精品畢業論文--基于物聯網技術的溫室大棚控制系統設計(更新版)

　　

【正文】 ret Tan Derek P ． Atherton ． A refinement procedure for PID controllers[J]． Electrical Engineering， (2020)(88)： 215–221． [15] [美 ]Katsuhiko ，于海勛等 (譯 )．現代控制工程 (第三版 )[M]．北京：電子工業出版社， 2020， 3. 23 致 謝 感謝 。因此，在選擇時不可一概而論，一般認為在以晶閘管作為執行器或在控制精度要求高的系統中，可采用位置式控制算法，而在以步進電動機或電動閥門作為執行器的系統中，則可采用增量式控制算法。 增量 式控制器是指控制器每次輸出的只是控制量的增量，當執行機構，例如步進電機，需要的是增量而不是位置量的絕對數值時，就可以使用增量式 PID 控制器進行控制 [13]。直觀地分析，假設被控對象存在一定的慣性，微分作用將使得控制作用與被控量，與偏差量未來變化趨勢之間形成近似的比例關系。 在 PID 控制的閉環系統中，對于設定值的變化和外擾的響應是不同的，在工程應用上對兩者的性能要求也有所不同，對設定值的變化一般要求滿足一定的前提條件，如無超調 下的快速跟蹤對外擾則希望閉環系統在具有一定衰減比的情況下快速克服。常規的控制系統主要由控制器和被控對象組成。 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流 的一種“自動開關”。連接電路由一對配置 nRF905 模塊構成，其中一端作為發送端，另一端作為 14 接收端。 (T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U2AT89S52LS1BellQ12N39041KR61KR5GNDVCCGNDVCC 圖 報警 電路 13 通信電路 模塊 本系統的通信電路模塊分為主機與從機之間的無線通信和單片機與上位機之間的串口通信。 (2)數字式接口，與單片機系統的接口簡單，操作更方便。 腳 5 中斷信號輸出引腳。 (6) 響應速度快 ，數據傳輸效率高。 引腳功能： 1（ GND） ：接地； 2（ DATA） 與 3（ SCK） ：串行數字接口，其中 DATA 為數據線； 4（ VDD） ：接電源。掉電保護方式下 ， RAM 內容被保存 ， 振蕩器被凍結 ， 單片機一切工作停止 ， 直到下一個中斷或硬件復 位為止。 3 系統硬件設計 溫室大棚控制系統硬件部分 主要由控 制器模塊，電源電路模塊，空氣溫濕度測量電路模塊，土壤濕度測量電路模塊，光強測量電路模塊 、二氧化碳濃度測量電路模塊，顯示電路模塊，報警電路模塊、通信電路模塊、控制電路模塊組成。與方案二和方案三的溫度傳感器相比 SHT10數字式溫濕度傳感器不需外圍元件，直接輸出經過標定了的相對濕度、溫度的數光敏傳感器 鍵盤輸入 采光子系統 照明子系統 二氧化碳添加子系統 AT89C51 單片機 LCD 顯示 數據存儲 鍵盤電路 TC35i 模塊 溫度傳感器 濕度傳感器 光照傳感器 二氧化碳傳感器 A/D變換 6 字信號，無需經過 AD轉換，連接簡單， 可以有效地解決傳統溫、濕度傳感器的不足。 采用TGS4160固態電化學型二氧化碳傳感器檢測溫室大棚中二氧化碳的濃度。 方案論 述 方案一： 本 溫室大棚控制 系統以 AT89S52 單片機為核心 ， 采用加熱 爐和風機、噴灌和滲灌和熒光燈 ， 分別為溫室大棚進行加熱、增加空氣濕度、灌溉、增 4 加二氧化碳濃度、人工補光 ； 采用 SHT10 數字式溫濕度傳感器、 FDS100 型土壤水分傳感器 、 SH300DH 二氧化碳 傳感器 和 TSL2561 光強傳感器 分別檢測溫室大棚的空氣溫濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度、光照度。簡單的說，物聯網是物物相連的網絡，在整個信息采集、傳遞、計算的過程中無需人的參與交互。主機完成 各項數值 預制和報警電路模塊功能，從機完成 采集數值的 顯示及 加熱爐和風機、噴灌和滲灌和熒光燈的 控制 功 能。無線傳感網絡在農業中的一個重要應用是在溫室等農業設施中，采用不同的傳感器和執行機構對土壤水分，空氣溫濕度和光照強度，二氧化碳濃度等影響作物生長的環境信息進行實時監測，系統根據監測到的數據將室內水、肥、氣、光、熱等植物生長所必需的條件控制到最佳狀態，保證作物的增產增收。此 外，主機完成 各項數值 預制和報警電路模塊功能，從機完成 采集數 值的 顯示及 加熱爐和風機、噴灌和滲灌和熒光燈的 控制 功能。 A/D轉換模塊采用逐次漸近型 8路 A/D轉換器 ADC0809，利用 AT89C51單片機的串行 I/O口，采用了專用電平轉換芯片 MAX232，把 TTL電平轉換成 RS232電平，將數據傳給上位機 ( PC機 )，進行數據的存儲。 方案一使用 SH300DH二氧化碳傳感器檢測溫室大棚中二氧化碳的含量，方案二使用 TGS4160固態電化學型二氧化碳傳感器檢測溫室大棚中二氧化碳的濃度，但 TGS4160的預熱時間較長，一般約為 2小時，方案三選用紅外線氣敏傳感器檢測二氧化碳濃度。片上 Flash 允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。 圖 AT89S52 的引腳圖 空氣溫濕度測量電路 模塊 本設計選擇 SHT10 數字式溫濕度傳感器來檢測溫室大棚中空氣的溫濕度。 FDS100 型土壤水分傳感器引腳功能 [7]如下： 紅線（ VDD）： 512 V 電源輸入 黃線 (VOUT)：電壓輸出 0～ DC 黑線 (GND)：地線 功能及特點： (1) 本傳感器體積小巧化設計，攜帶方便，安裝、操作及維護簡單。 各引腳的功能 [8]如下： 腳 1 和腳 3 分別是電源引腳和信號地。 VDD1ADDR SEL2GND3INT4SCL5SDA6U13TSL2561(T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U1AT89S5210KR910KR10GNDVCCVCCGND 圖 TSL2561 光強傳感器連接 電路圖 二氧化碳測量電路 模塊 本設計采用 SH300DH 二氧化碳檢測模塊檢測大棚內的二氧化碳濃度。 電路原理圖 如圖 所示。 nRF905 可以自動完成處理字頭和 CR (循環冗余碼校驗 )的工作，可由片內硬件自動完成曼徹斯特編碼 /解碼，使用 SPI 接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以 10dBm 的輸出功率發射時電流只有 11mA，在接收模式時電流為 [10]。 RS485 標準的特點：采用差動發送 /接收，共模抑制比高，抗干擾能力強；傳輸速率高，它允許的最大傳輸速率可達 10Mb/s(傳送 15m)；傳送距離遠，采用雙絞線，在不用 MODEM 的情況下，當以 100kb/s 的傳輸速率時，可傳送的距離為 ； 能實現多 點對多點的通信， RS485 允許平衡電纜上連接32 個發送器 /接收器對。 (T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U2AT89S52GND12345K1RelayQ42N39041KR11VCC加熱系統GND12345K2RelayQ52N39041KR12VCC通風系統GND12345K3RelayQ62N39041KR13VCC滲灌系統GND12345K4RelayQ72N39041KR12VCC補光系統 圖 繼電器控制電路 電源電路模塊 本設計中用到 3 種電源，分別為 5V、 +5V、＋ 12V。即 17 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????? ??? ? dtdeTdeTtektu Dip???01 () 寫成傳遞函數的形式 ? ? ? ?? ? ???????? ???? sTsTksE sUsG Dp111 () PID 控制器各個參數對系統的動態和穩態性能有不同的影響 [11]。 (2) 對穩態特性的影響 積分作用能消除系統的穩態誤差，提高控制系統的控制精度。計算機控制是一種采樣控制，它只能根據采樣時刻的偏差值計算控制量。 (2) 手動 /自動切換時沖擊小，便于實現無擾動切換。傳感器采集的數據存儲入單片機，單片機初始化，開始比較采集的空氣溫濕度是否在測量范圍內，如果在測量范圍內，則比較采集到的土壤濕度是否在測量范圍內，否則進入空氣溫度調整子程序，控制加熱爐加熱或者通風系統通風以升高或降低空氣溫濕度，然后比較采集到的土壤濕度是否在測量范圍內，以此類推，當比較完采集到的二氧化碳濃度后進入下一個循環重新開始比較空氣溫濕度。 //m、 l、 j、 g 用于計 時 unsigned char xdata show[8]。 //按鍵 1 sbit key2=P0^1。 void wele() //歡迎界面 { chn_disp(0x92,4,歡迎使用 )。 switch(n) 27 { case 0: for(k=0。 break。039。 show[1]=t0ime[1]%16+39。 break。039。039。 case 5: g=wet[2]*0x100+wet[3]。039。039。m39。 show[3]=39。 delay1(100)。 clean()。 chn_disp_1(0x90,0,5,show)。 chn_disp(0x98,4,功能設置 )。 chn_disp(0x90,4,測量間隔 )。 chn_disp(0x98,4,光強范圍 )。 chn_disp(0x92,2,分鐘 )。 change(1)。 show[5]=show[4]。039。 wet[0]=t1ime[2]。 change(5)。 case 7: chn_disp_1(0x81,0,3,CO2)。 break。 bre