蘑菇温室智能控制系统的设计

论文摘要

我国是全球最大的食用菌生产国。目前,我国食用菌生产一部分仍停留在家庭手工作坊式操作,生产设施简陋,规模小,产量低,效益差且质量无法保证,是一种依据管理者个人经验和主观感觉进行决策的粗放式生产管理方式,相应的环境控制系统大多采用分布式集中管理的控制方案。投入较大,对生产者的要求高,不利于普及。且控制逻辑比较单一,而在欧美以及日本等蘑菇栽培强国,蘑菇生产已经实现了分区、分阶段的工厂化管理模式。整个生产线的自动化程度较高。但价格昂贵。且与我国国情不符,不利于产品的普及和推广。工厂化生产食用菌已成为我国食用菌生产的紧迫任务和发展趋势,对增强我国生产食用菌的竞争能力都具有重要意义。蘑菇等食用菌的生长特点是,生长周期较短,生长阶段较多。而且各生长阶段对环境的要求不尽相同。所以要保证蘑菇的正常生长发育,达到优质高产的目的,就必须根据蘑菇生长对环境的要求及其各个生长阶段特点,采取相应的环境调控措施,提供有益的生长环境。针对当前国内外蘑菇生产和管理模式上的差别,以及相应的采集控制系统的特点和存在的不足。本文设计了一种全新的控制方案,通过对蘑菇各生长阶段进行划分、目标数据库的选择,为各生长阶段提供独立的控制逻辑,且每种生长阶段控制逻辑又可以独立的关联不同调控设备。这样就在生长阶段、控制逻辑和调控设备之间建立了一种联系。同时还可以为每个生长阶段设置不同的生长时间,通过对生长阶段的自动更新,就可以方便的实现相应控制逻辑的自动更新。从而达到对蘑菇整个生长过程的自动控制。具体研究内容包括:(1)对蘑菇温室控制系统进行需求分析,建立了利用生长阶段下放控制逻辑、生长阶段控制逻辑关联相应调控设备的控制方案。(2)完成了控制器的主控模块、传感器通用接口电路、数据采集和信号调理模块、电源处理模块、人机交互模块与IO扩展输出等模块的硬件设计。(3)完成了软件部分,包括生长阶段划分、生长阶段控制逻辑、生长阶段报警逻辑、生长阶段更新、生长阶段设备关联以及专家数据库等模块的设计与实现。(4)对控制系统进行了功能和性能进行测试与分析,包括系统的实时性、响应时间以及可控性。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 论文的研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究内容与目标

1.4 论文章节安排

1.5 本章小结

第二章蘑菇温室控制系统原理与控制方案

2.1 蘑菇温室的特点

2.1.1 蘑菇生长环境要求

2.1.2 环境因子的调控策略

2.2 蘑菇温室控制系统的原理

2.3 蘑菇温室控制系统的设计思想

2.4 控制系统总体设计方案

2.4.1 系统综述

2.4.2 系统硬件设计方案

2.4.3 系统软件设计方案

2.5 本章小结

第三章蘑菇温室控制器的硬件设计

3.1 中央处理器

3.1.1 概述

3.1.2 特性

3.2 传感器选型

3.2.1 空气温湿度

3.2.2 土壤温度

3.2.3 土壤湿度

3.2.4 性能指标

3.3 传感器接口设计

3.3.1 模拟量输入

①信号调理电路设计

②A/D 转换

③I2C 总线

3.3.2 数字量输入

3.3.3 开关量输入

3.4 电源处理模块

3.5 液晶显示模块

3.6 按键输入模块

3.7 数据存储模块

3.8 实时时钟模块

3.9 I/O 扩展与输出模块

3.10 本章小结

第四章蘑菇温室控制器的软件设计

4.1 概述

4.2 主程序

4.3 驱动程序

4.3.1 模拟DS18B20 通信协议

4.3.2 模拟SHT11 通信协议

4.4 生长阶段划分

4.5 生长阶段更新

4.5.1 自动运行模式

4.5.2 手动运行模式

4.6 生长阶段控制逻辑

4.6.1 控制逻辑的生成

4.6.2 时间逻辑

4.6.3 条件逻辑

4.6.4 组合逻辑

4.6.5 输入控制逻辑

4.7 生长阶段报警逻辑

4.8 生长阶段设备关联

4.9 专家数据库

4.10 历史数据库

4.11 三级菜单设计及参数设置

1. 键盘结构

2. 菜单索引结构

3. 参数设置索引结构

4. 参数设置与保存

4.12 本章小结

第五章系统性能试验与分析

5.1 实验设计

5.1.1 实验方案

5.1.2 实验仪器及设备

5.2 实验数据与结果分析

5.3 实验结论

5.4 本章小结

第六章总结与展望

6.1 主要研究结论

6.2 建议与展望

附录1 原理图

附录2 实物图

参考文献

致谢

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