温室温湿度自动控制系统

《温室温湿度自动控制系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、温室温湿度自动控制系统第一章绪论1.1引言随着国民经济的飞速发展，低技术、低附加值的农业产品以无法满足人们日益增长的丰富的物质需求，面对竞争激烈的市场形势，粗放型农业以不适合社会的发展，必须改变农业粗放型的增长方式，走农业工业化、技术化和现代化的发展道路才能提高产品竞争力。农业生产过程与自然环境关系密切，农产品的生产受地域、气候和环境等诸多自然因素的影响和制约，为了摆脱这种影响，应大力发展温室农业。随着科学技术水平的进步，温室生产已经不再是简单的挡风遮雨和提高温度，利用新技术、新材料和新能源可以对温室内各种环境因子进行监测和控制，甚至完全摆脱自然环境的束缚

2、，人为地创造适宜作物生长的最佳环境，生产出高品质、高质量的农产品[1-3]。1.2研究的目的和意义温室环境控制是一门复杂的综合性技术，它是集当代农业生物学、环境科学、电子技术、计算机控制与管理科学等多门学科于一体的综合技术。任何一种作物的生长、开花、结果都需要相应特定的环境条件，具有区域性和季节性，这是长期自然选择的结果。不同种类的作物生长需要不同的环境条件。温室智能环境控制主要是对温室环境因子进行综合的调节和控制，就是对温室中的温度、湿度、光照、CO2浓度等环境因子调节控制，为不同作物的生长、繁育提供适宜的环境，使作物与环境得到较好的统一[4]。目前，常

3、用的温室环境控制器主要有单片机，工控机，PLC[5]。以单片机为核心的控制系统，通常以MSC51系列单片机为基础，采用8位CPU,系统中的数据采集，算法实现，设备控制都由单片机完成。该类控制方式的优点是能够全局管理，开发周期短，操作简单、价格低廉，缺点是布线复杂，可靠性差，稳定性低、元件易损坏且输入/输出信号通常为模拟量或开关量，自动化程度较低。由于温室环境高温高湿，不利于单片机的长期稳定工作，单片机发生故障会导致整个监控系统瘫痪，影响农业生产。以工控机为核心的控制系统能对温室中的各种参数和变量进行有效控制。工控机结合模拟量采集卡，数字量采集卡以及其他输入

4、输出模块共同完成温室环境的监测与控制。工控机控制系统的优点是稳定性高，抗干扰能力强，能够适应温室中的农业生产环境，缺点是工控机价格昂贵，不适合推广应用。常用于温室控制的控制算法有PID控制，模糊控制，神经网络，遗传算法等几种控制方法[6]。PID算法通过计算偏差的比例、积分、微分调整输出量完成控制，通常算法中的比例环节能够提高系统的快速性，比例环节通过比例系数调整系统偏差，由于成倍数的放大偏差，输出修正，所以能够成倍数的修正偏差，使系统快速达到目标值。比例作用的大小取决于比例系数，比例系数越大，比例作用就会越强，输出的修正幅度也会越大，但是过大的修正幅度会

5、使系统超调量增大，严重时会导致系统不稳定。积分环节通过不断的对偏差积分，不断的修正输出，直至偏差为零，因此积分作用能够有效提高精度，加强系统对参数变化的适应能力，积分环节通过改变积分时间常数的大小调整积分作用的输出结果，积分时间常数越小，积分环节对输出结果的修正能力就会越强，但是过度的修正，会导致系统时而正向输出，时而负向输出，引起震荡，导致系统严重不稳定。微分的作用能够描述系统变量的变化率，所以将系统偏差微分，可以获得偏差变化的“加速度”进而可以提前对偏差进行修正。因此，微分环节能够提高系统对动态过程的预知能力，克服惯性环节的影响，减小偏差变化，减小修正

6、时间。微分环节的修正能力取决于微分时间常数，微分时间常数越大，对偏差的修正作用就会越大，同样，过度的加强修正作用，会导致系统不稳定。因此整定PID参数的时候，要在积分和比例、微分之间形成一种平衡[7]。模糊控制以模糊数学为理论基础首先，通过一定的方式将明确的信息模糊化从而获取信息，然后，按照一定规则处理信息，最后将模糊的信息数字化进而输出信息。它是一种范围控制，类似人工手动控制，人工控制主要凭经验参与控制，对控制对象只需大概了解不需要准确的控制模型。人工手动控制是一种由人作为控制器的控制系统是典型的智能控制系统，其中包含了人的高级智能活动。在生产活动中人作

7、为控制器观测被控对象的输出，然后根据观测结果，通过大脑作出决策，最后手动调整输入。就这样不断的执行：观测，决策，执行，达到期望的输出。这实际是一个过程变化到控制行动之间的映射关系，这个映射是通过人的决策来实现的。人在决策中并不是通过精确的计算来实现决策，而是依靠定性或模糊知识[8-10]实现的。本课题以设计一套温室智能监控系统为目的。其设计以PLC为控制核心，结合环境传感器、执行机构、定点摄像头以及上位机监控软件对温室环境综合调控，以达到作物生长需求。该系统应用于小型温室中通过传感器实时监测温室内的空气温度、空气湿度、土壤水分值等环境参数进而对温室内环境或

8、人为的或自动的进行调控，使温室内环境能够更好的适应作物生长。并且以