【導(dǎo)讀】設(shè)施農(nóng)業(yè)是借助溫室及其配套裝置來調(diào)節(jié)和控制作物生產(chǎn)環(huán)境條件的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方。式，它是一種高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)和技術(shù)密集型的農(nóng)業(yè)。傳感、調(diào)節(jié)，都由計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合管理，實(shí)行自動(dòng)控制。除溫度對(duì)生物生長的限制。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫度計(jì)，通過讀取溫度。對(duì)大棚進(jìn)行降溫處理，如果溫度過低，就對(duì)大棚進(jìn)行升溫。僅僅依靠人工操作來調(diào)節(jié)，不。僅浪費(fèi)人力資源，而且難以達(dá)到預(yù)期的控制質(zhì)量和精度，控制不當(dāng)甚至?xí)斐蓳p失。用，午后光合轉(zhuǎn)弱應(yīng)充分喚氣，使溫度降至25℃～20℃，以減少呼吸消耗。在20℃～30℃左右，持續(xù)8小時(shí)長勢(shì)最好，小時(shí)長勢(shì)減弱，少于5小時(shí)則生長不良；夜間地溫也在適溫以下，則幼苗生理損傷更為嚴(yán)重。LabVIEW虛擬儀器部分主要是對(duì)大棚。內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警，以及對(duì)某些具特殊情況發(fā)出控制信號(hào)，使其符合實(shí)際要求。因此，SHT11可廣泛應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理、生產(chǎn)制造、SHT11對(duì)大棚內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，由于其自身

　　

【正文】 的三項(xiàng)灌溉參數(shù)時(shí) ,可根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn) ,采用模糊化方法。故本系統(tǒng)采用了模糊控制策略 ,也適應(yīng)棚主的工作經(jīng)驗(yàn) ,且可以節(jié)省能源。本系統(tǒng)在控制各參數(shù)時(shí) ,都是通過調(diào)整三個(gè)同樣的爐、泵來達(dá)到目的的。這樣不僅有效而且更安全可靠。因?yàn)橛脝我粻t、泵控制時(shí) ,若發(fā)生故障 ,易造成影響收成的損失 ,而本控制方式大大降低了這種可能性。為了使控制更確切可靠 ,本系統(tǒng)采用二維模糊控制。模糊控制器的輸入為偏差和偏差變化率兩個(gè)變量 [20]。溫度模糊控制器的偏差隸屬 度函數(shù)圖形采用三角形 ,給出相應(yīng)的隸屬度值如表 41。 同樣溫度偏差變化率隸屬度函數(shù)圖形及輸出控制量也采用三角形 ,相應(yīng)的隸屬度函數(shù)值不詳細(xì)列出了?？刂埔?guī)則如表 42。 根據(jù)控制規(guī)則及隸屬度函數(shù) ,最終推導(dǎo)出的大棚內(nèi)溫度模糊控制查詢表如表 43。根據(jù)棚主的經(jīng)驗(yàn) ,棚內(nèi)三項(xiàng)灌溉參數(shù)的模糊控制規(guī)則很相象 [21]。這樣 ,本系統(tǒng)為了簡(jiǎn)化編程 ,易于控制 ,使三組開關(guān)量輸出通道采用了同樣的模糊規(guī)則 ,最終的模糊控制查詢表如表 43。 32 表 41 溫度偏差隸屬度函數(shù)值 Function value of temperature bias degree of membership E PB PM PS Z0 NS NM NB 3 2 1 0 1 2 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 表 42 控制規(guī)則 Control rules EC PB PM PS ZO NS NM NB B PS ZO NS NB PB PB PB PB PB PM PM PM PM PS PM PS PS ZO ZO PS ZO ZO ZO NS ZO ZO NS NS NM NS NM NM NM NM NB NB NB NB NB 表 43 模糊控制查詢規(guī)則 Fuzzy controlling inquiry rules EC 3 2 1 0 +1 +2 +3 3 2 1 0 +1 +2 +3 3 2 3 3 3 2 3 2 2 2 2 2 1 1 2 2 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 +1 0 +1 0 +1 +1 +1 +2 +1 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +3 +2 +3 +3 +3 +3 +3 33 實(shí)例介紹 表 44 溫度調(diào)節(jié)數(shù)據(jù) The datas of temperature regulate 時(shí)間 當(dāng)前溫度 目標(biāo)溫度 爐 1 爐 2 爐 3 9:00 9:20 9:40 10:00 33 33 33 33 開 開 開 開 關(guān) 開 開 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 表 45 土壤濕度采集數(shù)據(jù) The datas of soil humidity level 時(shí)間 當(dāng)前濕度 目標(biāo)濕度 泵 1 泵 2 泵 3 9:00 9:20 9:40 10:00 28. 5% 29. 2% 31. 7% 31. 4% 30% 30% 30% 30% 開 開 開 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 蔬菜大棚 溫 濕 度控制 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng) 電路設(shè)計(jì) 當(dāng)采樣到的濕度值低于設(shè)定 值時(shí)，通過口線 送一個(gè)高電平給繼電器，啟動(dòng)加濕裝置；反之，則通過口線 送一個(gè)高電平給另外的繼電器，啟動(dòng)去濕裝置 。該過程比較簡(jiǎn)單，下面介紹溫度控制。 表 46 空氣濕度采集數(shù)據(jù) The data of air humidity level 時(shí)間 當(dāng)前濕度 目標(biāo)濕度 泵 1 泵 2 泵 3 9:00 9:20 9:40 10:00 54. 6 63. 8 65. 8 66. 3 66 66 66 66 開 開 開 關(guān) 關(guān) 開 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 溫度控制包括升溫控制和降溫 控制。降溫控制比較簡(jiǎn)單，只需通過口線 送一個(gè)高電平給繼電器，來控制小電風(fēng)扇的運(yùn)行，達(dá)到降溫的目的。而升溫采 用可控硅調(diào)功方式。 34 其中，可控硅總是在正弦波電壓過零點(diǎn)觸發(fā)導(dǎo)通 ,電路如圖 41 所示。雙向可控硅和加熱絲串接在交流 220V、 50Hz 市電回路。在給定周期 T 內(nèi)，控制器只要改變可控硅的接通時(shí)間，便可改變加熱絲功率。 電壓比較器 LM311 用于把 50Hz 正弦交流電壓變成方波電壓。方波的正邊沿和負(fù)邊沿分別作為雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（ MC14528）的輸入觸發(fā)信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的兩個(gè)窄脈沖經(jīng)二極管或門 混合后就可得到對(duì)應(yīng)于交流 220V 市電的過零同步脈沖。此脈沖一方面作為可控硅的觸發(fā)同步脈沖加到溫度控制電路，另一方面還作為計(jì)數(shù)脈沖加到單片機(jī)的 T0 和 T1 端?？诰€ 引腳用于控制與非門，由軟件來控制，與非門的輸出經(jīng)過光耦產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)控制可控硅的導(dǎo)通和截至，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的調(diào)節(jié)。 +5v161335181215M C1 452 8C 2 u F142amp。C 1 +5v610P1 .4P3 .5P3 .4411L M3 11+~2 20V23+5v10K10K14M OC 302 1~2 20VT XD 108 0P加熱絲180 10K C 3 u F....R1R2R3R4R7R5 R6R810K 圖 41 可控硅調(diào)功式升溫電路 The warming circuit based on controlled silicon 35 5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 作為工程設(shè)計(jì)，我在開始著手設(shè)計(jì)時(shí)，就充 分考慮到了設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì) 可行性 和 技術(shù) 可靠性等因素。因此才選擇傳感器時(shí)，對(duì) 傳感器的結(jié)構(gòu)，作用 機(jī)理 以及使用環(huán)境等都進(jìn)行了 認(rèn)真 地比較 和分析。 SHT11 是一種比較新穎的傳感器。 第一，它對(duì)環(huán)境的影響不敏感，適合環(huán)境惡劣條件下進(jìn)行溫濕度的檢測(cè)。蔬菜大棚內(nèi)部環(huán)境溫度一般在 20℃～ 30℃左右，即使季節(jié)變化或天氣變化影響，其溫度也不會(huì)偏離太大，而其濕度一般也處于比較優(yōu)良的環(huán)境中，因此從環(huán)境角度來講，選擇 SHT11 傳感器可以使用較長時(shí)間，完全不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境惡劣而頻發(fā)更換傳感器 ；第二，將溫濕度檢測(cè)集于一身，節(jié)省了溫濕度的檢測(cè)元件以及附 加電路的投入，也就相應(yīng)地提高了檢測(cè)環(huán)節(jié)的抗干擾能力和穩(wěn)定性能 。第三 ， SHT11 將 溫濕度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、 A/D 轉(zhuǎn)換、 2IC總線接口全部集成于一 個(gè) 芯片 ，不需要再對(duì)單片機(jī)數(shù)模轉(zhuǎn)換的擴(kuò)展，節(jié)省了 數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換 元 件， 同時(shí) 它還 避免了 傳統(tǒng)意義模擬傳感器 反映延遲，控制精度不高的缺陷， 而且它的價(jià)格只有 88 元左右， 因此 SHT11 的性價(jià)比 很高 。另外，本系統(tǒng)的硬件部分 還有 單片機(jī)和 PC 機(jī)， 以及 溫濕度 控制的 執(zhí)行器件，如噴泵，滴泵等；軟件部分主要是 LabVIEW 軟件， 所有這些 設(shè)備的 初期 投 資 大約為 5000～ 7000 元左右 ，另外設(shè)計(jì)還 節(jié)省 了人力資源，所以說 本 設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)上是可行的。 另外，本設(shè)計(jì)的控制方案采用的模糊控制方法，設(shè)備間通訊采用的串口通信，這些理論都是比較成熟和完善的。設(shè)計(jì)完成后我又進(jìn)行了仔細(xì)的分析和糾正，并做了部分仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果證明，該方案在技術(shù)上也是可行的。 總的來說，本設(shè)計(jì)對(duì)經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可靠性等要求是 比較 符合的。 36 6 結(jié)論 本設(shè)計(jì)以 虛擬儀器 為開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合 LabVIEW 編程語言，由 SHT11 傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和模數(shù) 轉(zhuǎn)化處理，并通過 AT89C51 單片機(jī)實(shí)施對(duì) 蔬菜大棚內(nèi)的溫濕度的有效控制，構(gòu)成了完整的控制方案。 LabVIEW 作為 一個(gè)具有高度靈活性的開發(fā)系統(tǒng)， 在該設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)了它的優(yōu)越性，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用領(lǐng)域和開發(fā)要求選擇 LabVIEW 系統(tǒng)配置 ，可以根據(jù)實(shí)際的需求設(shè)計(jì)不同的虛擬儀器，大大節(jié)省了系統(tǒng)的硬件開 發(fā)； 另外， SHT11 作為系統(tǒng)的檢測(cè)元件，集溫 濕度的檢測(cè)與一體， 也減少了溫濕度檢測(cè)元件以及相應(yīng)的附加電路等。從硬件的角度來講，系統(tǒng)的 經(jīng)濟(jì)性非常符合實(shí)際。 最后通過對(duì)系統(tǒng)的仿真分析， 試驗(yàn) 結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求 和目標(biāo) ，可以應(yīng)用到 蔬菜大棚的 實(shí)際 溫濕度控制 當(dāng)中， 由于采用了 SHT11 數(shù)字傳感元件，其內(nèi)部直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理和數(shù)模轉(zhuǎn)化， 減少了使用模擬式傳感器時(shí)所需的信號(hào)調(diào)理電路以及校準(zhǔn)和標(biāo)定等過程， 因此 極大地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和響應(yīng)速度，本設(shè)計(jì)的不足之處 是由于溫濕度的控制慣性，可能造成開關(guān)器件的頻繁動(dòng)作，增加開關(guān)的損耗 。 37 致謝 經(jīng)過將近 3 個(gè)月的努力和研究，我終于按時(shí)完成了本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 。 這里 我要特別感謝我的指導(dǎo)老師閻馨老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo) ， 在我撰寫論文的過程中，閻老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構(gòu)思 和 資料的收集方面 ， 還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了閻老師悉心細(xì)致的教誨和無私的幫助，特別是她廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示深深的謝意。 在論文的寫作過程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴意見，再次一并致以誠摯的謝意。 最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文 進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心的感謝。 38 參考文獻(xiàn) [1] 程學(xué)慶等 .LabVIEW 圖形化編程與實(shí)例應(yīng)用 [M].中國鐵道出版社 .2020. 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