地热水产养殖温度监控系统研究

论文摘要

随着经济与社会的高速发展,能源越来越紧缺,开发利用可再生能源,提高能源利用率对我国经济的持续发展具有重要意义。地热作为一种十分珍贵的可再生矿产能源,具有分布广、成本低、可直接利用、环境污染小等优点,储量丰富,在我国各省市自治区均有分布。本文利用地热水作为热源,研究设计了一种单片机实现的水产养殖温度自动监控系统,不但可以降低养殖对其他燃料的需求,同时对于节约能源、保护环境起到了积极的作用。该系统是以AT89C52单片机为核心,并与变频器、继电器、数字温度传感器DS18820、数模转换器等器件结合起来,共同构成了地热水产养殖温度监控系统,以养殖池中的水温为设定参数,根据水温偏离设定值的程度由单片机控制电机的转速,来实现地热水流量的调节,从而实现养殖池水温的闭环调节。本文首先通过对地热应用于水产养殖的工艺过程分析,结合水温控制原理与实现过程,提出了本课题的总体设计方案,确定了地热水用于养殖的工艺流程。在控制算法的选择上,本文结合智能控制领域模糊控制与预测控制的优点,采用模糊预测控制算法,克服了系统大惯性、时滞等的影响,并且利用MATLAB工具对算法进行辅助设计。最后对系统软硬件模块化设计进行了详细介绍。另外,本文对系统的抗干扰措施也进行了较为详细的论述。通过对控制器进行的模拟试验与分析,表明系统运行情况正常,各功能模块功能的实现可行,采集的温度数据精确性较高,能满足控制的要求,系统控制算法能够实现既定的控制过程。当然,除此之外,该系统电路简单、成本低,稍做修改还可以应用于采用其他热源的、类似调定水温控制的过程中,这大大的扩大了该系统的应用范围,在地热水产养殖应用中具有一定的实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题提出的背景及研究的意义
• 1.2 自动监控应用于水产养殖的意义
• 1.3 国内外的研究现状及发展趋势
• 1.3.1 地热应用于水产养殖的现状
• 1.3.2 水产养殖应用自动化技术的现状及发展趋势
• 1.4 本课题的研究内容
• 本章小结
• 2 地热水产养殖温度监控系统总体设计
• 2.1 地热水产养殖系统的工艺过程
• 2.2 水温控制原理与实现过程
• 2.2.1 水温控制的原理
• 2.2.2 水温控制的实现过程
• 2.2.3 变频调速节能原理
• 2.3 监控系统总体概述
• 2.4 养殖池温度场分布与传感器布置
• 2.4.1 养殖池的热分析
• 2.4.2 养殖池温度场分布
• 2.4.3 传感器的布置
• 2.5 控制参数测量的实现
• 2.5.1 温度传感器DS18820的选择
• 2.5.2 DS18820的封装
• 2.5.3 DS18820的64位ROM
• 2.5.4 DS18820的内部存储器
• 2.6 主要元器件的选取
• 2.6.1 单片机的选取
• 2.6.2 数据存储的扩展芯片
• 2.6.3 串行I/O口的扩展
• 2.6.4 数模转换器件的选取
• 本章小结
• 3 温度监控系统的模糊预测控制
• 3.1 模糊预测控制
• 3.1.1 预测控制概述
• 3.1.2 模糊控制概述
• 3.1.3 模糊预测控制概述
• 3.2 系统模糊预测控制原理与结构
• 3.2.1 系统模糊预测控制原理
• 3.2.2 模糊预测控制系统结构
• 3.3 系统预测模型
• 3.4 模糊控制器原理
• 3.5 模糊控制器设计
• 3.5.1 精确量的模糊化
• 3.5.2 建立模糊控制规则
• 3.5.3 模糊推理与解模糊化
• 3.5.4 模糊控制查询表的建立
• 3.6 系统算法仿真分析
• 本章小节
• 4 监控系统设计
• 4.1 系统主要硬件电路设计
• 4.1.1 单片机系统电路
• 4.1.2 数据采集电路
• 4.1.3 数模转换输出DAC0832接口电路
• 4.1.4 开关量控制电路
• 4.1.5 显示模块电路
• 4.1.6 按键接口电路
• 4.1.7 超限报警提示电路
• 4.1.8 串口通讯电路
• 4.2 系统主要程序设计
• 4.2.1 系统主程序设计
• 4.2.2 数据采集程序
• 4.2.3 模糊预测控制程序
• 4.2.4 显示驱动程序
• 4.2.5 温度设定子程序
• 本章小结
• 5 系统抗干扰与试验分析
• 5.1 系统抗干扰措施
• 5.1.1 硬件抗干扰
• 5.1.2 软件抗干扰
• 5.2 系统试验分析
• 5.2.1 试验概述
• 5.2.2 系统控制器运行情况的总体试验
• 5.2.3 温度信号采集试验
• 5.2.4 系统控制算法的模拟试验
• 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录一:硬件电路原理图
• 附录二:攻读学位期间发表的论文