自动控制论文-温室自动控制系统设计构想.doc

温室自动控制系统设计构想 摘要：本设计为一个闭环控制系统，由89C51单片机，A/D转换电路，温度检测电路，湿度检测电路，控制系统组成。温度检测电路将检测到的温度转换成电压，该模拟电压经ADC0809转换后，进入89C51单片机，单片机通过比较输入温度与设定温度来控制风扇或电炉驱动电路，当棚内温度在设定范围内时，单片机不对风扇或电炉发出命令。实现了对大棚内植物生长温度以及土壤和空气湿度的检测，监控，并能对超过正常温度、湿度范围的状况进行实时处理，使大棚环境得到了良好的控制。 关键词：传感器、89C51单片机、A/D转换器 1、引言 当今社会是信息化的时代，信息化的气息无处不在。信息化发展的同时，传统农业面临严重的挑战，尤其是我国的传统农业。农业生产效率的提高对整个国民经济的发展祈祷了举足轻重的作用，农业生产的科技化有待进一步提高。 温室又称暖房，能透光、保温，是用来栽培植物的设施。在不适宜植物生长的季节，能提供生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。 随着农业现代化的发展，设施园艺工程因涉及学科广、科技含量高、与人民生活水平密切相关，以越来越受到世界各国的重视。这也为我国大型现代化温室发展提供了极好的机遇，并产生了巨大的推动作用。 温室是栽培其他时节植物的重要技术之一，植物生长的好坏受温室各种环境因素的影响很大。温室里影响作物生长发育的主要因素包括：温度、光照、水分、土壤、空气和生物条件等。利用自动控制技术实时调整温室最适宜农作物生长的环境因素，是现代农业现代化亟待解决的问题，是当前温室栽培成功与否的关键所在。有了自动控制系统，既可以节省劳动力，又可以提高各种作物产量，同时也避免的资源的浪费，符合当前建设资源节约型，环境友好型社会的要求。 2、系统总体设计构想 利用温度控制器检测电路将检测到的温度转换成电压，该模拟电压经温度检测电路将检测到的温度转换成电压，该模拟电压经ADC0809转换后，由INT0中断口进入89C51单片机，单片机通过比较输入温度与设定温度来控制风扇或电炉驱动电路，并将室温送显。当棚内温度在设定范围内时，单片机仅实时显示温度。湿度控制类似。 由于该电路为软硬件综合电路，故单片机能实时监控温度、湿度，并能对相应的变化作出适当的控制调整，还能对温度湿度进行显示。 基本电路框图如下： 3、详细设计 3、1 建立数学模型 3、1、1 对象的数学模型 设温室内温度为：Qs 室外温度：Qw 风扇或电炉的控制阀开度为：X 温室内热量：W=Kw×X 则室内温度为：Qs=1/C∫（Kw×X-W0）dt 向外散热：W0=1/R（Qs- Qw） 由微分方程得温度控制的传递函数为：H(S)=1/TS+1 被控系统的结构图为： 3、2 控制器设置 自动控制系统的各个环节的特性一般是给定的，在设计自动控制系统时，加入专门用来校正(补偿)系统特性的环节(校正环节)，来改变系统特性，使其符合给定的特性要求。由于开环系统一般达不到控制的要求，因而自动控制系统均采用闭环(反馈)控制方法。 3、2、1 比例积分调节器(PD) 比例调节器具有误差，为解决此问题，可引入积分(Inte6raI)环节，比例微分调节器对误差的任何变化，都产生一个控制作用比，阻止误差的变化。c变化越快，pd越大，输出校正量也越大。它有助于减少超调，克服振荡，使系统趋于稳定；同时加快系统的响应速度，减小调整时间，从而改善了系统的动态特性。它的缺点是抗干扰能力变差。 3、2、2 PID调节器 积分器能消除镕差，提高精度，但使系统的响应速度变慢、稳定性变环。微分器能增加稳定性，加快响应速度。比例器为基本环节。三者合用，选择适当的参数，可实现稳定的控制。PID调节器的方块图如下： 3、2、3 单片机和A/D通道 温度传感器检测到的数据送单片机89C51，单片机把采集到的数据与ROM中所设的数据相比较，发出控制指令。当检测到的温度在允许温度范围内时，加温装置，降温装置均不动作。当温度上升或降低到允许范围外时，单片机相应控制端口输出高电平，驱动控制装置。单片机ROM中设置有报警极限温度，当温度到达极限温度值时，单片机输出使三极管TT1导通，蜂鸣器报警。 3、2、4 温度检测 由PN节构成的温度传感器，随温度的变化阻值发生改变。把它接入桥电路，通过桥电路输出压差经741的放大输入AD0809。 3、2、5 风扇、电炉控制电路 单片机P1.7口输出，使三极管导通，光耦4N35工作将直流地与市网交流地隔离，可控硅被触发导通电炉回路。加热装置开始工作。风扇降温装置与电炉加温装置原理类似，不同之处在于可控硅被继电器代替。 4、结束语 此设计构想主要是对室内温度及湿度的控制，通过自动控制系统的应用，方便了更好的对温室内各项指标的控制，既准确又便捷！此次设计过程中，