基于混合能源的农用大棚控制系统的设计

论文摘要

随着电子技术的发展,先进的检测与控制技术被广泛应用在温室大棚控制系统中。温室种植业作为国家设施农业的重要组成部分是提高单位面积农作物产量的有效手段。如何全面准确地对温室环境因子进行检测与控制具有重要研究意义,对解决我国农业生产所面临的现实情况具有重要的实际意义。但是,如何对温室大棚内环境因子进行全面准确地检测与控制,仍是目前温室控制系统所面临的难题。分布式检测控制理论是将整体划分为区域进行检测与控制的处理方法,在温室控制系统中得到了广泛应用。本学位论文设计一种温室环境因子分布式检测控制系统,用于改善农作物的生长环境。首先,根据温室大棚的分布式控制原理设计多功能移动小车。将环境因子的检测传感器以及调节设备设置在多功能移动小车上,由主控单片机控制小车完成对温室大棚内温湿度、光照度、二氧化碳浓度以及臭氧浓度的分布式检测与控制。其次,针对温室控制系统中补光灯具等消耗电能过大而导致温室大棚运营成本过高的问题,本学位论文提出一种由市电和太阳能组成的混合型供电系统的设计方案。系统中由主控单片机完成对太阳能电池板的MPPT控制,并设计了AC-DC变换与混合能源适配电路。系统利用直流母线供电方式完成电能和通信信号的传输,同时积木式的组合方式可以方便地对系统进行组建与扩展。最后,设计了一种农作物助长系统,该系统包括亮度可调节的红蓝LED植物补光灯单元和基于平衡桥的功放单元。由于系统采用直流母线的供电方式,因此可以方便地增减LED补光灯和音箱的数量。本学位论文设计的多功能移动小车能够对温室大棚环境因子进行分布式检测,由主控单片机控制调节设备和助长系统改善农作物生长环境。混合型供电系统的设计降低了系统对市电的依赖性,电力线载波通信导轨的设计提高了线路的利用率。整个系统具有运营成本低,性价比高的特点。该控制系统可应用于植物实验室或种植具有一定经济效益农作物的塑料大棚中。本学位论文的设计过程对自动化温室控制系统的开发具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 温室检测控制系统的发展现状
• 1.3.1 国内外温室发展现状
• 1.3.2 目前温室控制系统存在的问题
• 1.3.3 温室控制系统的发展趋势
• 1.4 研究内容与主要工作
• 1.5 内容安排
• 第2章 温室大棚控制系统的相关技术
• 2.1 引言
• 2.2 温室分布式检测与控制理论
• 2.3 影响温室大棚农作物生长的环境因子
• 2.3.1 温湿度
• 2.3.2 光照
• 2.3.3 二氧化碳
• 2.3.4 音乐
• 2.4 混合型能源概述
• 2.4.1 混合型供电系统
• 2.4.2 太阳能电池板的MPPT原理
• 2.5 电力线载波技术
• 2.6 本章小结
• 第3章 多功能移动小车的设计
• 3.1 引言
• 3.2 多功能移动小车结构及功能概述
• 3.3 检测单元的电路设计
• 3.3.1 多功能移动小车控制电路
• 3.3.2 光照度检测电路
• 3.3.3 二氧化碳检测电路
• 3.3.4 温湿度检测电路
• 3.4 内循环系统控制电路的设计
• 3.4.1 喷灌系统控制电路
• 3.4.2 臭氧检测与臭氧发生器控制电路
• 3.4.3 内循环风扇控制电路
• 3.5 DC-DC多路变换器的电路设计
• 3.6 电力线载波通信电路的设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 温室大棚主控单元的设计
• 4.1 引言
• 4.2 温室控制系统
• 4.3 混合型能源控制电路的设计
• 4.3.1 MPPT及蓄电池充电电路
• 4.3.2 AC-DC变换与混合能源适配电路
• 4.4 农作物助长系统的电路设计
• 4.4.1 可调式LED补光灯电路
• 4.4.2 音乐助长系统电路
• 4.5 温室控制系统通信协议的制定
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 附录A 相关实验实物图
• 致谢