蔬菜大棚溫濕控制器設(shè)計(jì)（畢業(yè)設(shè)計(jì)完整版）河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)大棚溫度濕度控制器設(shè)計(jì)摘要：溫室是蔬菜大棚生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一，不同種類蔬菜對(duì)溫度及濕度等生長(zhǎng)所需條件的要求也不盡相同，本設(shè)計(jì)就是控制大棚的溫濕度，為它們提供一個(gè)良好的生存環(huán)境，給我們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：傳感器、溫濕度、控制電路、溫度報(bào)警電路Abstract:Greenhouseproductionofgreenhousevegetablesareanessentialfacilities,differenttypesofvegetables,suchastemperatureandhumidityonthegrowthofthenecessaryrequirementsarenotthesame,thedesignistocontrolthegreenhousetemperatureandhumidity,toprovidethemwithagoodthelivingenvironment,hasbroughtushugeeconomicbenefits.Keywords:sensors,temperatureandhumidity,controlcircuit,temperaturealarmcircuit12河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)1引言隨著改革開(kāi)放，特別是90年代以來(lái)，我國(guó)的溫室大棚產(chǎn)業(yè)得到迅猛的發(fā)展，以蔬菜大棚、花卉為主植物栽培設(shè)施栽培在大江南北遍地開(kāi)花，隨著政府對(duì)城市蔬菜產(chǎn)業(yè)的不斷投入，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)蔬菜大棚產(chǎn)業(yè)被看作是21世紀(jì)最具活力的新產(chǎn)業(yè)之一。溫室是蔬菜等植物在栽培生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一，不同種類的蔬菜對(duì)溫度及濕度等生長(zhǎng)所需條件的要求也不盡相同，為它們提供一個(gè)更適宜其生長(zhǎng)的封閉的、良好的生存環(huán)境，從而可以通過(guò)提早或延遲花期，最終將會(huì)給我們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。溫室是一種可以改變植物生長(zhǎng)環(huán)境、為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱?chǎng)所。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長(zhǎng)的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，防治病蟲(chóng)害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。國(guó)外對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開(kāi)發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。現(xiàn)在世界各國(guó)的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，溫室環(huán)境控制技術(shù)大致經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段：手動(dòng)控制：這是在溫室技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其時(shí)并沒(méi)有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對(duì)溫室作物進(jìn)行管理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們是溫室環(huán)境控制的核心。通過(guò)對(duì)溫室內(nèi)外的氣候狀況和對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的觀測(cè)，憑借長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)推測(cè)及判斷，手動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境。種植者采用手動(dòng)控制方式，對(duì)于作物生長(zhǎng)狀況的反應(yīng)是最直接、最迅速且是最有效的，它符合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律。但這種控制方式的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且對(duì)種植者的素質(zhì)要求較高。自動(dòng)控制：這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長(zhǎng)所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感器的實(shí)際測(cè)量值與事先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，以決定溫室環(huán)境因子的控制過(guò)程，控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱、降溫和通風(fēng)等動(dòng)作。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。通過(guò)改變溫室環(huán)境設(shè)定目標(biāo)值，可以自動(dòng)地進(jìn)行溫室內(nèi)環(huán)境氣候調(diào)節(jié)，但是這種控制方式對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的改變難以及時(shí)作出反應(yīng)，難以介入作物生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律。目前我國(guó)絕大部分自主開(kāi)發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室及引進(jìn)的國(guó)外設(shè)備都屬于這種控制方式。智能化控制：這是在溫室自動(dòng)控制技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過(guò)總結(jié)、收集農(nóng)12河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書(shū)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)和各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)，以建立植物生長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，研究開(kāi)發(fā)出的一種適合不同作物生長(zhǎng)的溫室專家控制系統(tǒng)技術(shù)。溫室控制技術(shù)沿著手動(dòng)、自動(dòng)、智能化控制的發(fā)展進(jìn)程，向著越來(lái)越先進(jìn)、功能越來(lái)越完備的方向發(fā)展。由此可見(jiàn)，溫室環(huán)境控制朝著基于作物生長(zhǎng)模型、溫室綜合環(huán)境因子分析模型和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的溫室信息自動(dòng)采集及智能控制趨勢(shì)發(fā)展。為了滿足人們?cè)诤浼竟?jié)也能吃上新鮮蔬菜的需要，雖然廣大的大棚種植產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，大棚栽培技術(shù)得到空前的發(fā)展，但隨之而來(lái)也出現(xiàn)了溫度、濕度難以控制的問(wèn)題。溫度和濕度作為常用的環(huán)境參數(shù)，對(duì)動(dòng)植物的生長(zhǎng)、物理化學(xué)的反應(yīng)以及人體的舒適程度都有著較大影響，溫度濕度測(cè)控系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、智能家居以及人工環(huán)境等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。本電路可以使大棚的溫度和濕度自動(dòng)控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)的成本低、可靠性高，有著很高的實(shí)用價(jià)值。2、控制系統(tǒng)方案選擇2.1、方案一：本方案我們主要采用模擬電路設(shè)計(jì)，電路主要分為以下幾個(gè)主要的組成部分，電源電路、溫度檢測(cè)電路、加熱、換氣電路、溫度報(bào)警電路、自動(dòng)澆水電路五各單元電路電路中利用了溫度、濕度等傳感器，大大的提高了測(cè)量的精確度，本方案中當(dāng)溫度、濕度傳感器檢測(cè)到溫度濕度超過(guò)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)候，電路中就會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行加熱和澆水，是農(nóng)作物生長(zhǎng)在一個(gè)良好的環(huán)境中系統(tǒng)的框圖如下圖1所示：圖1方案一系統(tǒng)框圖2.2、方案二：本方案利用集成溫度傳感器MAX6613和集成濕度傳感器IH3605作為檢測(cè)元件，結(jié)合ADuC824,構(gòu)建溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的實(shí)時(shí)控制，無(wú)紙記錄及語(yǔ)音報(bào)警，還可與上位機(jī)（PC機(jī)）通信，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的打印、分析等功能。溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的硬件原理如圖2所示：13河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)圖2方案二系統(tǒng)框圖由單片機(jī)系統(tǒng)（含鍵盤(pán)、液晶顯示器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和通信接口）、集成溫度傳感器MAX6613、集成濕度傳感器IH3605、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、語(yǔ)音系統(tǒng)及加熱、加濕、通風(fēng)裝置等幾部分組成，ADuC824高性能微轉(zhuǎn)換器，它在單個(gè)芯片內(nèi)集成了雙路高精度E-AADC、程控增益放大器PGA、8位MCU、8KB閃速/電擦除程序存儲(chǔ)器、640B閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、256B數(shù)據(jù)RAM以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能部件，指令系統(tǒng)與8051兼容。特別是兩個(gè)獨(dú)立的E-AADC，其主、輔助通道的分辨率分別為24和16位，具有可編程自校正功能。另外，還有一個(gè)通用UART串行I/O，一個(gè)與I2C兼容的二線串口和SPI串口，一個(gè)看門狗定時(shí)器（WDT），一個(gè)電源監(jiān)視器（PSM）。其性能完全可以滿足系統(tǒng)的需求。鍵盤(pán)用于設(shè)定溫度、濕度的上、下限報(bào)警范圍及控制值，設(shè)定采樣時(shí)間間隔，調(diào)整系統(tǒng)時(shí)間。液晶顯示器采用一體化封裝的液晶顯示模塊TC1602A，用于顯示溫度、濕度的上、下限值，控制值和當(dāng)前值，模塊內(nèi)的控制驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為HD44780,可以方便地與ADuC824進(jìn)行接口。由于系統(tǒng)需要無(wú)紙記錄溫度、濕度值，因此外擴(kuò)一片容量為4MB的AT29C040AFlashEPPROM，在寫(xiě)入過(guò)程中無(wú)需編程高壓和紫外線照射，具有硬件和軟件兩方面的數(shù)據(jù)保護(hù)，可防止其內(nèi)容免遭意外改寫(xiě)，使用十分方便。通信接口電路主要由雙路RS232數(shù)據(jù)收發(fā)器MAX232芯片組成，只需+5V電源供電即可工作。上位機(jī)（PC機(jī)）通過(guò)通信接口調(diào)用溫度、濕度值，以用于打印或分析。2.3、系統(tǒng)控制方案確定通過(guò)以上兩個(gè)方案的比較分析我們可以知道方案一和方案二都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚溫度濕度的控制和調(diào)節(jié)，同時(shí)方案一具有自動(dòng)澆水的功能，而且還可以擴(kuò)展以下兩個(gè)功能，（1）熱能存儲(chǔ)電路可利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換裝置將之轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存。當(dāng)夜間溫度過(guò)低時(shí)，再起到和上述加熱裝置一樣的功能。14河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)（2）遠(yuǎn)距離報(bào)警功能在意外事故發(fā)生致使溫度持續(xù)下降時(shí)，需要及時(shí)報(bào)警，喚醒在家休息或在外工作的棚主趕來(lái)處理。報(bào)警裝置由一發(fā)射器和接收器組成。接收器平時(shí)由棚主帶在身上，可做得很小，棚主在一公里的范圍內(nèi)可接收發(fā)射器發(fā)出的提示音信號(hào)。方案二設(shè)計(jì)的原理雖然很容易的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)的功能也比較的齊全但是我們可以通過(guò)具體的控制框圖2-2以知道它所要求的芯片的型號(hào)和外部硬件比較的高，成本也很高不能很好的推廣，我們?cè)O(shè)計(jì)中要求的是實(shí)用而且很容易掌握的方案，在廣大的農(nóng)村農(nóng)民用戶種植中不需要編程等一系列的專業(yè)的技術(shù)學(xué)習(xí)，這就更加符合我們的種植農(nóng)戶的要求，相比與方案一的專業(yè)要求就有了不可代替的優(yōu)勢(shì)，而且在芯片應(yīng)用等方面，方案一的芯片購(gòu)買的比較的方便，而方案二所需要的一些芯片價(jià)格比較的昂貴，要求的外部硬件條件也比較的高，比如方案二中要求系統(tǒng)采用MAX6613和IH3605作為溫度、濕度傳感器，使其監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、控制的精確性得到了提高；同時(shí)，由于選用了ADuC824，它能保證系統(tǒng)自動(dòng)從死機(jī)狀態(tài)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，但是要求有相關(guān)的電腦操作技能，這些方面方案一相比于方案二都具有一定的優(yōu)勢(shì)。但是方案一在自動(dòng)控制方面不如方案二，方案二具有更好的自動(dòng)控制功能，綜合以上幾點(diǎn)我們選擇方案一作為我們的設(shè)計(jì)方案，因?yàn)榉桨敢徊粌H成本低而且比較的容易制作和操作，適合我們的大面積的推廣。在方案一系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介：當(dāng)測(cè)溫電路測(cè)出適時(shí)溫度超過(guò)25°C時(shí)，啟動(dòng)換氣電路；且當(dāng)溫度達(dá)到30C啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。同理，當(dāng)測(cè)溫電路測(cè)出適時(shí)溫度低于20C時(shí)，啟動(dòng)加熱電路，且當(dāng)溫度低于15C時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警電路。當(dāng)溫度在20C到25C之間時(shí)，測(cè)濕系統(tǒng)測(cè)出適時(shí)濕度低于70%RH時(shí)，啟動(dòng)澆水系統(tǒng)。只有當(dāng)溫度在20C到25C之間，同時(shí)濕度在70%RH以上時(shí)，系統(tǒng)不工作。該電路可調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路中的RP，即調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路的基準(zhǔn)溫度值，同理，又可調(diào)節(jié)濕度檢測(cè)電路中的基