考慮到圣女果的生長濕度，因此本設計中采用的濕度傳感器需要能測量的濕度范圍涵蓋60%~80%，并且充分考慮到所選用的濕度傳感器的價格，質量等實用性方面。本設計中的傳感器主要包括空氣濕度傳感器和土壤濕度傳感器，下文就是對以下兩種傳感器的分析。3.3.1空氣濕度傳感器選型HS1101濕度傳感器是一款電容式濕度傳感器，其主要根據(jù)電容介質從其周圍空氣中吸收水分引起的物理性變化,從而得出空氣的濕度。與其他空氣濕度傳感器相比，這款電容式濕度傳感器具有的特點有：反應能力快，在短時間內就可以測量出空氣中的濕度、而且由于他內部是電容器件所以價格也比較便宜，攜帶方便并且具有很高的可靠性，長期處于飽和狀態(tài)可以瞬間脫濕。HS1101濕度傳感器外觀圖HS1101濕度傳感器的主要技術特性如下表所示表3-3技術特性指標主要參數(shù)范圍相對濕度0~100%RH電容量變化16pF~200pF誤差士2.5%RH反應時間小于5S溫度系數(shù)0.04pF/°C工作原理：HS1101濕度傳感器在實際電路中充當了一個電容的作用，并且他的電容值會隨著濕度的變化而變化，并且它的電容量與空氣濕度成正比關系，因此在使用這款型號的濕度傳感器的時候通常用電容值的變化反映電壓和頻率的變化，因此換算出相應的濕度。HS1101濕度傳感器需要采用555集成電路組成振蕩電路，HSl100濕度傳感器在電路中主要起到一個振蕩電容的作用，從而測量出當前環(huán)境下的濕度。工作原理圖與下圖所示。濕度檢測原理圖3.3.2土壤濕度傳感器蔬菜大棚的灌溉系統(tǒng)其中最主要的一個參數(shù)便是土壤水分的檢測，只有精確的檢測到土壤水份的多少，判斷系統(tǒng)是采用滴灌還是噴灌的模式，才能根據(jù)植物生長需求去調節(jié)灌溉的用水量。由于JXBS-3001-TR型土壤濕度傳感器測量范圍較廣，響應速度快，能在短時間測量出土壤的濕度，精確度高，適用于各種土質，最關鍵的是這種濕度傳感器可以長期埋在土壤中，防水，耐電解，因此本設計中的濕度傳感器采用JXBS-3001-TR型土壤濕度傳感器。JXBS-3001-TR型土壤濕度傳感器產(chǎn)品參數(shù)如下表所示表產(chǎn)品參數(shù)JXBS-3001-TR型土壤濕度傳感器外觀圖和接線方式如下圖所示圖3-6JXBS-3001-TR型土壤濕度傳感器外觀圖圖3-7JXBS-3001-TR土壤濕度傳感器的接線圖3.4光照傳感器同樣的道理根據(jù)圣女果生長最適宜光照強度為30000LIX～50000LIX，來選擇合適的光照度傳感器。光照度傳感器實際上就是將一種光信號轉換成電信號的一種傳感器。本設計中測量光照度的主要目的是，在一定條件下，每當光照度的增強光合作用也會增強，但是當光照度超過一個值的時候反而會適得其反就會出現(xiàn)圣女果葉面的氣孔關閉現(xiàn)象，大大影響圣女果生長。因此，使用光照度傳感器在本次蔬菜大棚的設計中起著至關重要的作用。其中Po188光電集成傳感器就是滿足測量范圍的一款光照度傳感器，Po188光電集成傳感器被現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中普遍的使用，并且他的內部裝有雙敏感元接收器，因此在一定的范圍內具有很高的靈敏度。下圖是Po188光電集成傳感器的連接方式及外觀圖圖3-8Po188連接方式圖3-9Po188外觀圖Po188光電集成傳感器原理圖Po188光電集成傳感器的主要參數(shù)如下表所示表3-5Po188光電集成傳感器的主要參數(shù)3.5酸堿度傳感器本節(jié)主要介紹酸堿度傳感器的選型，土壤酸堿度同樣影響著農(nóng)作物生長的趨勢，因此在本設計中要充分考慮到酸堿度的因素，酸堿度傳感器又稱pH傳感器，在一般情況下植物能在土壤酸堿度在6~6.5的環(huán)境下良好的生長。本蔬菜大棚設計中采用的酸堿度傳感器的型號為SYS-OSA14，考慮到SYS-OSA14PH傳感器由以下幾個特征，因此投入到蔬菜大棚的設計中來。首先這類的傳感器擁有快速的電纜接頭，安裝方便，使用的場合也非常的廣泛，其次SYS-OSA14傳感器比較耐，具備優(yōu)良的水溶性，由于他的集成度很高，因此體積較小，攜帶起來非常的方便，能真正的做到了低成本，高質量，是選擇酸堿度傳感器的不二選擇，因此本設計采用這款酸堿度傳感器來對土壤的酸堿度進行實時監(jiān)控，下圖所示是這款產(chǎn)品的外形圖。圖3-9SYS-OSA14PH傳感器酸堿度傳感器他的主要技術參數(shù)如下表所示：表3-6技術參數(shù)3.6變頻器的選型在工業(yè)中變頻器的作用主要是調節(jié)電機的額定功率，目前市場上變頻器被我們廣為使用，大多用于恒壓供水、各種風機、中央空調等設備中在本次系統(tǒng)設計中我們采用變頻器來控制灌溉的用水量，變頻器的選擇主要從變頻器的型號與容量兩方面展開討論。在滿足設計需求的情況下，同時選擇最經(jīng)濟實用的一款變頻器。西門子MM430是一款風機水泵專用型變頻器，符合本次設計的需求，由于其靈活性在許多領域都得到了應用，與西門子MM420相比，MM430變頻器在原有的基礎上增設了更多的輸入端口和輸出端口?？紤]到以上綜合原因的分析因此本設計采用西門子MM430變頻器，下表介紹了西門子MM430變頻器的主要功能。表西門子MM430變頻器的特征及其功能西門子MM430變頻器外觀圖西門子MM430變頻器電路接線圖（與plc連線）在實際操作中，我們需要對變頻器進行參數(shù)的設置，從而控制灌溉的水量，下表就是變頻器的參數(shù)表，3.7PLC的I/O分布圖下圖是本次設計的的I/O分布圖，它反映了系統(tǒng)中的輸入輸出點。圖4-1I/O分布圖3.8PLC的外部接線圖Visio根據(jù)I/O分布圖我們可以畫出PLC的外部接線圖，在實際操作過程中，就按照下圖進行接線。圖4-2外部接線圖系統(tǒng)軟件部分的設計4.1總體設計在程序進入開始狀態(tài)之后便是手動模式和自動模式的選擇，而在本設計進入到自動模式的狀態(tài)，首先是進行一個參數(shù)的設置，根據(jù)上述對圣女果生長環(huán)境的需求分析下，設置一個最適合圣女果的環(huán)境參數(shù)，然后把傳感器檢測到的數(shù)值與設定值進行比較，進行設備的調節(jié)，執(zhí)行各部分程序。最終達到使蔬菜大棚的環(huán)境達到理想狀況，并且本設計擁有報警裝置，當檢測到的數(shù)值不在范圍內，則啟動報警裝置。下圖是本次設計的流程圖框架。4.2程序設計主程序塊OB1的主要的功能是對本設計的啟動、停止，及其各功能模塊的調用。1、系統(tǒng)手動模式設計如圖所示，他是系統(tǒng)手動模式下的程序，I0.0連接的是自動模式的按鈕和自動模式具有互鎖功能。I0.5是系統(tǒng)手動模式下的加藥，當按下手動加藥按鈕時，繼電器M1.0得電、I0.4是系統(tǒng)手動模式下的卷膜，當按下手動卷膜按鈕時，繼電器M1.1得電、I0.1是系統(tǒng)手動模式下的卷膜，當按下手動卷膜按鈕時，繼電器M1.1得電。圖4-3手動模式2、系統(tǒng)自動模式設計如圖所示，是系統(tǒng)的自動模式，圖4-4自動模式3、溫度模塊設計如圖所示，是溫度的檢測模塊，可以接受IW0的輸入，將輸入轉換成整型輸出，最后存入到MD300中，供下面的程序使用。圖4-5溫度模塊如圖所示，是溫度與設定值的比較模塊，當在自動模式下，把MD300的值與設定的溫度值進行比較,如果MD300的值<溫度設定的最低值，則M1.2得電。圖4-5溫度模塊如圖所示，是溫度與設定值的比較模塊，同理當在自動模式下，把MD300的值與系統(tǒng)設定的溫度最高值進行比較,如果MD300的值大于等于溫度設定的最低值，則M1.3得電。圖4-5溫度模塊如圖所示，當智能蔬菜大棚內的溫度低于植物生長的設定溫度時，將開啟加熱絲設備，為蔬菜大棚進行升溫的操作，當判定到M1.2得電時，Q0.7同時得電。4、濕度模塊設計FC105是處理模擬量輸入的輸入功能塊，把濕度傳感器檢測到的濕度進行數(shù)據(jù)轉換使得輸入的模擬量可以變成plc可以直接使用的數(shù)字量，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)組D304。圖4-6濕度模塊如圖和圖所示，是濕度與設定值的比較模塊，當在自動模式下，把MD304的值與設定的濕度值進行比較,如果MD304的值<溫度設定的最低值，則M1.0得電。如果MD304的值大于等于溫度設定的最低值，則M1.1得電。5、土壤酸堿度模塊設計同樣的原理，先對土壤酸堿度進行一個檢測，然后當土壤酸堿度高于設定值時，系統(tǒng)則開啟報警模式，并且I0.2得電，系統(tǒng)水泵啟動控制藥物的灌溉，5、天氣檢測模塊設計同時本次設計中加入了天氣的檢測模塊，在自動模式下，當檢測到外部天氣為陰雨天氣時系統(tǒng)會自動打開遮陽簾。4.3上位機的設計隨著時代的發(fā)展，下位機也在不斷地更新，在實際操作中為了更加直觀的的監(jiān)控下位機的工作狀態(tài)，便出現(xiàn)了上位機，在本設計中上位機的設計使用WINCC來開發(fā)?？梢愿又庇^的觀察大棚的各個檢測數(shù)據(jù)，并且實時傳輸數(shù)據(jù)，可以通過按鈕的方式，修改下位機的參數(shù)，設定頻率，酸堿度等信息，為實際生產(chǎn)提供了便利。在本次設計中上位機主要設計主要包含了兩個界面，分別是登錄界面和操作界面，為了確保蔬菜大棚的使用權限，因此在登錄界面我們設置了用戶名和密碼，在輸入用戶名和密碼之后，可以進入到系統(tǒng)的操作界面。并且登陸界面還增加了注銷功能，用戶可根據(jù)需求自行注銷不需使用的賬號，確保了蔬菜大棚的安全性。隨后可進入操作界面，由于本設計的操作界面與plc主程序段中的FC105模塊進行了連接，因此可以實時監(jiān)控蔬菜大棚內的溫度、濕度、土壤酸堿度，下圖是登錄界面和操作界面。登錄界面圖4-9操作界面通過登錄界面驗證通過的用戶，可以進入操作界面對于當前的大棚進行控制，本設計的界面功能包括模式切換，水泵的啟停，大棚遮陽簾是否關閉，是否開始加藥等操作，大棚的狀態(tài)也會隨下位機檢測到的狀態(tài)進行改變。在輸入正確的賬號和秘密之后，就要對wincc和plc進行通信連接，如下圖所示首先打開wincc項目管理器里面的變量編輯器，然后在wincc項目中右擊鼠標，選中添加新的驅動程序，用于本設計采用的是西門子s7-300，因此在連接中選擇SIMATICS7ProtocolSuite圖wincc和plc的通信連接在winccc和plc建立好通信之后，就是連接參數(shù)的選擇，如下圖所示輸入正確的IP地址下圖是本設計中上位機變量的定義，定義變量的主要作用是用來存儲信息，方便計算機程序使用這些信息。圖4-8上位機變量的定義只有對程序設計中的每一個變量進行定義，才能接著設計下面的操作界面，一般plc程序的定義變量包括變量名稱、數(shù)據(jù)類型、地址、這三部分組成，通常情況下變量名稱是直觀的反應一個變量的主要作用，定義地址是這個程序的絕對地址，可用I(輸入變量)和Q（輸出變量）對過程映像進行尋址。下圖便是對報警信號的具體定義變量的操作。圖定義變量在建立好連接之后，便是對操作界面中的按鈕進行動畫的設置，按鈕的動畫設置如下圖所示。系統(tǒng)運行調試在完成了本設計的硬件選型，上位機的設計以及程序軟件設計后便要對設計的程序進行仿真調試，判斷程序的正確性，具體仿真步驟如下文所示5.1Plc的運行調試進入實驗室后，首先按照設計的外部接線圖把系統(tǒng)的硬件接線連接好，在確認無誤的情況下打開電源開關，燒入程序，由于實驗室的設備有限，因此在這里采用led燈模擬一下智能蔬菜大棚的的主要工作內容流程，下圖是在系統(tǒng)自動模式下的時候，依次使設備滿足相應的條件下，各部分組成的運動過程。圖系統(tǒng)仿真超限制運行當在自動模式下的時候，通過按電位器的方式依次使他的溫度、濕度、光照度、土壤酸堿度達到設定值，因此會依次點亮A、B、C、D三盞燈。由于本設計最重要的功能就是蔬菜大棚的灌溉，因此在實際設計中，出于安全性能的考慮，因此加入了一個報警信號燈，通過上位機我們可以觀測到土壤酸堿度檢測出來的ph值在5.2，不在圣女果合適的生長范圍內。而圖所示就是當檢測到土壤酸堿度高于設定值的時候在啟動水泵的同時，同時開啟報警燈，這樣的目的不僅可以使系統(tǒng)更加安全可靠的工作，并且可以提醒操作人員注意到蔬菜大棚的情況。報警燈和水泵同時工作一段時間后，當通過加藥物灌溉使得土壤酸堿度降低后這個信號報警燈關閉。同時關閉水泵。報警燈和水泵同時關閉總結與展望6.1總結本次智能蔬菜大棚的灌溉系統(tǒng)的設計主要核心為plc，在通過溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器、土壤酸堿度傳感器、等一系列設備測量出相應的實時當智能蔬菜大棚的環(huán)境。然后在傳輸?shù)絧lc內經(jīng)過邏輯運算后，通過上位機來控制一些輸出設備的啟動，實現(xiàn)智能化養(yǎng)殖蔬菜。起初在接觸到本系統(tǒng)的時候就遇到了許多的問題，例如對整體框架的不熟悉和在硬件選型方面，在本次設計中硬件選型部分尤其的重要，因為本次智能蔬菜大棚的設計主要解決的方面就是實現(xiàn)大棚內環(huán)境的理想化，因此首先要做的就是通過查閱資料了解到最適合圣女果生長的理想環(huán)境，然后根據(jù)這個范圍去選擇需要范圍內的最合適各類傳感器，并且學習所選的每一個硬件部分的內部接線，好在實際操作中能夠正確接線。最后在設計的調試與仿真那一部分，由于在開始階段沒有做足充分的準備，實際選用的模塊與實驗室里現(xiàn)有的模塊的不匹配，因此給調試程序的時候帶來了困難，導致通訊方面連通不暢，不過后來通過修改程序并且使用了一些輸入量的代替解決了這一問題。通過本次設計讓我學到了許多知識，正所謂有付出就會有回報，尤其是我們這種工科專業(yè)，更需要花費大量的時間去研究，去不斷地學習，對自己的程序不斷地理解才能做出最后的結果，因為在實際操作中總會出現(xiàn)很多模擬時沒有的問題，與此同時也會使我們的知識面變得更加的廣闊。在剛開始接觸到這個設計的時候，對軟件方面也并不是非常的熟悉，因此給編程帶來了許多困擾，使得進度一直無法前進，雖然在去年的課堂上學到了plc編程，但是對于完成本次設計還存在著困難，而且那會不怎么接觸wincc,因此也導致我后續(xù)在畫上位機界面的時候腦子里很空洞，不了解具體需要的內容，無法下手，后來經(jīng)過和老師的溝通，根據(jù)我的指導老師楊海萍給我提出了寶貴的意見，使我頓時找到了設計研究的總體方向，以及應該把著重點放在哪一部分。使得我對本設計有了一個大致的總體方案。6.2展望隨著現(xiàn)代化科技的不斷進步，國家把大量的精力投入到自動化產(chǎn)業(yè)的研究中，因此本次蔬菜大棚的設計在未來的發(fā)展中占有主要地位，該系統(tǒng)可以有效地提高傳統(tǒng)灌溉中帶來的浪費水資源和用水不得當反而降低蔬菜大棚內植物的存活率，大量的減少人力的投入，因此蔬菜大棚的灌溉設計有著非常美好的前景。經(jīng)過這幾個月對本設計的了解，對整體框架的構造，對軟件部分的設計使得設計一步步完成，經(jīng)過不斷的修改得出了最后的程序。在撰寫這次系統(tǒng)設計中讓我收獲頗多，也為我即將踏入社會做出了準備，在制作畢業(yè)設計這個漫長的過程中使我不僅把上學期所學內容與現(xiàn)有基礎進行融會貫通，而且在此之上有了更深一步的看法。由于時間的限制，本次智能蔬菜大棚的設計還是有許多方面需要改進，讓他更加的智能化，能夠盡快的投入市場。俗話說民以食為天，因此要是我國能在農(nóng)業(yè)上做到進一步的提升對我們的綜合國力影響也會有更深一步的進步，下面就是本次設計仍需改進的部分。在種植蔬菜的過程中，其中蚊蟲的因素會大大降低圣女果的產(chǎn)量，因此后續(xù)設計中能夠加入驅蟲設置也是本設計質的飛躍。其次就是本設計中要是能加入手機app的控制，會使得蔬菜大棚操作更加方便，同時也防御了很多突發(fā)情況。系統(tǒng)加入自動播種模式和自動收割模式，當檢測到蔬菜成熟之后，系統(tǒng)就會自動收割蔬菜，實現(xiàn)真正意義上的蔬菜大棚智能化、無人化。這樣在播種和成熟的時候也會為人們帶來很大的便利。

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