【文章內(nèi)容簡介】 采用電極加濕器或澆蒸加濕器實(shí)現(xiàn)。（2）去濕，在溫室中去濕常用以下三種方式：加熱控制法、吸附法化學(xué)除濕器、排濕換氣。在濕度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，溫室內(nèi)的加濕和去濕則由溫室內(nèi)的調(diào)節(jié)部件完成，這些部件有天窗、側(cè)窗、濕簾、風(fēng)機(jī)等。 溫度、濕度之間的耦合溫度與濕度之間有一定的耦合關(guān)系，對一個(gè)因子的控制常會帶來另一個(gè)因子的變化。在冬季溫室環(huán)境控制中，默認(rèn)為溫度控制優(yōu)先的原則，在溫度條件滿足后，再來滿足濕度條件。如溫度過低、濕度過大的情況下，以加溫為主導(dǎo)，只有當(dāng)溫度上升到一定值后，才能通風(fēng)降濕，另一方面，溫度提高本身可以使相對濕度降低。在夏季降溫加濕的過程中，采用以濕度優(yōu)先的原則。當(dāng)濕度過小時(shí)，開啟蒸發(fā)降溫加濕裝置。而當(dāng)溫度過高需要啟動蒸發(fā)降溫執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，必須先檢測室內(nèi)的相對濕度，只有濕度低于某一設(shè)定范圍時(shí)，才能啟動蒸發(fā)裝置。 光照的調(diào)節(jié)與控制在溫室內(nèi)光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)中通常選用改變溫室大棚的硬件環(huán)境方法，人工調(diào)節(jié)大棚外部設(shè)施的方法來改變溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度。調(diào)節(jié)方法一般有以下四種：（1）改善設(shè)施的透光率；（2）應(yīng)用反光幕；（3）人工補(bǔ)光；（4）遮光。 二氧化碳含量的調(diào)節(jié)與控制%，變幅較小。在冬春設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，為了保溫，設(shè)施經(jīng)常處于密閉狀態(tài)，缺少內(nèi)外氣體交換，二氧化碳濃度變幅較大，中午設(shè)施內(nèi)由于光合作用，二氧化碳濃度下降，接近甚至低于補(bǔ)償點(diǎn)，二氧化碳處于虧缺狀態(tài)應(yīng)當(dāng)及時(shí)的補(bǔ)充二氧化碳。補(bǔ)充二氧化碳的方法很多，常用的主要有三種：（1）燃燒法；（2）化學(xué)反應(yīng)法（目前在我國的設(shè)施栽培中運(yùn)用較多）；（3）施用顆粒有機(jī)生物氣肥法。 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)根據(jù)作物生長所需要的環(huán)境模型制定環(huán)境設(shè)施輸出方案是溫室環(huán)境控制的關(guān)鍵技術(shù)。為避免控制方案過于復(fù)雜，本設(shè)計(jì)選擇最重要的環(huán)境因子如溫室內(nèi)空氣溫度、濕度、光照、CO2濃度作為基本的監(jiān)測和控制項(xiàng)目,針對日光溫室自身特點(diǎn)，制訂如圖21所示的控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案。圖21 智能溫室綜合控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)主要由三部分組成: 由上位機(jī)、PLC、數(shù)據(jù)采集單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。各傳感器對溫室內(nèi)溫度、濕度等參數(shù)實(shí)時(shí)檢測，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后送入單片機(jī)，完成數(shù)據(jù)采集。 采用PLC為核心控制器，PC機(jī)與組態(tài)軟件作為監(jiān)控模塊，兩者通過串口進(jìn)行通信來控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，實(shí)現(xiàn)了過程的智能化、人性化。其突出特點(diǎn)是：單片機(jī)價(jià)格低廉，PLC編程靈活，PC機(jī)存儲空間大，因此，具有相當(dāng)高的性價(jià)比。而且，PLC有各種組態(tài)模塊功能，通過先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多臺PLC、多個(gè)溫室的網(wǎng)絡(luò)化分布式控制，特別適合上、下位機(jī)結(jié)合的大型連棟溫室集群控制。其上位機(jī)的功能有：介入互聯(lián)網(wǎng)、PLC采集數(shù)據(jù)上傳的管理、設(shè)定點(diǎn)的下載、控制算法的優(yōu)化與生成等。其缺點(diǎn)是投資較大,一般農(nóng)業(yè)用戶難以接受。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳感器系統(tǒng)的主要功能是將傳感器采樣得到的模擬信號轉(zhuǎn)換成溫室現(xiàn)場控制器所需要的信號。溫室環(huán)境參數(shù)的檢測中，傳感器位于作物需要檢測的位置，一般通過雙絞線將檢測的信號傳輸?shù)綔厥铱刂破鲀?nèi)?？紤]到傳輸距離的問題，本文設(shè)計(jì)中將系統(tǒng)的輸出電流都控制在010mA，從而減小傳輸過程中的干擾，保證采樣值的準(zhǔn)確性與可靠性。對傳感器型號的選用應(yīng)該首先考慮使用方便，變換電路簡單等特點(diǎn)?，F(xiàn)存的傳感器類型很多，根據(jù)對傳感器的應(yīng)用分析，AD590是應(yīng)用較普遍的一類傳感器。溫度傳感器AD590是電流輸出型溫度傳感器，以電流輸出量作為溫度指示，其電流溫度靈敏度為1μA/K。它的輸出電流精確地正比于絕對溫度，可以作為精確測溫元件。AD590只需要一個(gè)電源(+4V～+30V)，即可實(shí)現(xiàn)溫度到電流源的轉(zhuǎn)換，使用方便。AD590的校準(zhǔn)精度可達(dá)177。℃，當(dāng)其在常溫區(qū)范圍內(nèi)校正后，測量精度可達(dá)177?！妗Ｗ鳛橐环N正比于溫度的高阻電流源，它克服了電壓輸出型溫度傳感器在長距離溫度遙測和遙控應(yīng)用中電壓信號損失和噪聲干擾問題，不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾，因此，除適用于多點(diǎn)溫度測量外，特別適用于遠(yuǎn)距離溫度測量和控制。因此，選用溫度AD590傳感器與可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。要想克服簡單電路的缺陷，就要使得增益調(diào)整和補(bǔ)償調(diào)整相互獨(dú)立。本文設(shè)計(jì)了具有獨(dú)立調(diào)節(jié)功能的測溫電路，具體如圖31所示。AD590的輸出電流I=（273+T）uA（T為攝氏溫度），因此測得電壓U01=（273+T）uA10KΩ=（273+T）102V。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R1，使U01=；或者在室溫（25 C）的條件下通過調(diào)節(jié)電位器R2，使電壓U02=，調(diào)整電位器R3，使U0=。這種調(diào)整的方法，可以保證在0℃或25℃附近有較高精度。圖31 溫度測量電路 圖32濕度測量電路2. 濕度傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)國內(nèi)市場上出現(xiàn)了不少國內(nèi)外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見。電容式濕度傳感器的動態(tài)范圍大，動態(tài)響應(yīng)快，幾乎沒有零漂，結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)?；谝陨显?，本設(shè)計(jì)選用電容式濕度傳感器HS1101電容式濕度傳感器HS1101，它是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，精度高達(dá)177。2％RH；極好的線性輸出；1～99％RH濕度量程；40～100℃的溫度工作范圍，響應(yīng)時(shí)間5秒；濕度輸出受溫度影響極小，防腐蝕性氣體；常溫使用無需溫度補(bǔ)償，無需校準(zhǔn)；％RH；典型值180pf@55%RH；長期穩(wěn)定性及可靠性；％RH/年。電容式濕敏元件，具有最突出的優(yōu)點(diǎn)是長期穩(wěn)定性極強(qiáng)，通過嚴(yán)格的工藝制作，制成的儀表和傳感器產(chǎn)品可以達(dá)到較高的精度。將HS1101接入555定時(shí)器組成的振蕩器電路中，輸出一定頻率的方波信號。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，因此被廣泛使用。具體的測量電路如圖32所示：本文選用的是NE556芯片，它內(nèi)部含有兩個(gè)NE555定時(shí)器。其中R R C C2和NE556構(gòu)成多諧振蕩器，外接電阻R R 2與濕敏電容C1構(gòu)成了對電容C1的充電回路，7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對C1的放電回路，并將引腳6端相連引入到片內(nèi)比較器。該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源UCC通過R R 2向C2充電，經(jīng)t1充電時(shí)間后，UC2充至芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約2/3UCC，此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R2放電，經(jīng)t2放電時(shí)間后，UC2下降到比較器的低觸發(fā)電平，約1/3UCC，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平躍升為高電平。如此翻來覆去，形成方波輸出。根據(jù)溫室內(nèi)作物對光照強(qiáng)度的要求，光照傳感器應(yīng)該反應(yīng)靈敏、精度高。本電路設(shè)計(jì)選用光照傳感器器件光敏三極管3DU33作為感光元器件。光照傳感器是利用光電子產(chǎn)生的電流來測量光照度的，通過放大電路的放大后輸出合適的電壓或電流信號。 4. 二氧化碳傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)在二氧化碳濃度測量上采用響應(yīng)速度快、測量精度高、技術(shù)成熟的紅外二氧化碳?xì)怏w傳感器6004，并配合了一系列有效的補(bǔ)償措施。為了增加系統(tǒng)的通用性、靈活性，本系統(tǒng)硬、軟件都采用了模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用場合不同而選用不同的配置。該系統(tǒng)可廣泛地應(yīng)用于諸如溫室大棚、蔬菜儲藏以及其它農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域，并且由于系統(tǒng)的靈活性和模塊化，可以方便地滿足其它場合的需要。 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集是整個(gè)控制與管理系統(tǒng)的重要組成部分，要達(dá)到對環(huán)境和設(shè)備進(jìn)行控制，必須要對環(huán)境和設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，經(jīng)過分析決策，然后實(shí)施控制行為。本模塊采用AT89C51單片機(jī)作為控制核心，通過各傳感器對溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、CO2濃度等參數(shù)實(shí)時(shí)檢測，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集處理電路如圖33所示。數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換由8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809來完成。ADC0809內(nèi)部具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)，外接8路模擬輸入端，可同時(shí)對8路0~5V的輸入模擬電壓信號分時(shí)進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換。ADC0809與AT89C51單片機(jī)的接口見圖2，ADC0809的8位數(shù)據(jù)輸出引腳直接與數(shù)據(jù)總線相連，地址譯碼引腳A、B、C分別與74LS373的Q0、QQ2相連，以選通INO~IN7中的一個(gè)通道, INO~IN7的通道地址為EFF8HEFFFH。，在啟動A/D轉(zhuǎn)換時(shí)。由于ALE與START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)也啟動轉(zhuǎn)換，在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。圖33 數(shù)據(jù)采集處理電路 圖34 顯示/報(bào)警電路 顯示/報(bào)警電路為直觀顯示當(dāng)前狀態(tài)或最終結(jié)果，本系統(tǒng)選用TC1602型LCD液晶顯示器，液晶屏顯示模塊與數(shù)碼管相比，它顯得更為專業(yè)、漂亮。TC1602型LCD是一種用57點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，顯示的容量為2行16個(gè)字。同時(shí)，為了在某些緊急狀態(tài)或反常狀態(tài)下，能使操作人員不致忽視，以便及時(shí)