智能化蔬菜大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

楊帆 許衍彬

【摘 要】大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)是一種為作物提供最好環(huán)境、避免各種棚內(nèi)外環(huán)境變化對(duì)其影響的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用FX2N系列PLC作為下位機(jī)，PC機(jī)作為上位機(jī)，采用三菱D-720通用變頻器，采用溫度、濕度、光照傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，這些模擬量經(jīng)PLC轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，把轉(zhuǎn)化來(lái)的數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，PLC經(jīng)處理后給出相應(yīng)的控制信號(hào)使環(huán)流風(fēng)機(jī)、遮陰簾、微霧加濕機(jī)等設(shè)備動(dòng)作，大棚溫度就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這種技術(shù)不但實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，而且非常適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率也得到了相應(yīng)的提高，通過(guò)種植者對(duì)設(shè)定值的改變，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】變頻器;溫度控制;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

1 緒論

農(nóng)業(yè)大棚對(duì)人來(lái)說(shuō)是很有意義的設(shè)施，讓勞動(dòng)人民不用擔(dān)心天氣就能放心種植，在社會(huì)上得到大家的認(rèn)可。大棚里的植物受許多環(huán)境因素的影響。一方面達(dá)不到狀態(tài)就難以生長(zhǎng)。溫濕度，光照強(qiáng)度以及空氣中各種成分的含量等等。如果全靠人去里面感受，或這等到植物做出不好的反應(yīng)，再去調(diào)節(jié)，恐怕早為時(shí)已晚，所以我們需要利用環(huán)境因子監(jiān)控系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)目前發(fā)展不完善，國(guó)外的比較貴，種植戶一般不會(huì)去選擇使用。

管理大棚最好的狀態(tài)就是可以在別的地方實(shí)施監(jiān)控，利用遠(yuǎn)程監(jiān)控，就可以對(duì)大棚內(nèi)的信息了如指掌，并能下達(dá)命令，運(yùn)行設(shè)備。這樣就可以讓上級(jí)部門看到并了解區(qū)域大棚的運(yùn)行情況通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或者手機(jī)信息來(lái)是實(shí)現(xiàn)讓農(nóng)民們的勞動(dòng)力得到節(jié)省，大棚的產(chǎn)量有明顯的提升。計(jì)算機(jī)接收到大棚內(nèi)環(huán)境的變化以及各種信息的狀態(tài)，根據(jù)這些狀態(tài)，知道如何去調(diào)節(jié)到該有的狀態(tài)。社會(huì)發(fā)展的很快，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有目共睹，控制技術(shù)也有很大的提高，電加熱爐受其影響，發(fā)展的也很快，得益于其控溫系統(tǒng)的進(jìn)步。

采用的傳感器、處理單元等等的不同，導(dǎo)致的準(zhǔn)確度，平穩(wěn)性，測(cè)試溫溫度的范圍等屬性也會(huì)隨之改變，所以在選擇數(shù)字溫度計(jì)時(shí)要根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件的不同來(lái)選擇與之相匹配的數(shù)字溫度計(jì)。手持式，盤裝式，及醫(yī)用的小體積等等都是此溫度計(jì)在現(xiàn)實(shí)生活中，不同的場(chǎng)合下相對(duì)的用途。

因此需要熱敏電阻進(jìn)行溫度變化傳感。由微控制器處理，在發(fā)現(xiàn)溫度變動(dòng)后轉(zhuǎn)化成電信號(hào)（電壓或電流變動(dòng)），再將收集到的電信號(hào)改動(dòng)后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。最后由顯示電路將溫度數(shù)值展示出來(lái)。此方案使用了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)。

2 硬件部分設(shè)計(jì)

2.1環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)

（1）外遮陽(yáng)系統(tǒng)

直流無(wú)刷電機(jī)具備良好機(jī)械及控制特性，同時(shí)和有刷直流電動(dòng)機(jī)在電磁構(gòu)造方面上有著共同的構(gòu)造，但是安置在定子上的是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組，導(dǎo)通逆變器之后，隨后將直流電源和它接通，傳統(tǒng)電機(jī)的電刷和換向器被電子轉(zhuǎn)向來(lái)充當(dāng)。

按繞組形式分類可以將直流無(wú)刷電機(jī)大概分為整矩集中、整矩和短矩分布式三種形式。對(duì)于反電動(dòng)勢(shì)波形而言各式各樣的繞組形式會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不同的影響，有可能波及到電機(jī)本身的性能。其反電動(dòng)勢(shì)波形為各個(gè)導(dǎo)體的反電動(dòng)勢(shì)的疊加，具有較好的梯形反電動(dòng)勢(shì)波形;短矩繞組優(yōu)點(diǎn)是可以縮短繞組端接線，節(jié)約材料成本。主要用于消弱轉(zhuǎn)矩諧波。

（2）環(huán)流風(fēng)機(jī)

與此同時(shí)一定的電磁轉(zhuǎn)矩有感應(yīng)電流發(fā)出。其定子繞組采用三相星形對(duì)稱接法。其轉(zhuǎn)子附有永磁體用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的極性。位置傳感器裝設(shè)在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，通過(guò)檢測(cè)磁極位置來(lái)確定定子繞組是否導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)電機(jī)憑借可靠性的的電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)。功率電子器件和相關(guān)電路是電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置重要組成部分，電機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)以及信息的接收和動(dòng)作受其約束;接受位置傳感器用來(lái)控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速。

（3）溫度加熱器

綜上所述得知，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置每發(fā)生變化，都伴隨驅(qū)動(dòng)控制電路檢測(cè)和輸出位置信號(hào)，最后形成途經(jīng)譯碼電路翻譯之后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，定子繞組的導(dǎo)通狀態(tài)跟從前發(fā)生改變，使轉(zhuǎn)子按特定的路線不斷轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子的順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的繞組在一對(duì)互相導(dǎo)通菱形三相六狀態(tài)的前提下實(shí)現(xiàn)。

2.2傳感器的選擇

上位機(jī)加下位機(jī)是監(jiān)控系統(tǒng)的的兩種設(shè)計(jì)模式。下位機(jī)采用可靠性高的可編程邏輯控制器，遠(yuǎn)程通訊用各種傳感器監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。下位機(jī)應(yīng)用北京亞控科技公司開發(fā)的KINGVIEW6.52組態(tài)軟件編寫人機(jī)界面，以直觀的畫面將風(fēng)機(jī)工作流程展現(xiàn)出來(lái)，之所以能提供良好的操作界面是因?yàn)樯衔粰C(jī)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示關(guān)鍵數(shù)據(jù)和報(bào)警、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等，完成了風(fēng)機(jī)房的無(wú)人值守自動(dòng)化監(jiān)控和管理的設(shè)計(jì)和改造。該系統(tǒng)，定能受到工業(yè)生產(chǎn)的歡迎。礦井主扇風(fēng)機(jī)的組成比較簡(jiǎn)單，由兩個(gè)部分組成：一是風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè);二是對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。

在工控領(lǐng)域的可編程控制器（PLC）和組態(tài)軟件是在這個(gè)系統(tǒng)中充當(dāng)?shù)氖秋L(fēng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)下的核心，信號(hào)采集和控制輸出裝置是作為標(biāo)準(zhǔn)控制柜出現(xiàn)的，另外再加上傳感器、中間繼電器以及其它輔助設(shè)備來(lái)完成對(duì)于整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建。我們可以利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于通風(fēng)機(jī)房以及煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)信息資源共享。在對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候，需要引進(jìn)變頻器，來(lái)達(dá)到其作用。該部件不但能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)風(fēng)速進(jìn)行好的調(diào)整，在調(diào)節(jié)的時(shí)候，能夠直接感知變頻器來(lái)進(jìn)行風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)和保護(hù)等要求。

3 軟件部分設(shè)計(jì)

一個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)不但需要合適的硬件，而且與硬件相配的軟件對(duì)系統(tǒng)也非常重要，軟件主要功能是完成對(duì)信息量的邏輯運(yùn)算然后對(duì)硬件發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令使其動(dòng)作，所以只有軟硬件配合緊密才能共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)有的功能。

這是因?yàn)閷?duì)溫度的實(shí)際感知由空氣溫度來(lái)決定的，而是取決于體感溫度。而體感溫度是由空氣溫度與濕度同時(shí)所決定的，所以在潮濕的夏熱冬冷地區(qū)的冬季取暖也是很有必要的。南方的冬季需要采暖的總體時(shí)間并不長(zhǎng)，然且并不連續(xù)。因此初期投入很大并且供暖時(shí)間連續(xù)的集中供暖并不適用于南方。此時(shí)獨(dú)立采暖就成為了最佳的選擇。對(duì)系統(tǒng)所需是僅采用了單溫度傳感器進(jìn)行溫度的測(cè)量，相對(duì)于整個(gè)房間僅僅一只溫度傳感器很難完整地體現(xiàn)房間地面的整體溫度情況，測(cè)量到的溫度的誤差會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)對(duì)溫度的控制的不準(zhǔn)確。

4 結(jié)論

大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)是一種為作物提供最好環(huán)境、避免各種棚內(nèi)外環(huán)境變化對(duì)其影響的控制系統(tǒng)。溫度自控系統(tǒng)在很多地方都用的到，所以用的比較普遍。溫度自控系統(tǒng)在很多地方都用的到，所以用的比較普遍。PID和點(diǎn)位控制是現(xiàn)在大多數(shù)系統(tǒng)所采用的方法。

本文通過(guò)采用三菱D-720通用變頻器，采用溫度、濕度、光照傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，這些模擬量經(jīng)PLC轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，把轉(zhuǎn)化來(lái)的數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，PLC經(jīng)處理后給出相應(yīng)的控制信號(hào)使環(huán)流風(fēng)機(jī)、遮陰簾、微霧加濕機(jī)等設(shè)備動(dòng)作，大棚溫度就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這種技術(shù)不但實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，而且非常適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率也得到了相應(yīng)的提高，通過(guò)種植者對(duì)設(shè)定值的改變，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，所以本設(shè)計(jì)在未來(lái)國(guó)家蔬菜大棚的智能溫室控制中會(huì)產(chǎn)生很大的影響，提高蔬菜的產(chǎn)量，增強(qiáng)智能化的水平。

參考文獻(xiàn)

[1]黃河，郭紀(jì)林.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2016.

[2]韓九強(qiáng)，周杏鵬.傳感器與監(jiān)測(cè)技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[3]張慧萍.多路溫控系統(tǒng)中溫度監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018.