基于PLC苗圃大棚自动控制系统设计

I第1章绪论1.1课题研究目的及意义农业的发展是社会发展与进步基石，随着农业现代化的发展，大棚栽培被越来越多的农民所接受，并有着向精细农业发展的趋势，人们从注重所栽培作物的经济价值逐步发展到大棚的有效管理，以提高农业生产效率。我国从年代中期小棚开始，经历了几代更新，国内的大棚种植面积从年的万亩发展现在的万亩，居世界第一使苗圃的栽培不再受地域和季节的限制，己经成为人们生活，我国农业生产的一个重要组成部分。农业生产也从原来的粗型向集约型发展，出现了智能农业、精细农业。目前，我国大棚以塑料大棚和温室大棚为主，在大棚管理方面主要的形式还是以人工为主，依靠人工的经验来管理，从一定程度上造成了资源的浪费，而以物联网为基础的智能农业和精细农业，存在着投入成本相对较高，布线复杂，故障修复困难等问题，难以推广。由于我国区域经济发展的不均衡，大部分地区无法投入大的资金建立高标准大棚基地，同时缺乏专业人员，至使较多的大棚没有充分发展其效能，因此，研究大棚的环境参数，结合苗圃生长环境，开发一套性价比高且具有一定的通用性、实用性、灵活性和可扩展性监测系统是有必要的论文即是对苗圃大棚的环境温度，土壤湿度，二氧化碳浓度和光照强度四个参数的有效监测系统的研究，设计了一套基于环境参数的苗圃大棚监控系统，实现对影响作物生长的四个参数进行自动实时监测，并以此为依据，结合作物的具体生长信息对作物进行适时、适量的精准灌溉，起到高效灌溉，节水、节能的作用可以为相关的部门或者企业研究与设计大棚监控系统提供参考。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状随着新型的多功能的电子产品在农业生产发面的应用，国外一些发达国家对于大棚自动监控系统研究与推广已经很成熟早在世纪年代，国外的温室就开始快速的发展，目前在该系统的运行，管理方面比较完善，而且系统的自动化程度较高。下面以大棚监控系统的研究处于世界领先水平且具有代表性的的美国和英国为例进行介绍。美国在19年代就建立了可以人工控制温湿度、光照等环境变量的人工气候室。目前美国研制的大棚自动控制系统只要工作人员输入特定苗圃的生长条件及要求，系统就可以对影响该苗圃的温湿度、光照强度等因素进行自动的调控，而且己将遥感遥测技术和全球定位技术应用到农业的生产。用户可以在很远的地方通过信号接收装置接收到大棚内的设定的环境变量。英国的大棚管理目前全部采用计算机管理比较具有代表性的是伦敦大学农学院开发研制的温室计算机遥控技术，可以在以外的地方进行温室里的苗圃叶表的含水量、温度、温室空气质量、等环境因素进行远距离实时调控。该系统对于英国大规模化的温室智能栽培指明了方向。荷兰的温室控制技术一直处于世界领先地位，是欧美西方国家的代表。荷兰的温室全部由计算机控制。由于荷兰的地理位置，温度变化小，因此温室内的降温、通风的问题考虑较少，更多的研究在于采光等的控制。温室内有工业计算机用于实现气候的控制、灌溉、施肥等等作用。它的温室隔热技术、温室保温技术、温室加湿技术、空气二氧化碳浓度调节技术以及人工补光技术都处于世界领先水平。1.2.2国内研究现状我国温室栽培技术是全世界起源最早的国家，在多年前就己经能利用恰当的保护措施温室的雏形栽培苗圃，至世纪年代，中国的温室农业始终徘徊在水平低、规模小、发展非常缓慢的状态。七十年代末，我国的温室以塑料大棚、日光温室为主，这类温室属于传统温室作业，成本较低、效益较好。但是设备环境调控能力差、相对简陋，一定程度限制了温室作物的质量、产量以及温室劳动生产率和利用率。目前，由于国内经济水平的限制，国内的大棚自动控制系统的研究处于起步阶段，对苗圃大棚的监控落后于发达国家。在中国的大部分地区，大棚的灌溉以人工漫灌的方式为主，灌溉量也取决于农民的经验，浪费了劳动力与水资源。同时温度的检测也以使用不便与误差较大的玻璃管温度计为主。其他大棚内影响苗圃生长的比如光照强度、湿度等的因素大都是靠工作人员的经验来判断，真正的大棚自动检测控制系统在国内多处于研制、试用阶段，能投入实际应用且价格低廉的并不多。由于温室环境复杂，它是一个多藕合、非线性、多变量等动态的系统，要为苗圃提供适宜的生长生态环境，这就对温室环境的监测和控制技术提出了更高的要求。近代温室的发展经历了改良型日光温室、大型玻璃温室和现代化温室三个阶段，但由于各地区生产状况、经济条件和利用目的的差异，至今各阶段不同类型的温室依然并存。总的来说，我国温室环境控制技术在总体上，正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。下面就以国家农业信息化工程技术研究中心开发的智能型远程温室环境控制器这个国内具有代表性的系统为例进行详细介绍。国家农业信息化工程技术研究中心开发的智能型远程温室环境控制器，该控制器集成度高且针对性强，可以对大棚内的空气的温湿度、土壤湿度、光照强度、浓度进行实时的采集，通过计算机网络传输至室内服务器。通过专家决策系统对温室灌溉、施肥、农药喷施、通风唤气等控制过程实施智慧决策和远程分布式调控。这套控制器集参数实时采集、存储、远程控制和自动报警为一体。1.3课题研究内容基于国内大棚环境参数控制存在的一系列问题。论文旨在设计一种大棚自动监控，可以对大棚内的温湿度、二氧化碳浓度、光照强度等影响苗圃生长的环境要素进行实时的检测，对超标的环境参数实施报警。起到高效、节能的作用。经过调查研究以及资料的整理，对基于环境参数的大棚监控系统进行了深入的研究，论文在设计这套系统的过程中所研究的内容主要体现在以下几个方面。研究国内外大棚监控系统的现状及苗圃生产方面的相关知识，确定影响苗圃生长的主要因素；对系统进行可行性分析与需求分析，完成系统总体系统方案设计及个功能模块的划分；依据系统总体方案设计，确定相关传感器的选型并完成下位机总体硬件电路的设计和实现；苗圃大棚内出现不利于苗圃生长的环境参数时，设计方案进行调节控制。同时根据设计的电路，使用组态王软件模拟系统运行。

第2章系统总体设计方案基于环境参数的苗圃大棚监控系统的研究对象是单个的大棚内部，对大棚内的温度、湿度、浓度与光照强度进行在线的监测，如果湿度低于预设值，自动报警。该系统对提高我国苗圃产量，促进我国农业现代化发展有一定的参考意义。2.1系统需求分析基于环境参数的大棚监控系统主要是对苗圃大棚内的环境参数进行多点监控，因此系统应当具有操作简单、实时监控、数据测量误差小、系统建成成本低、能耗低且便于维护等特点。（1）实时性系统的数据釆集的实时性是监控系统很重要的一个方面，系统应当能够实时的从大棚内获取环境参数信息。（2）可靠性及可用性系统的软、硬件运行应具有较高的可靠性与可用性，避免出现系统硬件的故障与软件的死机的情况。同时系统的人机界面应当友好、实用。2.2系统的可行性分析在设计任何一个系统前都应当对该系统进行可行性的分析，因此苗圃大棚环境参数监控系统进行可行性分析是必要的。1、技术可行性分析（1）软件可行性系统的组态仿真以及PLC软件编程的知识已经学过，并且现有的资料非常丰富，软件用熟悉的语言编写，语言具有语法简洁、数据结构类型丰富、可以执行好、程序执行效率高等特点。（2）硬件可行性系统的前端硬件采集部分采用的是精度较高的传感器，数据处理部分釆用的是性价比较高的PLC控制器件，采集的数据用有线网络进行传输。2、经济可行性系统硬件主要选用的是价格低廉，性价比较高的一些设备，相对于系统带来的收益，总的硬件成本不是很高，因此在经济上是可行的。3、管理可行性论文设计的系统只需要管理安装于大棚内的传感器节点和处理模块以及控制中心的计算机即可，管理方便且易于维护。2.3系统的设计思想及总体结构论文系统的设计思想是在总结分析国内外现有的大棚监控系统的利弊上总结出来的。系统不仅能适应目前的软件硬件的需要，又要有预见性的扩充，在进行了系统的国内外现状分析、需求分析以及可行性分析以后得出系统的方案功能模块如图所示。图2.2系统框图系统釆用模块化设计，各模块之间保持相互的独立，有利于系统的升级与扩展。该监控系统共有三个部分：前端的数据采集部分、数据传输部分以及监控中心。前端的数据采集部分一般负责传感器的数据采集以及初步的数据处理来传输给上位机；数据传输部分是将传感器采集到的数据按照约定的协议传输到上位机；监控中心负责对采集到的数据进行实时的监控，计算机经过对采集的数据进行分析、处理以后，如有发现异常则釆取相应的补救措施。

第3章系统硬件控制设计3.1方案设计3.1.1方案一的设计思路把温湿度传感器采集到的温湿度信号直接传输至控制器，在控制器中进行数据比较，先比较湿度在比较温度湿度。控制器根据比较的结果来启停相应的温湿度控制设备。温湿度信号传至控制器后在控制器中先比较湿度的大小，比较得出三个支路：湿度高于75%的、湿度在55%～75%之间的和湿度低于55%的，接着对应于湿度比较后的每个支路再比较温度，跟湿度比较的一样得出三个支路：温度高于32℃的、温度在30～32℃之间的和温度低于30的。最后总共得出九个支路。例如：温湿度传至控制器后先比较湿度，湿度介于55%～75%之间，再比较温度，温度高于32℃，则要打开前后窗、停止后窗风机、启动湿帘风机水泵、停止供热泵、停止降湿设备、启动制冷器，等待60s后，再返回去进行温湿度的比较。其他支路也是如此。控制思路简单清晰，但是若采用PLC做控制器则此方案不可行，因为PLC内部没有数据比较这个功能。采用单片机来控制是可行的，单片机可以进行数据的比较，但是单片机最大的缺点就是稳定性不强，抗干扰能力差。3.1.2方案二的设计思路 由于单片机的抗干扰性和稳定性都不强，而PLC的抗干扰性和稳定性都比较好，所以还是考虑用PLC来控制。PLC中不能进行数据比较，就在PLC外部进行数据比较，再把比较好的信号传入PLC，由PLC根据信号来控制响应点的启停。如图3.1.2所示，最后PLC根据输入启停温湿度控制设备。PLC根据输入信号启停温湿度控制设备。例如，当输入为高温高湿时，由PLC打开前后窗、后窗风机、降湿设备、置冷器、警示灯。同时关闭湿帘风机水泵、供热泵、报警器。等待60s后，再返回去进行温湿度的检测。图3.1.2方案二温湿度信号处理图3.1.3最终控制方案的确定单片机是单片微型计算机的简称，它是把微型计算机的各个功能部件，及中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数器及I/O接口电路集成在一块芯片上，构成一个既小巧有完善的计算机硬件系统，可实现微型计算机的基本功能。和PLC（关于PLC将在后文介绍）相比，单片机的稳定性和抗干扰能力没有PLC那么强，同时单片机使用的语言是汇编语言，跟PLC所使用的梯形图或者状态转移图相比，复杂了很多，不易于被广大电气技术人员所理解。由于PLC内部不能进行数据的比较，单片机内部可以比较数据的比较，但由于单片机稳定性和抗干扰能力不强，所以不采用方案一。最终确定采用方案二。3.2PLC主控制电路设计3.2.1PLC介绍可编程控制器简称PC（英文全称：ProgrammableController），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程控编程逻辑控制器这个老名字。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。PLC由于具有可靠性高、抗干扰‎‏能力强、‎‏功能完‎‏善、配套‎‏齐全、适‎‏用性强、易学‎‏易用、‎‏深受工‎‏程技术‎‏人员欢‎‏迎、系‎‏统的设‎‏计、‎‏维护方‎‏便、容‎‏易改造‎‏、重‎‏量轻、体积‎‏小、‎‏能耗低‎‏等这些‎‏优点。‎‏因此，‎‏目前，‎‏PLC‎‏在国内‎‏外已广‎‏泛应用‎‏于钢铁‎‏、石油‎‏、化工‎‏、电力‎‏、机械‎‏制造、‎‏汽车、‎‏‎‏交通运‎‏输、环‎‏保及文‎‏化娱乐‎‏等各个‎‏行业。‎‏PLC‎‏的选择‎‏主要应‎‏从PL‎‏C的机‎‏型、容‎‏量、I‎‏/O模‎‏块、电‎‏源模块‎‏、特殊‎‏功能模‎‏块、通‎‏信联网‎‏能力等‎‏方面综合考虑。3.2.2PLC机型选择的基本原则PLC选择是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：第一，选择合理的结构型式，PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I／O点数、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。第二，安装方式的选择，PLC系统的安装方式分为集中式、远程I／O式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I／O硬件，系统反应快、成本低；远程I／O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I／O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I／O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。第三，相应的功能要求，一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A／D和D／A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。第四，响应速度要求，PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I／O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。第五，机型尽量统一，一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：①机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。②机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。③机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。3.2.3PLC容量的选择步骤PLC的容量包括I／O点数和用户存储容量两个方面。①I／O点数的选择，PLC平均的I／O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I／O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I／O点最少，但必须留有一定的裕量。通常I／O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%~15%的裕量来确定。②存储容量的选择用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25%之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。3.2.4PLC的选型输入点数为24，输出点数为29。根据控制的需要和PLC的选用要求和原则，本设计选用的是FX3U系列的型号的可编程控制器。该可编程控制器的I/O端口为64，其输入端口和输各为32。FX3U系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX3U系列具备如下特点：最大范围包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块。FX3U系列是功能很强大的微PLC，可扩展到多达256I/O点，本设计选用的是64个I/O点，并且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据链接功能选项使得FX3U在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。定位和脉冲输出功能，一个PLC单元能同时输出2100KHz脉冲，PLC配备有7条特殊的定位指令，包括零返回、绝对位置读出、绝对或相对驱动以及特殊脉冲输出控制。图3.2.4FX2N3U系列PLC3.2.5电路设计系统的硬件电路主要包含如下模块：PLC模块、以控制器模块、传感器模块以及各种接口模块等。系统的原理图如图所示。图3.2.5PLC硬件连接图系统的IO表分配如下表所示：表3.2.5IO表环流风机Y0微雾加湿机Y1排风机Y2遮阴帘Y3报警Y4指示灯Y5启动按钮X0停止按钮X1自动模拟选择开关X2手动模拟选择开关X33.3传感器节点设计3.3.1温湿度传感器温度传感器按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。系统采用了性价比比较高的且可以直接输出数字信号的HTVxxLPEM温度传感器。该传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的可用于各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。内部结构主要由四部分组成：位光刻、温度传感器、非挥发的温度报警触发器和、配置寄存器。与PLC的接口电路如图所示。图3.1温度传感器接口对于湿度传感器的选择，理想情况下应该选择能够插入土壤并与土壤接触而且随时感应整个土壤湿度变化。但实际上本身市场上的湿度传感器就比较少，而且随着精度的提高价格攀升幅度较大，一般价格比较昂贵。基于对精度要求一般，而且出于资金的限制，进行多方对比，我们选择了性价比比较高的湿度传感器HTVxxLPEM，在具备较高性价比的同时，其较好的功能性也对电路起到简化作用。同时，此传感器输出电压连续、信号较强，而且范围变化合理。从到能够连续变化。内部的两个热化聚合体层之间形成的平板电容器电容量的大小可随湿度的不同发生变化，从而可完成对湿度信号的采集。结构图及引脚定义分别如图所示。采用封装形式。图3.2HTVxxLPEM的结构图及引脚图HTVxxLPEM的输出电压是供电电压、湿度及温度的函数。电源电压升高，输出电压将成比例升高。图3.3湿度传感器电路3.3.2光照度传感器光控用于控制遮阳幕的开关，使作物得到合理的光照并实现以下目的：免除作物超过光饱合点，提高光合作用；实现对长日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制。光照度传感器可以采用建大仁科的产品型号RS-GZ*-*-2光照度传感器。该传感器用于实现对环境光照度的测量，输出标准的电压及电流信号，体积小，安装方便，线性度好，传输距离长，抗干扰能力强，量程可调。它的接口电路如图所示。1.量程：0-65535Lux2.供电电压：DC10-30V3.输出信号：4-20mA，0-10V图3.4光照度传感器接口3.3.3二氧化碳浓度传感器系统选用的二氧化碳浓度传感器是英国GSS的C20，该传感器具有响应速度快，低功耗，防水抗震动和精度高等特点。C20数字传感器四线连接就可以工作，其中从左至右分别为：接地、串行输入(接收数据)、串行输出(发送数据)、+5V电压。该传感器能实时的感应二氧化碳的浓度，在-25C-+55C的范围内有温度补偿。由于它的体积小，防水等功能，所以特别适合在湿度比较大的大棚内使用。接口电路如图所示。图3.5二氧化碳传感器接口第4章PLC编程及系统软件设计4.1PLC编程介绍PLC的软件由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。PLC编程语言是多种多样的，对于不同生产厂家、不同系列的PLC产品采用的编程语言的表达方式也不相同，但基本上可归纳两种类型：一是采用字符表达方式的编程语言，如语句表等；二是采用图形符号表达方式编程语言。语句表语言是一种与汇编语言类似的助记符编程表达方式。在PLC应用中，经常采用简易编程器，而这种编程器中没有CRT屏幕显示，或没有较大的液晶屏幕显示。因此，就用一系列PLC操作命令组成的语句表将梯形图描述出来，再通过简易编程器输入到PLC中。虽然各个PLC生产厂家的语句表形式不尽相同，但基本功能相差无几。语句是语句表程序的基本单元，每个语句和微机一样也由地址（步序号）、操作码（指令）和操作数（数据）三部分组成。逻辑图语言是一种类似于数字逻辑电路结构的编程语言，由与门、或门、非门、定时器、计数器、触发器等逻辑符号组成。有数字电路基础的电气技术人员较容易掌握。随着PLC技术的发展，为了增强PLC的运算、数据处理及通信等功能，以上编程语言无法很好地满足要求。近年来推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高级语言，如BASIC语言、C语言、PASCAL语言等进行编程。采用高级语言后，用户可以像使用普通微型计算机一样操作PLC，使PLC的各种功能得到更好的发挥。本设计根据实际情况，采用的是手持编程器。在使用PLC的进行工作前，先要进行编程，PLC的指令相当丰富，本设计所用到的指令都是基本指令。表4.1基本指令指令功能指令功能LD常开触点逻辑运算开始STL置位指令LD常开触点串联连接RET复位指令OR常开触点并联连接MC主控电路块起点LDI常闭触点逻辑运算开始MCR主控电路块终点ANI常闭触点串联连接INV逻辑运算结果取反ORI常闭触点并联连接SET令元件自保持ONOUT线圈驱动RST令元件自保持OFFEND结束M0～M7是程序初始化专用的特殊中间继电器，分别对应着手动、回原点、单步、单周期、自动循环、回原点启动、自动循环启动、自动循环停止的八项功能，若其中某个特殊中间继电器接通，则跳转入相应的程序。如果M0接通则进入手动运行模式，程序跳转至S0状态；如果M6接通则进入自动模式，程序跳转至S2状态。前五个特殊中间继电器在程序中不允许有一个以上同时接通（例如手动和自动循环不能同时接通）。S20到S33代表步进程序中状态S20至S33的状态，这里可以根据自动循环的程序步数而定。表4.1初始化程序表步序指令步序指令0LDX0114ORM201OUTM015ANIX152OUTY2616OUTM203LDIM800017OUTY304OUTM118LDX155OUTM219OUTM76OUTM320LDX107LDX0221OUTY338OUTM422LDM209OUTY2723OUTM804110LDIM800024LDM800011OUTM525OUTFNC60M0S20S3312OUTM613LDX034.2组态监控组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。4.3温度检测模块设计苗圃大棚自动控制系统温度检测的控制流程图如图4.3所示:图4.3温度模块控制流程图4.4湿度检测模块设计苗圃大棚自动控制系统湿度检测的控制流程图如图4.4所示:图4.4温度模块控制流程图4.5光照强度检测模块设计苗圃大棚自动控制系统的光照检测的控制流程图如下图4.5所示:图4.5光照强度检测控制流程图4.6二氧化碳浓度检测模块设计苗圃大棚自动控制系统的二氧化碳浓度的控制流程图如下图所示：图4.6二氧化碳浓度控制流程图4.7控制界面开发设计1.建立新工程在亚控中建立新工程时，首先通过亚控的“工程管理器”指定工程的名称和工作路径，不同的工程一定要放在不同的路径下。指定工程的名称和路径，启动亚控的“工程管理器”，如图所示。图4.7.1力控工程管理器界面单击菜单栏“文件/新建工程”命令或工具条“新建”按钮或快捷菜单“新建工程”命令后，弹出“新建工程向导一”对话框，在“工程名称”文本框中输入新建工程的名字，在“工程描述”中输入对新建工程的描述文本。单击“完成”按钮，确认新建的工程。图4.7.2新建工程向导2.创建组态界面进入亚控的开发系统后，可以为每个工程建立无限数目的画面，在每个画面上可以组态相互关联的静态或动态图形。这些画面是由亚控开发系统提供的丰富的图形对象组成的。开发系统提供了文本、直线、矩形、圆角矩形、圆形、多边形等基本图形对象，同时还提供了增强型按钮、实时\历史趋势曲线、实时\历史报警、实时\历史报表等组件。开发系统还提供了在工程窗口中复制、删除、对齐、打成组等编辑操作,提供对图形对象的颜色、线型、填充属性等操作工具。亚控开发系统提供的上述多种工具和图形,方便用户在组态工程时建立丰富的图形界面。单击左侧目录中的“画面”，在右侧单击“新建”，弹出“新建画面”对话框，如图4.7.3所示。图4.7.3新画面在“新画面”对话框中，可以给画面命名，在注释中，可以选择画面位置及其画面风格。3.定义IO设备在亚控中，把需要与亚控组态软件之间交换数据的设备或者程序都作为10设备，10设备包括：DDE、OPC、PLC、UPS、变频器、智能仪表、智能模块、板卡等，这些设备一般通过串口和以太网等方式与上位机交换数据：只有在定义了IO设备后，亚控才能通过数据库变量和这些IO设备。用组态王软件绘制PLC的控制面板，可以提前设计控制相，实现系统的监控。系统的界面如图4.7.4所示。图4.7.4界面图组态完成后，下载硬件组态到PLC中，需要建立PLC与PC的通信连接，在机端进行通信配置。本系统选用的有PN接口，将PLC的通信配置为以太网通信，配置如下：（1）在PN-IO槽双击弹出PN-IO属性对话框，如图4.7.5所示：图4.7.5PN-IO属性对话框设置（2）点击属性对话框，显示设置网络参数的对话框，将其中的IP地址设置为：192.168.0.12子网掩码设置为255.255.255.0，如图4.7.6。图4.7.6PLCIP地址和子网掩码设置（3）点击新建按钮，将会创建一个工业以太网络，用于PLC与其他设备的连接，这里输入的IP地址和子网掩码即为PLC的IP地址和子网掩码。（4）采用TCP/IP通讯方式，必须启动IPProtocolbeingused，将组态下载到CPU，则PLC方面设置完成。第5章系统调试5.1系统调试步骤硬件选型：选择合适的PLC型号和相关的信号采集模块，包括传感器、仪表等，根据实际应用需求和系统规模进行选型。考虑到环境条件和信号采集要求，选择耐高温、耐腐蚀的传感器和合适的仪表。信号接线：根据系统设计和硬件选型，进行信号接线的布局和连接，包括传感器和仪表与PLC之间的连接，确保信号能够稳定传输和正确采集。控制逻辑编程：使用PLC编程软件，如STEP7等，进行控制逻辑的编程。根据实际应用需求和控制策略，编写合适的PLC程序，包括信号采集、信号处理、控制算法等，实现对自动化控制。人机界面设计：根据实际应用需求，设计合适的人机界面，用于操作员对过程进行监控和操作。可以使用PLC编程软件提供的HMI（人机界面）功能，或者额外添加触摸屏等外部设备，使操作员可以直观地监测系统的状态、调整参数、设置报警等。系统监控和报警设置：根据控制逻辑和系统需求，设置合适的系统监控和报警功能。可以通过PLC编程软件设置实时监控参数，并设置合适的报警条件和报警方式，如声音、光亮、显示等，以便在异常情况下及时报警并采取相应措施。系统调试和验证：在组态设计完成后，进行系统调试和验证，检查信号采集和控制逻辑的正确性，确保系统可以正常运行和达到设计要求。可以进行模拟测试、实际运行测试和性能验证等，进行必要的调整和优化，以保证系统的稳定运行。5.2控制系统的程序调试1）对于比较复杂的控制系统，需要绘制系统流程图，用以清楚的表明动作的顺序和条件。2）根据流程图，结合定义的输入输出定义，编写程序。3）将程序输入到PLC的用户存储器，并查找程序是否正确。4）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。保存所有组态设置，然后关闭组态监控程序。将PLC程序下传到PLC装置中并让其运行，切换到离线状态，然后启动，进入组态工程运行界面。在运行中通过对按钮的操作可检测所编程序的正确与否。图5.1调试界面5.3系统实物图图5.2系统总体实物设计：下位机5.4功能调试由于各个厂家需要种植的作物不同，所以我们要自几查出要种植作物的适合生长环境的环境因子，为保证各个作物最适合的生长环境，提高苗圃的产量等。我们可以设定好阈值。该系统初始阈值是能调节的，可以根据具体情况去做调整。图5.3阈值的设定直流开关电源给PLC提供稳定的电压，该直流开关电源能将220V交流电转换成24V的直流电并供给该设计的PLC，使PLC稳定运行去实现各个模块的功能。图5.4电源24V75w给出光照的阈值后，通过FX2N3u系列PLC，当光照传感器检测出测量结果后，把测量结果送入PLC中，经过PLC的处理，然后对执行设备发出指令，光照强度高于阈值时蜂鸣器报警并通过遮阳帘来降低大棚内的光照强度。当低于时会打开遮阳帘并停止报警。图5.5光照传感器给出CO2的阈值后，通过FX2N3u系列PLC，当CO2传感器检测出测量结果后，把测量结果送入PLC中，经过PLC的处理，然后对执行设备发出指令，CO2浓度低于阈值时蜂鸣器报警并通过换大棚中的空气来降低大棚内的CO2浓度。图5.6CO2传感器给出温湿度的阈值后，通过FX2N3u系列PLC，当温湿度传感器检测出测量结果后，把测量结果送入PLC中，经过PLC的处理，然后对执行设备发出指令，当温度高于阈值时蜂鸣器报警并通过把温室苗圃大棚中的热空气排出来降低大棚内的温度。当湿度低于阈值时蜂鸣器报警并通过微雾加湿机来提高大棚内的湿度。图5.7温湿度传感器控制各个设备的运作。图5.8电机第6章总结近年来，大棚的监控系统快速发展，传统大棚生产模式己经不能解决农产品生产效率低、资源浪费严重、环境污染、产品种类少等诸多问题，基于物联网等信息技术的智能农业是农业现代化发展的必经之路。在现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术最新成就的基础上发展起来的根据土壤、作物不均一特点、随着时间、空间变化的特性，采用不同的施肥、灌溉等措施来提高作物的产量，同时降低成本、减少对环境的污染，是实现现代农业的关键，其核心技术有地理信息系统、全球定位系统、智能感知技术、云计算和计算机自动控制等。论文通过对苗圃大棚的环境参数监测，设计了一套基于环境参数的苗圃生长环境监控系统，实时的采集大棚内的温湿度，二氧化碳浓度和光照强度，当湿度超过低于预定的界限时，自动打开喷淋装置，当湿度超过界限时，打开通风口。同时，系统具有一定的通用性、实用性、灵活性和可扩展性，根据苗圃不同、气候环境的不同灵活设置节点数量、参数范围等，对于现代化农业的发展具有一定的借鉴意义。局限于设计者的水平和实际的开发难度，论文设计的系统有一些不够完善的地方。

参考文献刘超峰,王宪磊.基于单片机的南疆温室大棚环境自动控制系统的设计[J].新疆农机化,2020.王新鑫,樊建勋,苑晓晨,武建伟.智能大棚自动控制系统设计[J].湖北农机化,