豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)

1、豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)第一章概述智能溫室也稱作自動(dòng)化溫室，是指配備了由計(jì)算機(jī)控制的可移動(dòng)天窗、遮陽系統(tǒng)、保溫、濕窗簾/風(fēng)扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)、移動(dòng)苗床等自動(dòng)化設(shè)施，基于農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的高科技智能”溫室。智能溫室的控制一般由信號(hào)采集系統(tǒng)、中心計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)三大部分組成。豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)是近年來逐步發(fā)展起來的一種資源節(jié)約型高效設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)，它是在普通日光溫室的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)自控技術(shù)、智能傳感技術(shù)等高科技手段發(fā)展起來的。自上世紀(jì)90年代以來，我國農(nóng)業(yè)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)溫室溫度、濕度、C02&度和光照等環(huán)境因子控制技術(shù)的研究，研制開

2、發(fā)了我國自己的豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1溫室環(huán)境特點(diǎn)溫室氣候環(huán)境作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制對(duì)象，有以下特點(diǎn)：1、非線性。溫室部的氣候處于熱平衡混沌狀態(tài)。大量隨機(jī)的、不確定性因素使得對(duì)其精確建模比較困難。2、分布參數(shù)。由于溫室面積比較大，造成溫室部各個(gè)物理量的分布是不均勻的。比如溫度，溫室部各點(diǎn)溫度都不一樣，四周一般都比中間的低，項(xiàng)部和底部也有一定差別，其值的大小依賴于空間位置和氣流的方向等各種因素，在溫室中的氣候分布是緩慢變化的。3、時(shí)變。作物在生長周期的不同階段，其光合作用能力、吸熱散熱能力等均有所差別。因而，溫室系統(tǒng)是一個(gè)參數(shù)隨著時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。4、時(shí)延。對(duì)于外界

3、所施加的作用，溫室系統(tǒng)并不立即響應(yīng)，而是經(jīng)過一段時(shí)間的延遲才有反應(yīng)。比如，在溫室加熱系統(tǒng)中，對(duì)系統(tǒng)加熱升溫，熱量傳到溫室的各個(gè)部分需要經(jīng)過很長一段時(shí)間的延遲，溫度才會(huì)有所提高。5、多變量藕合系統(tǒng)。溫室系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出系統(tǒng)，系統(tǒng)各變量之間并不是互相獨(dú)立，各個(gè)子系統(tǒng)的控制回路彼此禍合在一起。對(duì)系統(tǒng)任一目標(biāo)的控制，都會(huì)影響其它目標(biāo)的變化。綜上所述，溫室環(huán)境系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，建立精確的控制模型很難實(shí)現(xiàn)。由于作物對(duì)環(huán)境各氣候因子的要求并不是特別的精確，而是一個(gè)模糊區(qū)間，比如作物對(duì)溫度的要求，只要溫度在某一時(shí)間段在某一區(qū)間，該作物就能很好地生長，因此，也沒有必要將各種參數(shù)進(jìn)行精確控制。2.2 系

4、統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路2.2.1 系統(tǒng)分析本系統(tǒng)可以模擬基本的生態(tài)環(huán)境因子一溫度、光照、水分、co等，以適應(yīng)不同的生物生長繁育的需要，它由相關(guān)的智能控制單元組成，按照事先設(shè)定的程序，精確測(cè)量溫室氣候和土壤參數(shù)，并啟動(dòng)或關(guān)閉不用的電動(dòng)外圍設(shè)備，程序所需的參數(shù)通過傳感器采集所得。2.2.2 系統(tǒng)的特點(diǎn)1、預(yù)測(cè)性：通過對(duì)氣候參數(shù)的分析，可以預(yù)測(cè)控制設(shè)備的運(yùn)行情況，提高設(shè)備的利用率，降低能耗。2、強(qiáng)大的擴(kuò)展功能：通過控制不同的外圍設(shè)備，可以控制環(huán)境及灌溉、施肥等。3、完善的資料處理功能：通過中央控制軟件，可以不間斷的記錄各種傳感器的信息以及各種控制設(shè)備的動(dòng)作記錄等。4、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：即工作人員不在現(xiàn)場(chǎng)，也可以

5、通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)溫室的設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和控制2.2.3 系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)是利用PLC把傳感器采集的有關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并把這些數(shù)據(jù)暫存起來，與給定值進(jìn)行比較，經(jīng)一定的控制算法后，給出相應(yīng)的控制信號(hào)進(jìn)行控制。系統(tǒng)還可以經(jīng)過串行通信接口將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，從未完成數(shù)據(jù)管理、智能決策、歷史資料統(tǒng)計(jì)分析等更為強(qiáng)大的功能，閉關(guān)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、編輯、存儲(chǔ)及打印輸出。傳感器將溫度、濕度等轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。經(jīng)過運(yùn)算放大器組成的信號(hào)處理電路換成壓平轉(zhuǎn)化器（V/F）需要的電壓信號(hào)。系統(tǒng)工作時(shí)，PLC通過傳感器來測(cè)量溫室的相應(yīng)數(shù)據(jù)并于設(shè)定值比較，如果溫室的環(huán)境超過了設(shè)定的圍上下限值，PLC就輸出指令，

6、控制接通相應(yīng)的設(shè)備。當(dāng)溫室環(huán)境條件在設(shè)定圍，PLC就輸出指令，切斷設(shè)備電源。如圖2-1所示。埔蛆.如阻.科光.卻id假事溫魔，看度”甩度C?K漱度傳嬴照發(fā).e-.用機(jī).電瞳腳.酒光布.co；林r陶?qǐng)D2-1系統(tǒng)的工作原理圖2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.3.1 系統(tǒng)的組成豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)主要由自動(dòng)控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、自動(dòng)噴灌系統(tǒng)等五個(gè)部分組成，如圖2-2所示控制系統(tǒng)圖2-2豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)組成2.3.2 系統(tǒng)的硬件接線圖本系統(tǒng)由上位機(jī)PC機(jī)，PLC可編程控制其，各類傳感器，PLC擴(kuò)展模塊，驅(qū)動(dòng)及執(zhí)行部分等組成。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中用到電感性負(fù)載，因此電路中設(shè)計(jì)了電容和電阻

7、串聯(lián)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)或斷開電源的時(shí)候由于電動(dòng)機(jī)會(huì)突然斷電或試點(diǎn)，線圈會(huì)產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流。會(huì)對(duì)電路中的電機(jī)產(chǎn)生大的危害。系統(tǒng)具體硬件接線圖如圖2.3.2所示。QO.0啟動(dòng)按鋁Il0RIClp-OHHEj座簾正轉(zhuǎn)rhFh!C普向反轉(zhuǎn)停止螭山加QI2R404n-CZHF遇境傳感累IE2，濕度傳呼器光陰傳感器8漱度傳骷BI10.3IflL410.5Q0.4Q0.5-S.5.機(jī)C5件勵(lì)犯;COICCMQ0.7圖2.2.2豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)硬件接線圖2.3.3 PLC的選擇標(biāo)準(zhǔn)1 .PLC機(jī)型的選擇：(1) PLC在工業(yè)控制中應(yīng)用多年，屬于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，具在生產(chǎn)、調(diào)試、應(yīng)用、服務(wù)等

8、方面都有一套完備的標(biāo)準(zhǔn)，所以產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高，但是考慮到穩(wěn)定性、可維護(hù)性等因素，采用PLC比單片機(jī)具有較高的性價(jià)比。(2) PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊等方面綜合考慮。PLC機(jī)型的選擇基本原則是再滿足功要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性價(jià)比。2.3.3本系統(tǒng)PLC的選擇1、I/O點(diǎn)數(shù)的估計(jì)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行估計(jì)，具體點(diǎn)數(shù)估計(jì)如表2.2.3a所示設(shè)備說明數(shù)量設(shè)備說明數(shù)量啟動(dòng)開關(guān)1電源指示燈1停止開關(guān)鼓風(fēng)機(jī)1卷簾電機(jī)開關(guān)1輝溉水泵1co。補(bǔ)氣開關(guān)1c小補(bǔ)氣電磁他i1埴風(fēng)電機(jī)開關(guān)1卷簾電機(jī)1噴灌泵開關(guān)1紫外燈1總計(jì)6總計(jì)6表2

9、23aI/O點(diǎn)數(shù)的估計(jì)2、輸入量與輸出量的I/O地址分配輸入量與輸出量的I/O地址分配如表2.2.3b所示輸入輸出招動(dòng)按鈕SB110.0天密正轉(zhuǎn)Q0.0傳止按鈕卿10,1天前反轉(zhuǎn)Q0.1溫度傳感器10.2卷簾電機(jī)正轉(zhuǎn)卿,2濕度傳感器10.3卷簾電機(jī)反轉(zhuǎn)00.3光照傳感罌10.4風(fēng)機(jī)系統(tǒng)也4CP濃度傳感器10.5供翱系統(tǒng)Q0.5補(bǔ)光設(shè)備00.6CO1卜氣閥Q0.7表223b輸入量與輸出量的I/O地址分配3、擴(kuò)展模塊的選擇因?yàn)镾7-224集成了14輸入/10輸出，他最多可以有7個(gè)擴(kuò)展模塊，有置時(shí)鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力。由于溫度、濕度、光照強(qiáng)度、CO維度均為模擬量，所以選EM23模塊

10、作為模擬量輸入模塊。2.4系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)如圖2.4所示：主電路春雷電機(jī)旗風(fēng)電機(jī)逼用電機(jī)停%水裊圖2.4主電路設(shè)計(jì)圖2.5控制電路原理圖如圖2.5所示：機(jī)灌溉水泉52電函同圖2.5控制電路原理圖KV州皿遂爭第三章豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真3.1 豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1它的功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。3.1.2 程序設(shè)計(jì)按下啟動(dòng)按鈕，PLC卡是掃描，溫度傳感器將溫室溫度測(cè)量值信號(hào)送到PLC中，PLC再將信號(hào)值處理，在于設(shè)定值進(jìn)行比較，最后將得到的結(jié)果輸出，如果比較結(jié)果高于設(shè)定值，則控制打開通風(fēng)窗或風(fēng)機(jī)，比較結(jié)果等于設(shè)定結(jié)果等于

11、低于設(shè)定值，則打開供熱設(shè)備。假設(shè)風(fēng)機(jī)，供熱設(shè)備，傳感器出現(xiàn)故障的時(shí)候就發(fā)出聲光報(bào)警?？諝鉂穸葌鞲衅鲗z測(cè)的溫室是瀆職送到PLC中，PLC將檢測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果空氣溫度高與設(shè)定值，則控制打開窗子且打開風(fēng)機(jī)進(jìn)行去濕，如果測(cè)量值等于設(shè)定值，則關(guān)閉窗子和風(fēng)機(jī)；如果測(cè)量值低于主設(shè)定值，則發(fā)出指令控制打開空氣濕度電磁閥，對(duì)空氣進(jìn)行噴霧。土壤濕度傳感器檢測(cè)的值首先送到PLC中，有PLC將其與設(shè)定值相比較，如果測(cè)量值高與設(shè)定值，則由PLC發(fā)出控制關(guān)閉控制土壤濕度的電磁閥；如果電磁閥發(fā)生故障則會(huì)發(fā)出聲光警報(bào)。光照傳感器將溫室的光照強(qiáng)度測(cè)量值送到PLC中，由PLCa其與設(shè)定的光照強(qiáng)度進(jìn)行比較，再將其比較結(jié)

12、果送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)中去，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)作，如果測(cè)量值高于設(shè)定值則控制關(guān)閉不光設(shè)備，同時(shí)拉上遮陽簾；如果則兩只等于設(shè)定值，則關(guān)閉不光設(shè)備；如果測(cè)量值地與設(shè)定值，那么則發(fā)出指令打開補(bǔ)光設(shè)備，同時(shí)打開遮陽簾。在這個(gè)過程中，如果遮陽簾電機(jī)，不光設(shè)備出現(xiàn)故障則出現(xiàn)聲光警報(bào)。1、圖3.1.2a主控模塊流程圖溫度控制當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí)，由溫度傳感器將溫室的溫度測(cè)量參數(shù)傳給PLC再由PLC將其檢測(cè)結(jié)果與事先設(shè)定好的溫度進(jìn)行對(duì)比，如果測(cè)量值等于設(shè)定值則保持原來的溫室溫度；如果測(cè)量值與設(shè)定值不等，在判斷大于還是小于，當(dāng)測(cè)量值大與設(shè)定值，則打開通風(fēng)簾，當(dāng)測(cè)量值小于設(shè)定值時(shí)，則打開供熱系統(tǒng)。當(dāng)測(cè)量溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)就會(huì)關(guān)閉供熱系統(tǒng)或通風(fēng)簾。其工作流程圖如圖2、系統(tǒng)開始工作，濕度傳感器考試對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行檢測(cè)。土壤濕度傳感器,土壤濕度傳感器將測(cè)量結(jié)果送到PLC中心后，PLC將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行較,如果測(cè)量值等于或大與設(shè)定值，則關(guān)閉噴灌電磁閥；當(dāng)小于設(shè)定值時(shí)。則打開噴灌電磁閥。具工作流程圖如圖3.1.2c所示圖3.1.2c濕控子模塊流程圖3、光照控制系統(tǒng)啟動(dòng)，光照傳感開始工作，將溫室的光照強(qiáng)度測(cè)量值參數(shù)傳給PLC,由PLC將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，判斷測(cè)量值是否等于設(shè)定值，如果等于，則保持室光照強(qiáng)度；如果測(cè)量值與設(shè)定值不等，在判斷大于還是小于，當(dāng)測(cè)量值大與設(shè)定值，則關(guān)閉遮陽簾，當(dāng)小于設(shè)定值時(shí)，則打開補(bǔ)光設(shè)備。其工作流