基于单片机的温室大棚控制系统设计文献综述

文 献 综 述

一、 现代化温室环境控制系统简介

现代化温室设施应用先进的科学技术,采用连续生产方式和管理方式,高效、均衡地生产各种蔬菜、水果、花卉、药材等。它可以不受地点和气候的影响,设置在包括寒冷地区或不毛之地的各个地区。它能够有效地改善农业生态、生产条件,促进农业资源的科学开发和合理利用,提高土地产出率、劳动生产率和社会、经济效益。因此,在世界范围内得到了广泛的应用,温室设施的关键技术是环境控制。温室环境控制是在不受外界气候的影响条件下,通过改变温室内部环境因子(温度、湿度、光照等)来获得作物最适宜的成长发育环境,其控制技术包括硬件结构和控制算法两部分。本文主要介绍我国现代温室正在应用的几种典型的环境控制硬件系统模式。

二、温室环境控制技术的发展概况

随着计算机技术和农业技术的进步以及市场对高质量产品需求的速度增强，温室环境控制技术将会在高智能型、高可靠性、操作的方便性等方向得到进一步发展，具体包括以下几个方面。

1、智能化技术

模糊控制把人的经验形式化并引入控制过程，再运用比较严密的数学处理过程，实现模糊推理，进行判断决策，以达到令人满意的控制效果。90年代初，应用模糊控制技术的各类家电产品在日本大量上市，在世界上引起巨大的反响；随之而来，工业界掀起了 模糊控制的应用热潮。模糊控制方法的应用优势，适应于温室环境控制的特点，是现阶段温室环境控制技术发展的主要趋势之一。

温室环境控制技术中的智能化技术，不仅指智能控制算法，还有包括其他方面的应用内容，如实现系统的自诊断功能等。

2、分布式系统结构

目前分布式系统是计算机控制系统的主要发展方向，该控制系统采用了所谓服务器客户模式(ServerClient Mode)，即系统中不存在一个控制中心，主要控制功能由各分布的子处理器完成：一般系统中，以可编程控制器(PLC)或单片机作为子处理器。考虑到国内经济承受能力、对可靠性的要求以及具体的使用环境（温室环境电气干扰较小），在温室环境控制系统中，各个温室的控制功能一般由单片机（子处理器）完成，PC机作为主处理器，仅实现辅助功能，脱离主处理器，整个控制系统仍可工作。分布式控制方式具有价格低、控制灵活、可靠性高等优点，因此它将在现在和以后很长一个时期广泛应用于温室环境控制系统中

3、多因子控制方式

由于温室环境各要素特别是温湿度、光照度、CO2浓度等存在着较强的耦合性，即某个环境要素的改变将影响到其他环境要素的状态，因此，将现行的环境要素单因子控制

方式转变为多因子控制方式，是提高温室环境控制系统控制效果的关键途径之一。简单的说，就是要采明多个环境要素综合考虑的方法，来替代现行的单个环境要素分别考虑的模式。

4、人机智能系统集成应用

加强控制理论同生产实际的密切结合，引入智能化方法、智能技术以及知识工程方法，形成不同形式的既简单又实用的控制结构和算法，形成包括计算机监控系统在内的综合集成于一体的人机智能系统，是对温室实行先进控制的发展方向。

三、基于单片机的控制系统模式

单片机控制系统模式按照信号流向和控制模块可划分为:前向输入通道、控制主板和后向输出控制部分。其工作过程是单片机中存储了按照作物成长规律设置好的温室环境因子数值,把它与传感器实时检测的数值进行比较运算,输出的结果控制各个执行机构的动作。单片机控制结构为集中式控制方式,所有性能都集中在单片机上,单片机一旦出现故障,整个系统都会失控。

聂毅以8031单片机为核心设计了温室单片机控制系统,通过与设定值比较,控制机构运行来调节温室温度、湿度、光照,试验证明系统能够实现自动控制。李善军构建了基于单片机的温室温湿度两级优化控制硬件系统,该系统能可靠运行,解决了蛋鸡监控因温湿度存在较强耦合关系而导致结果精度降低及其能耗大的缺陷,可实现温室中温湿度的优化控制。季宝杰设计了一个以PC机为上位计算机,MCS-51单片机为核心,智能仪表为下位机的智能温室分布式测控系统,该套系统实现了温室系统自动控制,运行可靠、操作简单,可以根据要求完成单个温室系统的控制,系统控制精度高,响应速度快,完全可以满足设施农业的需求。总结以上内容,单片机控制系统能够全局管理,操作简单、价格低廉,但可靠性差、故障率高,且自动化程度低。

四、温室大棚控制的背景和意义

近几年，我国设施农业的技术含量有了新的突破，符合我国国情的节能型日光温室的采光与保温性能达到了国际先进水平。从日本、以色列、荷兰和法国等设施农业发达国家引进的温室，基本属于轻质耐腐蚀金属材料的基础结构，其自动化程度高、技术先进，数据采集和调节控制实现了计算机智能化，对尽快提高我国的设施化农业生产技术水平起着借鉴和促进作用。随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，设施农业的发展趋势是提高水平与档次，逐步实现规范化、标准化和系统化，形成具有我国特色的技术和设施体系，重视现有技术和成果的推广应用，形成高新技术产业，实现大规模商品化生产。目前，在加大吸收和消化发达国家先进技术的基础上，研究适合我国国情的温室环境控制技术，提高环境控制水平。

五、软件介绍

单片机是一种把包含一个计算机的主要部件:运算器、控制器、存储器、输入输出接集成在一个芯片上的微型计算机。它具有体积小、重量轻、价格低廉、功能强、适合各种控制领域应用等特点。因而被广泛运用在自动检测和自动控制领域。51系列单片机是目前流行的单片机品类中应用最广泛的。各种不同的单片机芯片各有特点。可针对不同的应用场合和需要,选用不同的单片机芯片作为微控制器使用。

参考文献

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