設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)中溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)淺談.doc

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設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)中溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)淺談 摘要：論述我國(guó)溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)生產(chǎn)中存在的問(wèn)題及發(fā)展現(xiàn)代溫室產(chǎn)業(yè)的必要性；并指出現(xiàn)代溫室產(chǎn)業(yè)是我國(guó)溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。同時(shí)介紹農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要作用與建設(shè)溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)的意義。 關(guān)鍵詞：現(xiàn)代溫室；設(shè)施農(nóng)業(yè)：溫室自動(dòng)控制 1設(shè)施農(nóng)業(yè)定義及發(fā)展趨勢(shì) 設(shè)施農(nóng)業(yè)足利用人、設(shè)施、控制各環(huán)境因素，完全或部分地?cái)[脫傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受自然氣候和土壤等條件制約，使動(dòng)、植物獲得最適宜的生長(zhǎng)條件，從而延長(zhǎng)生產(chǎn)季節(jié)、獲得最佳產(chǎn)出(產(chǎn)量、品質(zhì))和效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。國(guó)內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)研究始于20世紀(jì)80年代后期我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)把發(fā)展的方向和重點(diǎn)放在開(kāi)發(fā)能監(jiān)控土壤水分、溫度、濕度、C02、光照等環(huán)境岡素的溫室系統(tǒng)。 溫室自動(dòng)控制系統(tǒng) 2設(shè)施溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)類(lèi)型 2．1操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)DAS(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DataAcquisition System) 微機(jī)通過(guò)輸入通道進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)以一定格式顯示或通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的集巾監(jiān)視，一般由工控機(jī)構(gòu)成，廣泛用于實(shí)驗(yàn)室分析、數(shù)據(jù)分析與處理等。但微機(jī)不直接參與生產(chǎn)過(guò)程控制，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生直接影響。 2．2直接數(shù)字控制系統(tǒng)(Direct Digital Contr01) 微機(jī)通過(guò)輸入通道對(duì)—個(gè)或多個(gè)物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，然后按照己定的控制規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，最后通過(guò)輸出通道輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程直接控制。這是微機(jī)在丁業(yè)應(yīng)用中最普遍的一種Zr式。 2．3分散型控制系統(tǒng)(Distributed Control System簡(jiǎn)稱(chēng)DCS) 采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則，把系統(tǒng)從下而上分成若干級(jí)，如過(guò)程控制級(jí)、控制管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)和經(jīng)營(yíng)管理級(jí)等，形成分級(jí)分布式控制，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)監(jiān)視、和綜合管理，適用于大中型場(chǎng)、站的自動(dòng)化管理。 2．4監(jiān)督控制系統(tǒng)I Supervisory Computer Control簡(jiǎn)稱(chēng)SCC) IiPDDC級(jí)和SCC級(jí)，一般由直接數(shù)字控制機(jī)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成。直接數(shù)字控制由單片機(jī)或單板機(jī)實(shí)現(xiàn)，并可通過(guò)K％-232接u與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，可廣泛應(yīng)用于溫審的控制。其中DDC級(jí)微機(jī)完成生產(chǎn)過(guò)程的直接數(shù)字控制；SCC級(jí)微機(jī)則根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程工況和已定的數(shù)學(xué)模型。進(jìn)行最優(yōu)化分析計(jì)算，產(chǎn)生最優(yōu)給定值，由DD(緞執(zhí)行。 3溫室SCC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 3．1系統(tǒng)任務(wù) 本控制系統(tǒng)是由一臺(tái)PC機(jī)為卜位機(jī)，MCS一51系列單片機(jī)為下位機(jī)組成的溫室群計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)。下位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)溫室環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)和控制，把傳感器采集的有關(guān)參量如溫度、濕度、c0，濃度、光照強(qiáng)度等轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并把這些數(shù)據(jù)暫存起來(lái)，然后與給定值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)一定的控制計(jì)算，給出相應(yīng)的控制信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控；同時(shí)經(jīng)串行通信接口將數(shù)據(jù)送至上位機(jī)，由上位機(jī)完成數(shù)據(jù)的管理、決策、歷史資料統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、編輯、存儲(chǔ)以及打印輸出。 溫室自動(dòng)控制監(jiān)控系統(tǒng)示意圖 3．2溫室自動(dòng)控制監(jiān)控系統(tǒng)工作過(guò)程 監(jiān)控系統(tǒng)工作過(guò)程如下：上位Pc機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)行一定的程序后，向下位單片機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)單片機(jī)及其被控的機(jī)構(gòu)，同時(shí)準(zhǔn)備接收下位機(jī)即單片機(jī)發(fā)送來(lái)的信號(hào)和數(shù)據(jù)。被啟動(dòng)的單片機(jī)。一方面定時(shí)啟動(dòng)各個(gè)傳感器測(cè)鼉溫室環(huán)境，傳感器將采集到的信號(hào)經(jīng)放大器放大，送入ⅣD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量后，再送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、判斷分析；另一方面把上次采集列的數(shù)據(jù)向上位機(jī)發(fā)送，同時(shí)依據(jù)上位計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以便為溫審作物提供所需的環(huán)境。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢且上位機(jī)也接受完畢后，上位機(jī)把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、碌示或打印，并與參數(shù)的設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差變化率，按模糊控制理論進(jìn)行運(yùn)算，然后把運(yùn)算結(jié)果送人單片機(jī)得出控制信號(hào)，并以此控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。如果發(fā)送和接收T作完成后還不到規(guī)定的時(shí)間，則自動(dòng)踏步等待下—個(gè)時(shí)鐘中斷信號(hào)的到來(lái)，然后再向上位機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)，如此不斷的循環(huán)，以保證溫室作物所需要的適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。 3．3溫室智能控制系統(tǒng)特點(diǎn) 1)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備P；-6"通信功能，便于構(gòu)成底層控制網(wǎng)絡(luò)。 2)通訊標(biāo)準(zhǔn)公開(kāi)一致，使系統(tǒng)具備開(kāi)放性，設(shè)備間具有互可操作性。 3)功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性。 4溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 隨著全球荒漠化和生態(tài)環(huán)境的不斷惡化對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)提出了新的需求和挑戰(zhàn)；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種信息的了解和掌握，是進(jìn)行現(xiàn)代化管理與調(diào)控的基礎(chǔ)／基石。農(nóng)業(yè)與生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)采集十分困難：首先，涉及對(duì)象形式多樣，要素復(fù)雜多變；其次，農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)往往偏遠(yuǎn)分散，通信條件差，信息獲取難度大。 5結(jié)論 設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)包括溫室日趨大型化；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)智能化溫室快速發(fā)展；溫室內(nèi)管理機(jī)械化、自動(dòng)化程度不斷提高；溫室農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用已被廣泛霞視等等。溫事環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)將從簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，單項(xiàng)閡素控制逐步向計(jì)算機(jī)綜合監(jiān)測(cè)、調(diào)控發(fā)展。 參考文獻(xiàn) 【1】李天來(lái)，齊紅巖。齊明芳．我國(guó)北方溫室園藝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向一現(xiàn)代日光溫室園藝產(chǎn)蚍J】．沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，37(3)：265—269． 【2】壤興福，李天來(lái)，印東生，等．我國(guó)北方現(xiàn)代日光溫室的研制及效果評(píng)價(jià)【J】．北方園藝，2007．1：54—56． 【3】李圍臣，馬成林，于海業(yè)，等．溫室設(shè)施的國(guó)內(nèi)外節(jié)水現(xiàn)狀與節(jié)水技術(shù)分搠J】．農(nóng)機(jī)化研究。2002．4：8一I 1． 【4】周長(zhǎng)占．現(xiàn)代溫室工程【M】．北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003．