 中央处理 器Ｃ Ｕ Ｐ ，随机存 储器Ｒ Ｍ Ａ 、只读存 储器Ｒ Ｍ 以 Ｏ、 及 多种 Ｉ ０ ／ 口和 中 断系 统 、定 时器／ 时 器等 集成 到 一块 硅片 计 上 ，构成 的一个 小而完善 的计算机 系统 。而利 用单片机 实现 自 动控制 的技术 简称 为单片机技术 。 随着 社 会 和 科 学 理 论 的 不 断 发 展 ， 单 片 机 技 术 在 众 多 领 域 得 到 广 泛 应 用 。 如 ： 业 自动 化 控 制 ，智 能 仪 表 ， 汽 车 家 电 ， 工 航 空 航 天 ，计 算 机 网络 和 通 信 ，温 室 环 境 控 制 等 。现 代 温 室 及 配 套 设 施 已采 用 集 约 化 、 专 业 化 和 规 模 化 生 产 ， 规 范 有 序 的 市 场 经 营 和 国 际 化 的 市 场 体 系 运 作 ， 成 为 当今 世 界 最 具 活 力 的 新
３ 单片机温室环境控制技术 的发展 趋势 随 着 单 片 机 技 术 和 农 业 生 产 的 进 步 以及 市 场 对 高 质 量 产 品 需 求 的速 度 增 强 ， 温 室 环 境 控 制 技 术 将 会 在 以下 几 个 方 面 得 到
充 足 发展 。
季节 的变 化都具有 不确定性 ，作物蒸腾作 用和光合作 用的数学 模 型具有 不精确性 ，因此导致温 室 的动态 模型也不精 确 ，而只 能 确 定 部 分 参 数 ，而 其 他 参 数 需 要 动 态 辨 识 。 模糊 理论 是在美 国柏 克莱加 州大 学 电气 工程 系Ｌ Ａ Ｚ ｄ ｈ ．— ａ ａ 教授１ ６ 年创立 的模糊集合理论 的数学基础 上发展起 来的，主 ９５ 要 包 括 模 糊 集 合 理 论 、 模 糊 逻 辑 、 模 糊 推 理 和 模 糊控 制 等 方 而 的 内容 ； 其 中 模 糊 控 制 是 模 糊 理 论 在 工 业 控 制 领 域应 用 的成 功 范 例 。模 糊 控 制 方 法 尤 其 适 应 于 温 室 环 境 控 制 的特 点 ，是 现 阶 段 温 室 环 境 控 制 技 术 发 展 的主 要 趋 势 之 一 。 （ ）采 用 分 布 式 系 统 结 构 ， 以节 约 投 入 成 本 。 ２ 目前 分布式 系统是计 算机控 制系统 的主要发 展方 向，该控 制 系 统 采 用 了所 谓 服 务 器 一 客 户 模 式 （ ｅ ｖ ｒ 。 １ ｅ ｔ ｏ ｅ Ｓ ｒ ｅ ＿ ｎ Ｍ ｄ Ｃｉ ） ， 即 系 统 中 不 存 在 一 个 控 制 中 心 ，主 要控 制 功 能 由 各 分 布 的 子 处 理 器 完 成 ：一 般 系 统 中 ， 以可 编 程 控 制 器 （ Ｌ ）或 单 片 ＰＣ 机 作 为子 处 理 器 。 在 温 室 环 境 控 制 系 统 中 ，各 个 温 室 的控 制 功 能一般 由单片机 （ 子处理器 ）完成 ，计 算机机作 为主处理器 ， 仅实现辅 助功 能，而且 ，分布式控制方 式具有价格 低 、控制 灵 活 、 可 靠 性 高 等 优 点 ， 因此 广 泛 应 用 于温 室环 境控 制 系 统 中 。 （ ）采 用多因子控制方式 提 高控 制效果 ３ 温 室环 境 中 温 度 、 湿 度 、光 照 度 、Ｃ ２ 浓 度 等 存 在 着 较 强 ０ 的 耦 合 性 ， 即某 个 环 境 要 素 的 改 变 将 影 响 到 其 它 环 境 要 素 的状 态 ， 因 此 ，采 用 多 因 子 控 制 方 式 ， 即 采 明 多个 环 境 要 素 综 合 考 虑 的 方 法 ，来 替 代 现 行 的 单 个 环 境 要 素 分 别 考 虑 的 模 式 。 是 提 高 温 室 环 境 控 制 系 统 控 制 效 果 的 关键 途 径 之 一 。 多 因 子 控 制 方 式 虽 然 具 有 良好 的 应 用 前 景 ， 但 在 现 阶 段 实 现 有 较 大 的难 度 。 主 要 表 现 在 （ ） 各环 境 要 素 的 相 互 关 系 还 不 １ 明确 ： （ ）算 法 的复 杂 程 和 要 求 的 预 算 量 成 几 何 级 数 递 增 ，采 ２ 用 单 片 机 或 Ｐ Ｃ 法 保 证 控 制 的 实 时 性 。 因 此 要 实 现 环 境 要 素 多 Ｌ无 因子 控制 ，还 需在相关 农业技术 、控制 的数 学模型 以及 具体算 法方面进行大量艰苦 的工作。 总 之，温 室生产过 程具有 客观复杂 性和认 识复杂性 ，是一 个复 杂过程系 统， 因此 ，对温室 的控 制需运用 复杂系 统理论提 供 的 新 概 念 、 新 方 法 解 决 其 不 确 定 性 、 不 精 确 性 、非 线 性 、 强 耦 合 等 问题 。 参考文献 ： ［】 １ 陈国辉， 郭艳玲 ， 宋文龙． 室发 展现状及 我 国温室需要 温 解决 的主要 问题 ［］ 林 业机械 与木工设备， ０ ４ ２ ３． Ｊ． ２ ０， ： ２ ［］ ２ 邓璐 娟， 李淑君 ， 巧玲 等． 能温 室环境 控制 的研 究现 冯 智 状与发展方 向 ［］ 郑州 轻工 业学院学报． ０ ３ １ ：２ — Ｊ． ２ ０ ， ０ ２． ８ ３ ［］ ３ 王恩荣 （ Ｃ一 １ 片机应用技术》化学工业 出版社 ２ ０ （ Ｓ５单 Ｍ ０１
（ 任编辑：刘旭华 ） 责
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