【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溫效果比掛在室外差；屋面流水降溫法采用時(shí)須考慮安裝成本，清除玻璃表面的水垢污染問題；蒸發(fā)冷卻法使空氣先經(jīng)過水的蒸發(fā)冷卻降溫后再送入室內(nèi)，達(dá)到降溫目的。蒸發(fā)冷卻法有濕簾 — 風(fēng)機(jī)降溫法、細(xì)霧降溫法、屋頂噴霧法。 第二章 研究方案的設(shè)計(jì) 水利電力學(xué)院 5 3. 保溫 保溫包括減少貫流放熱量和通風(fēng)換氣量、增大溫 保比、增大地表熱流量。減少貫流放熱和通風(fēng)換氣量包括減少向溫室內(nèi)表表面的對(duì)流傳熱核輻射傳熱、減少覆蓋材料自身的熱傳導(dǎo)散熱、減少溫室外表面向大氣的對(duì)流和輻射傳熱、減少覆蓋面的漏風(fēng)而引起的換氣傳熱；增大保溫比是適當(dāng)?shù)臏p低溫室的高度，縮小夜間保護(hù)設(shè)施的散熱面積，有利提高溫室內(nèi)晝夜的氣溫和低溫：增大地表熱流量可以采用增大保護(hù)設(shè)施的透光率，且經(jīng)常保持覆蓋材料干潔，以及設(shè)置防寒溝，防止地中熱量橫向流出。 4. 本系統(tǒng)的控制方案 本系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)由溫度傳感器檢測(cè)溫室內(nèi)溫度，根據(jù)室外天氣狀況和室內(nèi)溫度，并與設(shè)定值比較，決定升、降 溫措施和啟動(dòng)控制裝置。 冬季加溫根據(jù)溫差的大小，決定暖風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間，溫差越大，開啟時(shí)間越長(zhǎng)。 夏季降溫控制采用有級(jí)控制，即保證實(shí)施了第一級(jí)的控制措施仍達(dá)不到調(diào)控要求時(shí)才啟動(dòng)高一級(jí)的控制措施。降溫控制等級(jí)從低到高是：天窗、側(cè)窗的開啟，自然通風(fēng)降溫；強(qiáng)制通風(fēng)換氣降溫；遮陽(yáng)網(wǎng)張開 (晴天時(shí)遮陽(yáng)網(wǎng)張開優(yōu)先于強(qiáng)制通風(fēng)換氣 )；濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)降溫。 濕度的調(diào)解與控制 1．溫室濕度環(huán)境條件 溫室空氣濕度較大，絕對(duì)濕度與相對(duì)濕度一般均大于露地?？諝鉂穸却?，會(huì)減少作物蒸騰量，作物不易缺水，有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育，但空 氣濕度過大，則會(huì)使作物的莖葉生長(zhǎng)過旺，造成瘋長(zhǎng)，影響作物的開花結(jié)果。此外，濕度過高還易促成病蟲害的發(fā)生，并可能發(fā)生某些生理障礙：而過低的濕度將使作物受到水分脅迫而使生長(zhǎng)受阻。溫室內(nèi)相對(duì)濕度的條件因季節(jié)、作物種類有所不同，一般在 50％～ 85％為宜。溫室內(nèi)空氣濕度受天氣、通風(fēng)換氣、采暖及作物蒸騰作用的影響。陰天溫室內(nèi)空氣相對(duì)濕度一般在 90％以上。晴天，夜間溫室處于密閉狀態(tài)，濕度較高，甚至?xí)l(fā)生結(jié)霧現(xiàn)象；而到了白天，由于溫度升高，結(jié)霧消散，空氣相對(duì)濕度下降。經(jīng)常發(fā)生這樣的現(xiàn)象，會(huì)給作物帶來危害，因此需要對(duì)濕度進(jìn)行 調(diào)節(jié)和控制：濕度控制一般包括低溫、陰雨季節(jié)的除濕和高溫晴朗天氣的加濕。 2．溫室濕度特點(diǎn) 溫室濕度的特點(diǎn)有：室內(nèi)濕度通常較高，受季節(jié)和晝夜影響大；不同的作物對(duì)濕度的要求不同；相同作物在不同的生長(zhǎng)期對(duì)濕度也有不同的要求；反過來，作物的生長(zhǎng)對(duì)濕度也有很大影響，作物通過蒸騰作用可以釋放大量的水蒸氣。 3．除濕控制 除濕一般是通過天窗、側(cè)窗和卷簾的開啟進(jìn)行自然通風(fēng)來實(shí)現(xiàn)的，也可以通過軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)來增強(qiáng)這種效果；另外，也可以采用化學(xué)方法除濕，除濕效果較好，但成本極高，采用的比較少。 4．加濕控制 在高溫晴朗的天氣，達(dá)不到作物的生長(zhǎng)需求的濕度條件時(shí)要求增加室內(nèi)空氣的濕度，加濕常用畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 水利電力學(xué)院 的方法有：噴霧加濕與濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)加濕等。 5．本系統(tǒng)濕度控制方案 本系統(tǒng)濕度控制系統(tǒng)由溫度傳感器檢測(cè)溫室內(nèi)溫度，并與設(shè)定值比較，決定啟動(dòng)加、除濕控制裝置。 因?yàn)闈穸瓤刂婆c溫度控制具有一定的耦合性，如加熱措施可能會(huì)引起濕度的下降，而增濕措施可能會(huì)引起溫度的下降，因而在溫室控制中要綜合考慮這些耦合性，也就是當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)環(huán)境因子需要調(diào)控時(shí)盡量使用那些對(duì)該環(huán)境參數(shù)影響最大而對(duì)其他環(huán)境參數(shù)影響較小的調(diào)控方案，例如夏季光照較強(qiáng)，而濕度滿足要求時(shí)候，因?yàn)檎陉?yáng)網(wǎng)的張開對(duì)濕度的影響相對(duì)較小，故只需張開內(nèi)或外遮陽(yáng)網(wǎng)遮陽(yáng)；或者當(dāng)兩個(gè)環(huán)境因子同時(shí)需要調(diào)控時(shí)，盡可能地選用能同時(shí)調(diào)節(jié)這些環(huán)境參數(shù)的調(diào)控方案，例如在冬季溫室環(huán)境控制中，在溫度過低、濕度過大的情況下，可以采用熱風(fēng)機(jī)加溫，一方面溫 度上升，另一方面濕度下降，由于冬季保溫是最重要的，因而不考慮采用強(qiáng)制通風(fēng)這類除濕手段；再如在夏季高溫和濕度較低的情況下，通常啟動(dòng)內(nèi)噴淋及其組合措施，這樣既能降低溫度也能提高濕度。 二氧化碳的調(diào)解與控制 二氧化碳是影響植物進(jìn)行光合作用的重要因子，如果不足會(huì)成為影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的限制因素。充足的二氧化碳對(duì)于溫室內(nèi)作物的影響為：提高幼苗素質(zhì)；促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，顯著增產(chǎn)；改善產(chǎn)品品質(zhì)；抑制或減輕病害發(fā)生。 大氣中二氧化碳平均濃度一般為 %，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 通過二氧化碳發(fā)生器燃燒液化石油氣、丙烷氣、天然氣、白煤油等產(chǎn)生二氧化碳。當(dāng)前歐美國(guó)家的設(shè)施栽培以采用燃燒天然氣增施二氧化碳較普遍，而日本較多地采用燃燒白煤油增施二氧化碳。 2. 化學(xué)反應(yīng)法 即用酸和碳酸鹽類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳。目前較多采用稀硫酸和碳酸氫銨，在簡(jiǎn)易的氣肥發(fā)生裝置內(nèi)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，通過管道將其施 放于設(shè)施內(nèi)。該法成本較低，二氧化碳濃度容易控制，目前在我國(guó)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 將顆粒有機(jī)生物氣肥按一定間距均勻施入植株行間，施入深度為 3cm，保持穴位土壤有一定水分，使其相對(duì)濕度在 80%左右，利用土壤微生物發(fā)酵產(chǎn)生二氧化碳。該法無(wú)需二氧化碳發(fā)生裝置，使用較為簡(jiǎn)便。 4. 本系統(tǒng)二氧化碳控制方案 本系統(tǒng)施肥控制方案：出于控制的需要，本系統(tǒng)采用的是鋼瓶裝的液態(tài)二氧化碳?xì)庠?，用繼電第二章 研究方案的設(shè)計(jì) 水利電力學(xué)院 7 器的啟閉和控制時(shí)間來實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳釋放量的控制。 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 當(dāng)前，隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，高產(chǎn)高效的設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。從單個(gè)的簡(jiǎn)易日光溫室，發(fā)展到大型連棟溫室，生產(chǎn)規(guī)模越來越大，特別是近年來一些地方大規(guī)模興建日光溫室生產(chǎn)基地，實(shí)現(xiàn)了溫室生產(chǎn)的集約化、工廠化。溫室在結(jié)構(gòu)上是一個(gè)半封閉的系統(tǒng)，溫室內(nèi)部受溫室結(jié)構(gòu)的制約和影響形成了不同于外界環(huán)境的所謂的“溫室小氣候”，主要包括室內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳等要素。溫室結(jié)構(gòu)的半封閉性又決定了溫室與外界的物質(zhì)與能量交換，又會(huì)引起溫室小氣候環(huán)境的變化，這種變化在一定程度上又會(huì)影響作物的生長(zhǎng)。因而本論文設(shè)計(jì)的溫室環(huán)境 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳濃度等因子的監(jiān)測(cè)和控制。 系統(tǒng)組成框圖 本設(shè)計(jì)是以 AT89S52基本系統(tǒng)為核心的一套檢測(cè)系統(tǒng)，其中包括 A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、鍵盤及顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要由溫室內(nèi)外環(huán)境自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)，人機(jī)對(duì)話接口和通訊接口四個(gè)部分組成。系統(tǒng)總體方框圖如圖 21所示。 圖 21 溫室大棚控制系統(tǒng)主框圖 本文通過以上對(duì)大棚蔬菜中的參量及其相互關(guān)系的分析研究，筆者對(duì)系統(tǒng)總體方案進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，采用 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89552單片機(jī)、 AD公司生產(chǎn)的 AD590集成溫度傳感器、電容式濕度傳感器 HS1101，美國(guó)生產(chǎn)的紅外 CO2傳感器 6004。單片機(jī)通過 ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器和 TLC2543傳感器 把從傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。而對(duì)濕度傳感器 HS1101的信號(hào)處理完之后的信號(hào)為脈沖信號(hào)，針對(duì)濕度的變化，脈沖的寬度會(huì)發(fā)生變化，所以可以直接把 HS1101處理完之后的信號(hào)送到單片機(jī)的溫度傳感器 CO2 傳感器 調(diào)節(jié)放大電 路 單片機(jī) AT89S52 鍵盤 顯示模塊 報(bào)警器 功率放大 電熱絲 風(fēng)扇 電磁閥 濕度傳感器 調(diào)節(jié)放大電 路 二氧化碳容器 A/D 轉(zhuǎn)換 畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 水利電力學(xué)院 外部中斷口 0(INTO)，來實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)寬度的測(cè)量。顯示部分由比較廉價(jià)的 LED數(shù)碼管對(duì)溫度、濕度、二氧化碳濃度進(jìn)行分時(shí)顯。 當(dāng)溫濕度，或者二氧化碳中任何一個(gè)量低于或者高于期望的范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)控制自動(dòng)報(bào)警。本設(shè)計(jì)采用的是聲光報(bào)警，聲光報(bào)警主要是控制蜂鳴器的發(fā)聲頻率和控制指示燈，使其在指定的區(qū)域一亮一滅，從而達(dá)到報(bào)警的目的。由于本系統(tǒng)所控制的溫度、濕度以及二氧化碳濃度都是大慣量環(huán)節(jié)，大棚容量大，而控制精度要求相對(duì)不高，所以用常規(guī)的乒乓控制方法即可滿足控制要求。具體的控制過程是：濕度低于某一值即打開滴灌電磁閥進(jìn)行噴水，當(dāng)濕度在期望值的范圍內(nèi)即關(guān)閉電磁閥 。當(dāng)溫度高于期望的上限或濕度高于期望值上限時(shí)，單片機(jī)控制風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)；當(dāng)溫度低于期望 值下限時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)加熱器進(jìn)行加熱；當(dāng)二氧化碳的濃度低于要求的下限時(shí)，單片機(jī)控制二氧化碳容器排放適量的二氧化碳；當(dāng)二氧化碳的濃度高于指定的上限時(shí)，單片機(jī)控制電磁閥打開天窗或者側(cè)窗。這里采用光電隔離器主要是排除外界的干擾。具體的系統(tǒng)框圖如圖 22所示： 33PF 33PF 圖 22 溫濕度、二氧化碳測(cè)控原理圖 RXT TXT T0 INTO AT89S52 RST XTAL2 XTAL1 P2 溫度傳感器 多路開關(guān) 采樣保持器 A/D轉(zhuǎn)換電路 CO2 傳感器 濕度傳感器 多路開關(guān) 采樣保持器 復(fù)位電路 RS232 上位計(jì)算機(jī) 光耦 驅(qū)動(dòng) 風(fēng)扇 光耦 驅(qū)動(dòng) 加熱器 光耦 電磁閥 噴水 光耦 電磁閥 CO2 容器 鍵盤顯示 聲光報(bào)警 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 水利電力學(xué)院 9 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 大棚內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳含量檢測(cè)屬監(jiān)控系統(tǒng)范疇，近年來，由于傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，使監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。因此，溫濕度、二氧化碳含量檢測(cè)技術(shù)的研究在軟、硬件等方面都有了一定的進(jìn)展。 本部分是大棚檢測(cè)和控制系統(tǒng)的核心部分，主要涉及微控制器及其外圍接口電路，包括信號(hào)的輸入，輸出通道及系統(tǒng)鍵盤顯示電路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路等。本章將針對(duì)溫室大棚中的溫度、濕度，以及二氧化碳含量的檢測(cè)與控制進(jìn)行深入的研究。 微控制器概述及其最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積龐大。微控制器 (單片機(jī) )就是在這種情況下誕生的。微控制器，亦稱單片機(jī)或者單片微型計(jì)算機(jī)。它是把中央處理器 (CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)、只讀存儲(chǔ)器 (ROM)、輸入 /輸出端口 (1/0) 等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì)的，在智能控制系統(tǒng)中，微控制器得到了廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)目前己被廣泛地應(yīng)用于家電、醫(yī)療、儀器儀表、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域。市場(chǎng)上比較流行的單片機(jī)種類主要有 Intel公司、 Atmel公司和 Philip公司的 8051系列單片機(jī)， Motorola公司的 M6800系列單片機(jī)， Intel公司的 MCS96系列單片機(jī)以及 Microchip公司的 PIC系列單片機(jī)等。各個(gè)系列的單片機(jī)各有所長(zhǎng)，在處理速度、穩(wěn)定性、 1/0能力、功耗、功能、價(jià)格等方面各有優(yōu)劣。這些種類繁多的單片機(jī)家族，給我們單片機(jī)的選擇也提供了很大的余地。本文選用 Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52作為 CPU。 AT89S52是一種低功耗、低價(jià)格，高性能 8位微控制器。 AT89S52 單片機(jī)的特點(diǎn) AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 八位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器，使用 ATMEL 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許 ROM在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使其為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活的解決方案。 主要特點(diǎn)有： （ 1）與 MCS51 單片機(jī)兼容； （ 2） 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器； （ 3） 1000 次擦寫周期； （ 4）全靜態(tài)操作： 0Hz— 33MHz； 畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 水利電力學(xué)院 （ 5）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器； （ 6） 32 個(gè)可編程