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文档简介
基于太阳能的大棚智能控制器的设计指导教师:(信息与控制工程学院项目编号:)摘要:光照是农作物生长必不或缺的因素之一,而充分利用太阳能可以为现代化温室大棚的智能控制提供清洁、廉价的能源。本文研究了一种大棚智能控制器的设计,可以对光照、温度、湿度等进行自动检测,并实现卷帘开闭、滴灌、保温、补光等环节的自动控制。控制器及其外围设备的动力均来自太阳能,经过样机调试证实,控制器满足实践要求,可进行推广使用。关键词:太阳能;大棚;智能;控制器DesignofgreenhousecontrolsystembasedonsolarenergyXUZhen-wenLIULi-kunRenChao-pengTutor:HUHui-huiDONGLei(CollegeofInformationandcontrolEngeering,ChinaUniversityofPetroleum,Shandong,QingDao,266555)Abstract:Lightisoneofthe
indispensablefactors
ofcropgrowth.Tomakefulluseofsolarenergy
canaffordcleanand
freeenergyfor
modern
greenhouse
control.
Thispaper
studiesthedesign
ofan
intelligentcontrollerforgreenhouse.Itmayautomaticallydetecttemperature,
humidityandrealizesthe
shutter
openingandclosing,
dripirrigationcontrol.Thepowerofallofthe
equipments
isfrom
solarenergy.
Throughthedebugging,
itprovesthatthecontroller
satisfiesthepracticalneedand
canbe
widelyused.Keywords:Solarenergy;
Greenhouse;
Intelligent;Controller0引言上世纪50年代,日本及欧美国家应用塑料薄膜覆盖温床获得成功,随后我国引入此技术用于蔬菜生产。因为大棚具备材质低廉,便于加工安装,透光保温性能好,可防寒\抗旱,延长作物生长期,达到增产稳产等优势,在我国北方旱区得到了快速推广和发展。现今大棚技术已经被广泛应用于花卉、果树栽培、林业育种,甚至养蚕、养鱼等领域。受至于农户经济实力和管理意识所限,相对于投入大、智能化程度高的现代化大棚,普通大棚仍旧有着广泛的市场。诸如卷帘、通风、浇灌等环节仍旧需要人工操作来完成,存在着操作不及时、控制不准确等缺陷。而随着自控技术和太阳能利用技术的不断发展,采用太阳能作为动力源,设计简便轻巧、价格低廉、自动化程度高的控制器,将为普通大棚的智能化改造开拓出一条新路。山东寿光是我国知名的蔬菜之乡。通过调查发现,目前全市冬暖式蔬菜大棚已经超过40万个,但相当比例的大棚存在智能化水平低、技术装备差等问题。尽管诸如各类传感器的检测、GPRS无线通信以及机器人操控等物联网相关技术已经十分成熟,但无奈很多普通大棚设计之初没有考虑拓展设备,尤其是电源。导致智能化大棚的改造工作一直难以深入开展。另外农户对智能化控制也存有意识误区,认为投入过大、操控不便,而事实上采用单片机以及集成化程度较高的智能芯片等为核心的控制器造价低廉、性能可靠、便于学习操作。而这两年光伏发电技术的日臻成熟为大棚升级换代提供了契机。利用免费清洁的太阳能资源,不仅可以解决智能控制器所需电源的问题,还可以拓展为保温加热的强劲动力,甚至大规模并网发电为农户获取农作物种植以外的收益[1]。1大棚内主要参数的控制调节本文所设计的智能控制器是以51单片机(STC89C52)为控制核心,以温度、湿度、光照等生态因子为控制对象,通过高性能传感器进行数据采集,进而控制卷帘机、风机、滴灌系统的运行。另外电源侧对太阳能电池板进行控制。系统框图如图1所示。图1图1大棚智能控制器系统框图...计算机中控GPRS远传数字显示输入设定故障报警温度、湿度、光照等信号检测太阳能电池板卷帘机滴灌系统风机单片机A/D通信接口I/0接口驱动信号电源控制1.1温度的调节为满足成本低、抗干扰能力强、测量准确的要求,温度测量采用DS18B20。该芯片只需要1条数据线,提供9位(二进制)数字化温度读数(测量范围:-55℃到+125℃)直接送入单片机,无需搭建外部电路。当土壤温度低于设定值时,可启动保温装置,如伴热带,对土壤进行加热。当大棚内温度超过设定值,可启动风机进行通风降温,或采用循环水冷进行物理降温。考虑到局部测量造成的误差干扰,可以实现多点测量取平均值的方法。1.2湿度的调节检测采用价格便宜、响应速度快的DHT11。该芯片供电电压3.3V到5.5V,功耗低,输出为单总线数字信号,测量范围20%到90%RH,测量精度1%RH,可满足现场大棚控制需要。作为大棚监测最重要的参数之一,当湿度过低时,应启动滴灌系统对土壤进行除燥,而湿度过高时,应及时做通风干燥处理。1.3光照调节光照强度的测量,采用的是光敏电阻。光敏电阻随着光照阻值变小,转化为电压变化信号传入单片机,进而根据设定,控制卷帘机的运行。另外在夜间需要特别补光的情况下,可开启LED补光系统进行补光。以上参数检测和单片机控制,配以液晶显示屏和简单的键盘输入就可以构成最小控制系统,可以满足普通大棚的实际需要。2太阳能供电及其他扩展设计根据农户实际,可掌控光伏发电在大棚中的使用情况。对于有条件的农户,可进行太阳能并网发电的尝试。而对于一般农户,只需要考虑满足大棚主要执行机构(如卷帘机、通风机等)的供电需要即可。2.1光伏发电系统本设计主要针对普通太阳能电池充放电的控制。光伏发电系统由太阳能电池板、单片机、蓄电池等部分组成,利用分压电路分别对蓄电池和太阳能电池板的电压进行采样,经过A/D转换后输入到单片机中进行处理;单片机输出信号经光耦驱动电路控制充放电路的开启与关闭。当蓄电池电压达到最大值时,太阳能电池停止充电,而当蓄电池电压到达最低值时,太阳能电池开启充电,停止放电,即可实现过充、过放保护。图2图2大棚模型图本文设计的智能控制器除实现上述大棚主要参数调节以及太阳能供电以外,还预留了其他扩展功能和接口。如对于大棚运行管理过程中发生的异常现象以及设备故障,有检测报警功能,能够及时提醒操作人员注意,对于极端情况可作出必要的应急保护。对于有远程控制需要的用户,可通过无线传输技术,设置视频或短信发送功能。在家中、在外地实时的监控大棚的情况,获取大棚最新的温湿度等参数信息。另外在必要的情况下可添加计算机中控系统,方便信息统计,以形成科学化管理,大规模分布式网络运行等。3结论为配合实验开展,设计制作了大棚模型(如图2所示),对大棚运行的各个环节进行了模拟,完成了智能控制器样机的设计。该智能控制器充分考虑到实际农户对于价格和大棚可改造性的实际需求,针对主要参数进行调控,具备良好的可扩展性,利于普通大棚的智能化改造,同时考虑到太阳能供电等问题,具备一定的推广实
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