发布时间 : 星期五 文章温室中光照度的实时检测及自动控制系统更新完毕开始阅读4cbeb348dd88d0d232d46a37
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
农业是国家重要的支柱产业之一，我国作为世界第一农业大国，农业生产在我国经济建设和社会发展中占有举足轻重的地位。良好的气候与生态环境条件是农业发展的重要保障，而我国幅员辽阔，气候和生态环境条件相对恶劣，制约了农业的发展。温室技术的出现为农作物的生长提供了适宜的生长环境，提高了农作物的产量，促进了农业的高效持续发展。
温室是一种可以为植物的生长创造最佳条件的场所，它可以改变植物的生长环境，使植物免受外界恶劣气候的干扰。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜农作物生长的季节栽培作物。建造温室的目的就是为了创造出一个人工气象环境。在这个环境中，我们可以模拟出适于作物生长的气候条件，消除那些对作物生长不利的影响。没有了外界气候的制约，作物便能快速生长，这样就能缩短生长周期，提高产量，以此来获得可观的经济效益。
温室技术是利用温度、湿度、光照度、CO2等传感器来获取各项环境信息，并通过微控制器对数据进行分析、处理，同时根据作物生长的规律和特点，对温室的温度管理系统、光照管理系统等设施实施控制，来改善作物生长的环境条件，创造出适合其生长的环境条件，从而达到提高产量和质量，进行大规模生产的目的。
相比于国内，国外的温室生产要早很多，在作物产量、生产技术和管理水平上都比国内要高很多。但国外的温室构架和控制管理，适应当地的地理环境，不能完全适应我国的情况。我国地域广阔，南北气候差异大，导致各地温室构架和控制也不一致。由于起步较晚，发展时间短的原因，我国温室技术的现代化管理水平不高，而且在温室环境监测和控制技术方面也急需改进。如何将先进的测控技术和温室环境因子测控有机结合起来，是温室研究的一个重要方面。本课题就是在这样的大背景下提出来的。
光照是农作物生长发育的关键条件之一，也是温室环境因子中的一个重要因素，直接影响农作物的产量和品质。对温室作物来讲，光照主要有两个方面的作用：一是利用光合作用为作物提供能量，二是为温室的微型气候环境来提供能量。但是如果光照过强，会促进水分的蒸发，严重的话将会灼伤叶面，而光照过弱的话，将不
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利于植物的光合作用，不能使作物有效的生长。因而，对光照进行实时的检测和监控就变得非常的重要。
近几年，随着我国从传统农业向高产、高效、优质的现代化农业不断迈进，对温室大棚中光照度的检测要求也越来越高，其应用领域也在不断扩大。但是，目前绝大多数用于温室大棚的光照检测仪器十分简易，在使用时却需要操作人员根据具体的光照情况手动操作。这不仅给检测带来了很多不便，而且不能很好地适应现代化、数字化测量控制系统对传感器的需求。因此，将研究新型自动化光照检测及控制技术作为现代温室研究项目的核心之一，运用于现代农业生产之中，具有其独特的学术和实用意义。
1.2 国外研究现状
国外对温室大棚光照测控技术研究较早，始于20世纪50年代。最早出现的是使用模拟式的组合仪表在现场进行环境信息的采集，然后进行指示、记录和控制。到了80年代末，分布式控制系统开始出现。现如今，利用计算机进行多线路多因子综合采集和控制的系统也在进行开发和研制。如今，温室测控技术在世界各国都在快速发展，并且一些国家已经实现自动化，并朝着全自动化的方向迈进。
以园艺著称的荷兰，依靠先进的鲜花生产技术闻名于世，安放在玻璃温室中的测控系统全部交由计算机操作。由英国伦敦大学农学院研制出的温室计算机遥控技术，可检测50km以外的温室大棚内的温度、湿度、光照度和二氧化碳等环境状况，并进行遥控。采用差温管理技术的美国，对果蔬、花卉等作物的开花和成熟期进行控制，从而来满足市场的需求。韩国在温室内设置了光照控制等自动化装置，希望以此来扩大生产规模并降低生产成本，但由于部分自动化装置依然需要工作人员根据经验进行手动控制，因而没能充分地发挥出它们的作用。目前，走在现代温室高产农业发展前列的是以色列，其先进的一体化智能光照控制温室、配套的监控系统软件平台以及相关设备均处在世界先进水平，这在极大程度上弥补了他们在农业资源、气候环境方面的先天不足。
1.3 国内研究现状
早在2000多年前，我国就已经开始用恰当的保护措施（温室的雏形）来栽培作物，可以说我国是温室栽培起源最早的国家。但至20世纪60年代，我国的温室生产一直徘徊在小规模、低水平、发展速度缓慢的状态。1979年至1994年，我国引
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入了一系列国外现代化温室系统来进行实验研究，如灌溉系统、加温系统、监测与集中控制系统等，揭开了国内现代化温室的生产、研究和普及的帷幕。但是由于在引入时仅仅注重了温室设备的引进，却忽略了温室的栽培技术和管理技术。并且引入的温室能耗过高，最终导致了企业的亏损和停产。到了90年代初，我国大型温室跌入谷底。“九五”期间，北京中以示范农场建立，它采用进口自以色列的温室技术，这有力地推动了我国现代化温室的快速发展。到了90年代后期，研究了国外温室设备的配置和温室栽培技术后，我国开始自主研发一些温室环境控制系统。1995年，“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”由北京农业大学成功研制出。此系统属于小型分布式数据采集控制系统，包含了温湿度、光照、灌溉等子系统。1996年，江苏理工大学研制出了基于工控机的温室自动控制系统。该系统可以利用传感器来对温室中的温度、湿度、光照度、和二氧化碳等进行测量，并分别进行控制，是一个多变量输入输出系统。2009年河北农业大学阎昭、刘淑霞等设计了适用于温室大棚的一种基于 USB 接口的光照度记录仪，发表了相关论文并申请了专利。在该系统中，USB接口芯片与单片机相连，通过USB接口实现单片机与PC机之间的数据通讯。该光照度记录仪不但能够实时测量温室内光照度，而且能够插入U盘记录数据实现与PC机之间的数据通信。此外还有很多高等院校和科研院都在进行温室测控系统的相关研究。这些都预示着温室测控技术在我国的强劲发展势头。
自上世纪70年代以来，我国加强了对温室中光照、温度、湿度等环境因子的测控技术进行了研究，提高了研究水平，取得了一定的成就。由于温室是一个非线性、多变量的动态系统，为了给作物提供适宜的环境，这就需要更高的温室环境检测和控制技术。国内农业现代化水平较低，温室的一次性投资大，可使用的相关技术较少，以及对操作人员的技术要求比较高等因素，限制了温室测控技术在我国现代化农业中的发展。
1.4 本设计主要内容
本设计以温室中光照度的实时检测及控制为研究方向，分析了数据采集方式和调光方式的各项方案，最终确定了合适的方案，设计了一套以STC89C52单片机为基础的控制电路，用光敏电阻进行光照度信息的采集，通过A/D转换器进行数模转换，将数字信号传递给单片机，经由单片机处理后，使用数码管进行实时显示，并根据采集的光照度数据，采用PWM技术进行调光来控制灯的亮度，从而实现自动
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调光。此外，可利用按键进行手动设置光照度参考值来实现目标光照度。
本文主要内容如下：
第1章主要介绍温室中光照度检测及控制技术的研究背景，其在国内外的发展状况等，为本设计的实现提供了理论依据。
第2章主要介绍了光照度传感器的选择及调光方案的选择，分析了各种方案的优缺点，并最终确定了本设计所采用的方案。
第3章主要介绍了本设计中系统的硬件电路设计，从元件选型到原理图的绘制，完成了本系统的硬件电路图。
第4章主要介绍了程序的编写编译和系统仿真，并对仿真结果进行了详细分析。
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