I第1章緒論1.1課題研究目的及意義農(nóng)業(yè)的發(fā)展是社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步基石，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，大棚栽培被越來越多的農(nóng)民所接受，并有著向精細(xì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，人們從注重所栽培作物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值逐步發(fā)展到大棚的有效管理，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。我國從年代中期小棚開始，經(jīng)歷了幾代更新，國內(nèi)的大棚種植面積從年的萬畝發(fā)展現(xiàn)在的萬畝，居世界第一使苗圃的栽培不再受地域和季節(jié)的限制，己經(jīng)成為人們生活，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要組成部分。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也從原來的粗型向集約型發(fā)展，出現(xiàn)了智能農(nóng)業(yè)、精細(xì)農(nóng)業(yè)。目前，我國大棚以塑料大棚和溫室大棚為主，在大棚管理方面主要的形式還是以人工為主，依靠人工的經(jīng)驗(yàn)來管理，從一定程度上造成了資源的浪費(fèi)，而以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)，存在著投入成本相對(duì)較高，布線復(fù)雜，故障修復(fù)困難等問題，難以推廣。由于我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡，大部分地區(qū)無法投入大的資金建立高標(biāo)準(zhǔn)大棚基地，同時(shí)缺乏專業(yè)人員，至使較多的大棚沒有充分發(fā)展其效能，因此，研究大棚的環(huán)境參數(shù)，結(jié)合苗圃生長環(huán)境，開發(fā)一套性價(jià)比高且具有一定的通用性、實(shí)用性、靈活性和可擴(kuò)展性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是有必要的論文即是對(duì)苗圃大棚的環(huán)境溫度，土壤濕度，二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度四個(gè)參數(shù)的有效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)了一套基于環(huán)境參數(shù)的苗圃大棚監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)影響作物生長的四個(gè)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并以此為依據(jù)，結(jié)合作物的具體生長信息對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)、適量的精準(zhǔn)灌溉，起到高效灌溉，節(jié)水、節(jié)能的作用可以為相關(guān)的部門或者企業(yè)研究與設(shè)計(jì)大棚監(jiān)控系統(tǒng)提供參考。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀隨著新型的多功能的電子產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)面的應(yīng)用，國外一些發(fā)達(dá)國家對(duì)于大棚自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)研究與推廣已經(jīng)很成熟早在世紀(jì)年代，國外的溫室就開始快速的發(fā)展，目前在該系統(tǒng)的運(yùn)行，管理方面比較完善，而且系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較高。下面以大棚監(jiān)控系統(tǒng)的研究處于世界領(lǐng)先水平且具有代表性的的美國和英國為例進(jìn)行介紹。美國在19年代就建立了可以人工控制溫濕度、光照等環(huán)境變量的人工氣候室。目前美國研制的大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)只要工作人員輸入特定苗圃的生長條件及要求，系統(tǒng)就可以對(duì)影響該苗圃的溫濕度、光照強(qiáng)度等因素進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)控，而且己將遙感遙測(cè)技術(shù)和全球定位技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)。用戶可以在很遠(yuǎn)的地方通過信號(hào)接收裝置接收到大棚內(nèi)的設(shè)定的環(huán)境變量。英國的大棚管理目前全部采用計(jì)算機(jī)管理比較具有代表性的是倫敦大學(xué)農(nóng)學(xué)院開發(fā)研制的溫室計(jì)算機(jī)遙控技術(shù)，可以在以外的地方進(jìn)行溫室里的苗圃葉表的含水量、溫度、溫室空氣質(zhì)量、等環(huán)境因素進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)調(diào)控。該系統(tǒng)對(duì)于英國大規(guī)模化的溫室智能栽培指明了方向。荷蘭的溫室控制技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位，是歐美西方國家的代表。荷蘭的溫室全部由計(jì)算機(jī)控制。由于荷蘭的地理位置，溫度變化小，因此溫室內(nèi)的降溫、通風(fēng)的問題考慮較少，更多的研究在于采光等的控制。溫室內(nèi)有工業(yè)計(jì)算機(jī)用于實(shí)現(xiàn)氣候的控制、灌溉、施肥等等作用。它的溫室隔熱技術(shù)、溫室保溫技術(shù)、溫室加濕技術(shù)、空氣二氧化碳濃度調(diào)節(jié)技術(shù)以及人工補(bǔ)光技術(shù)都處于世界領(lǐng)先水平。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國溫室栽培技術(shù)是全世界起源最早的國家，在多年前就己經(jīng)能利用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施溫室的雛形栽培苗圃，至世紀(jì)年代，中國的溫室農(nóng)業(yè)始終徘徊在水平低、規(guī)模小、發(fā)展非常緩慢的狀態(tài)。七十年代末，我國的溫室以塑料大棚、日光溫室為主，這類溫室屬于傳統(tǒng)溫室作業(yè)，成本較低、效益較好。但是設(shè)備環(huán)境調(diào)控能力差、相對(duì)簡(jiǎn)陋，一定程度限制了溫室作物的質(zhì)量、產(chǎn)量以及溫室勞動(dòng)生產(chǎn)率和利用率。目前，由于國內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的限制，國內(nèi)的大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究處于起步階段，對(duì)苗圃大棚的監(jiān)控落后于發(fā)達(dá)國家。在中國的大部分地區(qū)，大棚的灌溉以人工漫灌的方式為主，灌溉量也取決于農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)，浪費(fèi)了勞動(dòng)力與水資源。同時(shí)溫度的檢測(cè)也以使用不便與誤差較大的玻璃管溫度計(jì)為主。其他大棚內(nèi)影響苗圃生長的比如光照強(qiáng)度、濕度等的因素大都是靠工作人員的經(jīng)驗(yàn)來判斷，真正的大棚自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)在國內(nèi)多處于研制、試用階段，能投入實(shí)際應(yīng)用且價(jià)格低廉的并不多。由于溫室環(huán)境復(fù)雜，它是一個(gè)多藕合、非線性、多變量等動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，要為苗圃提供適宜的生長生態(tài)環(huán)境，這就對(duì)溫室環(huán)境的監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)提出了更高的要求。近代溫室的發(fā)展經(jīng)歷了改良型日光溫室、大型玻璃溫室和現(xiàn)代化溫室三個(gè)階段，但由于各地區(qū)生產(chǎn)狀況、經(jīng)濟(jì)條件和利用目的的差異，至今各階段不同類型的溫室依然并存。總的來說，我國溫室環(huán)境控制技術(shù)在總體上，正從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没⒕C合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。下面就以國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心開發(fā)的智能型遠(yuǎn)程溫室環(huán)境控制器這個(gè)國內(nèi)具有代表性的系統(tǒng)為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心開發(fā)的智能型遠(yuǎn)程溫室環(huán)境控制器，該控制器集成度高且針對(duì)性強(qiáng)，可以對(duì)大棚內(nèi)的空氣的溫濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度、濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸至室內(nèi)服務(wù)器。通過專家決策系統(tǒng)對(duì)溫室灌溉、施肥、農(nóng)藥噴施、通風(fēng)喚氣等控制過程實(shí)施智慧決策和遠(yuǎn)程分布式調(diào)控。這套控制器集參數(shù)實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)報(bào)警為一體。1.3課題研究?jī)?nèi)容基于國內(nèi)大棚環(huán)境參數(shù)控制存在的一系列問題。論文旨在設(shè)計(jì)一種大棚自動(dòng)監(jiān)控，可以對(duì)大棚內(nèi)的溫濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等影響苗圃生長的環(huán)境要素進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，對(duì)超標(biāo)的環(huán)境參數(shù)實(shí)施報(bào)警。起到高效、節(jié)能的作用。經(jīng)過調(diào)查研究以及資料的整理，對(duì)基于環(huán)境參數(shù)的大棚監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，論文在設(shè)計(jì)這套系統(tǒng)的過程中所研究的內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。研究國內(nèi)外大棚監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及苗圃生產(chǎn)方面的相關(guān)知識(shí)，確定影響苗圃生長的主要因素；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可行性分析與需求分析，完成系統(tǒng)總體系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及個(gè)功能模塊的劃分；依據(jù)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，確定相關(guān)傳感器的選型并完成下位機(jī)總體硬件電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；苗圃大棚內(nèi)出現(xiàn)不利于苗圃生長的環(huán)境參數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，使用組態(tài)王軟件模擬系統(tǒng)運(yùn)行。

第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案基于環(huán)境參數(shù)的苗圃大棚監(jiān)控系統(tǒng)的研究對(duì)象是單個(gè)的大棚內(nèi)部，對(duì)大棚內(nèi)的溫度、濕度、濃度與光照強(qiáng)度進(jìn)行在線的監(jiān)測(cè)，如果濕度低于預(yù)設(shè)值，自動(dòng)報(bào)警。該系統(tǒng)對(duì)提高我國苗圃產(chǎn)量，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展有一定的參考意義。2.1系統(tǒng)需求分析基于環(huán)境參數(shù)的大棚監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)苗圃大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)控，因此系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)測(cè)量誤差小、系統(tǒng)建成成本低、能耗低且便于維護(hù)等特點(diǎn)。（1）實(shí)時(shí)性系統(tǒng)的數(shù)據(jù)釆集的實(shí)時(shí)性是監(jiān)控系統(tǒng)很重要的一個(gè)方面，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崟r(shí)的從大棚內(nèi)獲取環(huán)境參數(shù)信息。（2）可靠性及可用性系統(tǒng)的軟、硬件運(yùn)行應(yīng)具有較高的可靠性與可用性，避免出現(xiàn)系統(tǒng)硬件的故障與軟件的死機(jī)的情況。同時(shí)系統(tǒng)的人機(jī)界面應(yīng)當(dāng)友好、實(shí)用。2.2系統(tǒng)的可行性分析在設(shè)計(jì)任何一個(gè)系統(tǒng)前都應(yīng)當(dāng)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行可行性的分析，因此苗圃大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行可行性分析是必要的。1、技術(shù)可行性分析（1）軟件可行性系統(tǒng)的組態(tài)仿真以及PLC軟件編程的知識(shí)已經(jīng)學(xué)過，并且現(xiàn)有的資料非常豐富，軟件用熟悉的語言編寫，語言具有語法簡(jiǎn)潔、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型豐富、可以執(zhí)行好、程序執(zhí)行效率高等特點(diǎn)。（2）硬件可行性系統(tǒng)的前端硬件采集部分采用的是精度較高的傳感器，數(shù)據(jù)處理部分釆用的是性價(jià)比較高的PLC控制器件，采集的數(shù)據(jù)用有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。2、經(jīng)濟(jì)可行性系統(tǒng)硬件主要選用的是價(jià)格低廉，性價(jià)比較高的一些設(shè)備，相對(duì)于系統(tǒng)帶來的收益，總的硬件成本不是很高，因此在經(jīng)濟(jì)上是可行的。3、管理可行性論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)只需要管理安裝于大棚內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)和處理模塊以及控制中心的計(jì)算機(jī)即可，管理方便且易于維護(hù)。2.3系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及總體結(jié)構(gòu)論文系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是在總結(jié)分析國內(nèi)外現(xiàn)有的大棚監(jiān)控系統(tǒng)的利弊上總結(jié)出來的。系統(tǒng)不僅能適應(yīng)目前的軟件硬件的需要，又要有預(yù)見性的擴(kuò)充，在進(jìn)行了系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀分析、需求分析以及可行性分析以后得出系統(tǒng)的方案功能模塊如圖所示。圖2.2系統(tǒng)框圖系統(tǒng)釆用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊之間保持相互的獨(dú)立，有利于系統(tǒng)的升級(jí)與擴(kuò)展。該監(jiān)控系統(tǒng)共有三個(gè)部分：前端的數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分以及監(jiān)控中心。前端的數(shù)據(jù)采集部分一般負(fù)責(zé)傳感器的數(shù)據(jù)采集以及初步的數(shù)據(jù)處理來傳輸給上位機(jī)；數(shù)據(jù)傳輸部分是將傳感器采集到的數(shù)據(jù)按照約定的協(xié)議傳輸?shù)缴衔粰C(jī)；監(jiān)控中心負(fù)責(zé)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，計(jì)算機(jī)經(jīng)過對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理以后，如有發(fā)現(xiàn)異常則釆取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

第3章系統(tǒng)硬件控制設(shè)計(jì)3.1方案設(shè)計(jì)3.1.1方案一的設(shè)計(jì)思路把溫濕度傳感器采集到的溫濕度信號(hào)直接傳輸至控制器，在控制器中進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，先比較濕度在比較溫度濕度。控制器根據(jù)比較的結(jié)果來啟停相應(yīng)的溫濕度控制設(shè)備。溫濕度信號(hào)傳至控制器后在控制器中先比較濕度的大小，比較得出三個(gè)支路：濕度高于75%的、濕度在55%～75%之間的和濕度低于55%的，接著對(duì)應(yīng)于濕度比較后的每個(gè)支路再比較溫度，跟濕度比較的一樣得出三個(gè)支路：溫度高于32℃的、溫度在30～32℃之間的和溫度低于30的。最后總共得出九個(gè)支路。例如：溫濕度傳至控制器后先比較濕度，濕度介于55%～75%之間，再比較溫度，溫度高于32℃，則要打開前后窗、停止后窗風(fēng)機(jī)、啟動(dòng)濕簾風(fēng)機(jī)水泵、停止供熱泵、停止降濕設(shè)備、啟動(dòng)制冷器，等待60s后，再返回去進(jìn)行溫濕度的比較。其他支路也是如此。控制思路簡(jiǎn)單清晰，但是若采用PLC做控制器則此方案不可行，因?yàn)镻LC內(nèi)部沒有數(shù)據(jù)比較這個(gè)功能。采用單片機(jī)來控制是可行的，單片機(jī)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較，但是單片機(jī)最大的缺點(diǎn)就是穩(wěn)定性不強(qiáng)，抗干擾能力差。3.1.2方案二的設(shè)計(jì)思路 由于單片機(jī)的抗干擾性和穩(wěn)定性都不強(qiáng)，而PLC的抗干擾性和穩(wěn)定性都比較好，所以還是考慮用PLC來控制。PLC中不能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，就在PLC外部進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，再把比較好的信號(hào)傳入PLC，由PLC根據(jù)信號(hào)來控制響應(yīng)點(diǎn)的啟停。如圖3.1.2所示，最后PLC根據(jù)輸入啟停溫濕度控制設(shè)備。PLC根據(jù)輸入信號(hào)啟停溫濕度控制設(shè)備。例如，當(dāng)輸入為高溫高濕時(shí)，由PLC打開前后窗、后窗風(fēng)機(jī)、降濕設(shè)備、置冷器、警示燈。同時(shí)關(guān)閉濕簾風(fēng)機(jī)水泵、供熱泵、報(bào)警器。等待60s后，再返回去進(jìn)行溫濕度的檢測(cè)。圖3.1.2方案二溫濕度信號(hào)處理圖3.1.3最終控制方案的確定單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，它是把微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，及中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及I/O接口電路集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)既小巧有完善的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。和PLC（關(guān)于PLC將在后文介紹）相比，單片機(jī)的穩(wěn)定性和抗干擾能力沒有PLC那么強(qiáng)，同時(shí)單片機(jī)使用的語言是匯編語言，跟PLC所使用的梯形圖或者狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖相比，復(fù)雜了很多，不易于被廣大電氣技術(shù)人員所理解。由于PLC內(nèi)部不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較，單片機(jī)內(nèi)部可以比較數(shù)據(jù)的比較，但由于單片機(jī)穩(wěn)定性和抗干擾能力不強(qiáng)，所以不采用方案一。最終確定采用方案二。3.2PLC主控制電路設(shè)計(jì)3.2.1PLC介紹可編程控制器簡(jiǎn)稱PC（英文全稱：ProgrammableController），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：ProgrammableLogicController）和可編程序控制器PC幾個(gè)不同時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程控編程邏輯控制器這個(gè)老名字。20世紀(jì)80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。PLC由于具有可靠性高、抗干擾??能力強(qiáng)、??功能完??善、配套??齊全、適??用性強(qiáng)、易學(xué)??易用、??深受工??程技術(shù)??人員歡??迎、系??統(tǒng)的設(shè)??計(jì)、??維護(hù)方??便、容??易改造??、重??量輕、體積??小、??能耗低??等這些??優(yōu)點(diǎn)。??因此，??目前，??PLC??在國內(nèi)??外已廣??泛應(yīng)用??于鋼鐵??、石油??、化工??、電力??、機(jī)械??制造、??汽車、????交通運(yùn)??輸、環(huán)??保及文??化娛樂??等各個(gè)??行業(yè)。??PLC??的選擇??主要應(yīng)??從PL??C的機(jī)??型、容??量、I??/O模??塊、電??源模塊??、特殊??功能模??塊、通??信聯(lián)網(wǎng)??能力等??方面綜合考慮。3.2.2PLC機(jī)型選擇的基本原則PLC選擇是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：第一，選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個(gè)I／O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便，在I／O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I／O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。第二，安裝方式的選擇，PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I／O式以及多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I／O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I／O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I／O可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程I／O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。第三，相應(yīng)的功能要求，一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對(duì)于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A／D和D／A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。第四，響應(yīng)速度要求，PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I／O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。第五，機(jī)型盡量統(tǒng)一，一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題：①機(jī)型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。②機(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。③機(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。3.2.3PLC容量的選擇步驟PLC的容量包括I／O點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)容量?jī)蓚€(gè)方面。①I／O點(diǎn)數(shù)的選擇，PLC平均的I／O點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I／O點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的I／O點(diǎn)最少，但必須留有一定的裕量。通常I／O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上10%~15%的裕量來確定。②存儲(chǔ)容量的選擇用戶程序所需的存儲(chǔ)容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，而且還與功能實(shí)現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的程序員和一個(gè)初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時(shí)，其程序量可能相差25%之多，所以對(duì)于初學(xué)者應(yīng)該在存儲(chǔ)容量估算時(shí)多留裕量。3.2.4PLC的選型輸入點(diǎn)數(shù)為24，輸出點(diǎn)數(shù)為29。根據(jù)控制的需要和PLC的選用要求和原則，本設(shè)計(jì)選用的是FX3U系列的型號(hào)的可編程控制器。該可編程控制器的I/O端口為64，其輸入端口和輸各為32。FX3U系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于FX3U系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊。FX3U系列是功能很強(qiáng)大的微PLC，可擴(kuò)展到多達(dá)256I/O點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用的是64個(gè)I/O點(diǎn)，并且能增加特殊功能模塊或擴(kuò)展板。通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項(xiàng)使得FX3U在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應(yīng)用方面非常完美。定位和脈沖輸出功能，一個(gè)PLC單元能同時(shí)輸出2100KHz脈沖，PLC配備有7條特殊的定位指令，包括零返回、絕對(duì)位置讀出、絕對(duì)或相對(duì)驅(qū)動(dòng)以及特殊脈沖輸出控制。圖3.2.4FX2N3U系列PLC3.2.5電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路主要包含如下模塊：PLC模塊、以控制器模塊、傳感器模塊以及各種接口模塊等。系統(tǒng)的原理圖如圖所示。圖3.2.5PLC硬件連接圖系統(tǒng)的IO表分配如下表所示：表3.2.5IO表環(huán)流風(fēng)機(jī)Y0微霧加濕機(jī)Y1排風(fēng)機(jī)Y2遮陰簾Y3報(bào)警Y4指示燈Y5啟動(dòng)按鈕X0停止按鈕X1自動(dòng)模擬選擇開關(guān)X2手動(dòng)模擬選擇開關(guān)X33.3傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3.3.1溫濕度傳感器溫度傳感器按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。系統(tǒng)采用了性價(jià)比比較高的且可以直接輸出數(shù)字信號(hào)的HTVxxLPEM溫度傳感器。該傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的可用于各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：位光刻、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器和、配置寄存器。與PLC的接口電路如圖所示。圖3.1溫度傳感器接口對(duì)于濕度傳感器的選擇，理想情況下應(yīng)該選擇能夠插入土壤并與土壤接觸而且隨時(shí)感應(yīng)整個(gè)土壤濕度變化。但實(shí)際上本身市場(chǎng)上的濕度傳感器就比較少，而且隨著精度的提高價(jià)格攀升幅度較大，一般價(jià)格比較昂貴。基于對(duì)精度要求一般，而且出于資金的限制，進(jìn)行多方對(duì)比，我們選擇了性價(jià)比比較高的濕度傳感器HTVxxLPEM，在具備較高性價(jià)比的同時(shí)，其較好的功能性也對(duì)電路起到簡(jiǎn)化作用。同時(shí)，此傳感器輸出電壓連續(xù)、信號(hào)較強(qiáng)，而且范圍變化合理。從到能夠連續(xù)變化。內(nèi)部的兩個(gè)熱化聚合體層之間形成的平板電容器電容量的大小可隨濕度的不同發(fā)生變化，從而可完成對(duì)濕度信號(hào)的采集。結(jié)構(gòu)圖及引腳定義分別如圖所示。采用封裝形式。圖3.2HTVxxLPEM的結(jié)構(gòu)圖及引腳圖HTVxxLPEM的輸出電壓是供電電壓、濕度及溫度的函數(shù)。電源電壓升高，輸出電壓將成比例升高。圖3.3濕度傳感器電路3.3.2光照度傳感器光控用于控制遮陽幕的開關(guān)，使作物得到合理的光照并實(shí)現(xiàn)以下目的：免除作物超過光飽合點(diǎn)，提高光合作用；實(shí)現(xiàn)對(duì)長日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制。光照度傳感器可以采用建大仁科的產(chǎn)品型號(hào)RS-GZ*-*-2光照度傳感器。該傳感器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度的測(cè)量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號(hào)，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長，抗干擾能力強(qiáng)，量程可調(diào)。它的接口電路如圖所示。1.量程：0-65535Lux2.供電電壓：DC10-30V3.輸出信號(hào)：4-20mA，0-10V圖3.4光照度傳感器接口3.3.3二氧化碳濃度傳感器系統(tǒng)選用的二氧化碳濃度傳感器是英國GSS的C20，該傳感器具有響應(yīng)速度快，低功耗，防水抗震動(dòng)和精度高等特點(diǎn)。C20數(shù)字傳感器四線連接就可以工作，其中從左至右分別為：接地、串行輸入(接收數(shù)據(jù))、串行輸出(發(fā)送數(shù)據(jù))、+5V電壓。該傳感器能實(shí)時(shí)的感應(yīng)二氧化碳的濃度，在-25C-+55C的范圍內(nèi)有溫度補(bǔ)償。由于它的體積小，防水等功能，所以特別適合在濕度比較大的大棚內(nèi)使用。接口電路如圖所示。圖3.5二氧化碳傳感器接口第4章PLC編程及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1PLC編程介紹PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。PLC編程語言是多種多樣的，對(duì)于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語言的表達(dá)方式也不相同，但基本上可歸納兩種類型：一是采用字符表達(dá)方式的編程語言，如語句表等；二是采用圖形符號(hào)表達(dá)方式編程語言。語句表語言是一種與匯編語言類似的助記符編程表達(dá)方式。在PLC應(yīng)用中，經(jīng)常采用簡(jiǎn)易編程器，而這種編程器中沒有CRT屏幕顯示，或沒有較大的液晶屏幕顯示。因此，就用一系列PLC操作命令組成的語句表將梯形圖描述出來，再通過簡(jiǎn)易編程器輸入到PLC中。雖然各個(gè)PLC生產(chǎn)廠家的語句表形式不盡相同，但基本功能相差無幾。語句是語句表程序的基本單元，每個(gè)語句和微機(jī)一樣也由地址（步序號(hào)）、操作碼（指令）和操作數(shù)（數(shù)據(jù)）三部分組成。邏輯圖語言是一種類似于數(shù)字邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程語言，由與門、或門、非門、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器等邏輯符號(hào)組成。有數(shù)字電路基礎(chǔ)的電氣技術(shù)人員較容易掌握。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，為了增強(qiáng)PLC的運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理及通信等功能，以上編程語言無法很好地滿足要求。近年來推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高級(jí)語言，如BASIC語言、C語言、PASCAL語言等進(jìn)行編程。采用高級(jí)語言后，用戶可以像使用普通微型計(jì)算機(jī)一樣操作PLC，使PLC的各種功能得到更好的發(fā)揮。本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況，采用的是手持編程器。在使用PLC的進(jìn)行工作前，先要進(jìn)行編程，PLC的指令相當(dāng)豐富，本設(shè)計(jì)所用到的指令都是基本指令。表4.1基本指令指令功能指令功能LD常開觸點(diǎn)邏輯運(yùn)算開始STL置位指令LD常開觸點(diǎn)串聯(lián)連接RET復(fù)位指令OR常開觸點(diǎn)并聯(lián)連接MC主控電路塊起點(diǎn)LDI常閉觸點(diǎn)邏輯運(yùn)算開始MCR主控電路塊終點(diǎn)ANI常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接INV邏輯運(yùn)算結(jié)果取反ORI常閉觸點(diǎn)并聯(lián)連接SET令元件自保持ONOUT線圈驅(qū)動(dòng)RST令元件自保持OFFEND結(jié)束M0～M7是程序初始化專用的特殊中間繼電器，分別對(duì)應(yīng)著手動(dòng)、回原點(diǎn)、單步、單周期、自動(dòng)循環(huán)、回原點(diǎn)啟動(dòng)、自動(dòng)循環(huán)啟動(dòng)、自動(dòng)循環(huán)停止的八項(xiàng)功能，若其中某個(gè)特殊中間繼電器接通，則跳轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序。如果M0接通則進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行模式，程序跳轉(zhuǎn)至S0狀態(tài)；如果M6接通則進(jìn)入自動(dòng)模式，程序跳轉(zhuǎn)至S2狀態(tài)。前五個(gè)特殊中間繼電器在程序中不允許有一個(gè)以上同時(shí)接通（例如手動(dòng)和自動(dòng)循環(huán)不能同時(shí)接通）。S20到S33代表步進(jìn)程序中狀態(tài)S20至S33的狀態(tài)，這里可以根據(jù)自動(dòng)循環(huán)的程序步數(shù)而定。表4.1初始化程序表步序指令步序指令0LDX0114ORM201OUTM015ANIX152OUTY2616OUTM203LDIM800017OUTY304OUTM118LDX155OUTM219OUTM76OUTM320LDX107LDX0221OUTY338OUTM422LDM209OUTY2723OUTM804110LDIM800024LDM800011OUTM525OUTFNC60M0S20S3312OUTM613LDX034.2組態(tài)監(jiān)控組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。4.3溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)苗圃大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)溫度檢測(cè)的控制流程圖如圖4.3所示:圖4.3溫度模塊控制流程圖4.4濕度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)苗圃大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)濕度檢測(cè)的控制流程圖如圖4.4所示:圖4.4溫度模塊控制流程圖4.5光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)苗圃大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)的光照檢測(cè)的控制流程圖如下圖4.5所示:圖4.5光照強(qiáng)度檢測(cè)控制流程圖4.6二氧化碳濃度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)苗圃大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)的二氧化碳濃度的控制流程圖如下圖所示：圖4.6二氧化碳濃度控制流程圖4.7控制界面開發(fā)設(shè)計(jì)1.建立新工程在亞控中建立新工程時(shí)，首先通過亞控的“工程管理器”指定工程的名稱和工作路徑，不同的工程一定要放在不同的路徑下。指定工程的名稱和路徑，啟動(dòng)亞控的“工程管理器”，如圖所示。圖4.7.1力控工程管理器界面單擊菜單欄“文件/新建工程”命令或工具條“新建”按鈕或快捷菜單“新建工程”命令后，彈出“新建工程向?qū)б弧睂?duì)話框，在“工程名稱”文本框中輸入新建工程的名字，在“工程描述”中輸入對(duì)新建工程的描述文本。單擊“完成”按鈕，確認(rèn)新建的工程。圖4.7.2新建工程向?qū)?.創(chuàng)建組態(tài)界面進(jìn)入亞控的開發(fā)系統(tǒng)后，可以為每個(gè)工程建立無限數(shù)目的畫面，在每個(gè)畫面上可以組態(tài)相互關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形。這些畫面是由亞控開發(fā)系統(tǒng)提供的豐富的圖形對(duì)象組成的。開發(fā)系統(tǒng)提供了文本、直線、矩形、圓角矩形、圓形、多邊形等基本圖形對(duì)象，同時(shí)還提供了增強(qiáng)型按鈕、實(shí)時(shí)\歷史趨勢(shì)曲線、實(shí)時(shí)\歷史報(bào)警、實(shí)時(shí)\歷史報(bào)表等組件。開發(fā)系統(tǒng)還提供了在工程窗口中復(fù)制、刪除、對(duì)齊、打成組等編輯操作,提供對(duì)圖形對(duì)象的顏色、線型、填充屬性等操作工具。亞控開發(fā)系統(tǒng)提供的上述多種工具和圖形,方便用戶在組態(tài)工程時(shí)建立豐富的圖形界面。單擊左側(cè)目錄中的“畫面”，在右側(cè)單擊“新建”，彈出“新建畫面”對(duì)話框，如圖4.7.3所示。圖4.7.3新畫面在“新畫面”對(duì)話框中，可以給畫面命名，在注釋中，可以選擇畫面位置及其畫面風(fēng)格。3.定義IO設(shè)備在亞控中，把需要與亞控組態(tài)軟件之間交換數(shù)據(jù)的設(shè)備或者程序都作為10設(shè)備，10設(shè)備包括：DDE、OPC、PLC、UPS、變頻器、智能儀表、智能模塊、板卡等，這些設(shè)備一般通過串口和以太網(wǎng)等方式與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)：只有在定義了IO設(shè)備后，亞控才能通過數(shù)據(jù)庫變量和這些IO設(shè)備。用組態(tài)王軟件繪制PLC的控制面板，可以提前設(shè)計(jì)控制相，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控。系統(tǒng)的界面如圖4.7.4所示。圖4.7.4界面圖組態(tài)完成后，下載硬件組態(tài)到PLC中，需要建立PLC與PC的通信連接，在機(jī)端進(jìn)行通信配置。本系統(tǒng)選用的有PN接口，將PLC的通信配置為以太網(wǎng)通信，配置如下：（1）在PN-IO槽雙擊彈出PN-IO屬性對(duì)話框，如圖4.7.5所示：圖4.7.5PN-IO屬性對(duì)話框設(shè)置（2）點(diǎn)擊屬性對(duì)話框，顯示設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的對(duì)話框，將其中的IP地址設(shè)置為：192.168.0.12子網(wǎng)掩碼設(shè)置為255.255.255.0，如圖4.7.6。圖4.7.6PLCIP地址和子網(wǎng)掩碼設(shè)置（3）點(diǎn)擊新建按鈕，將會(huì)創(chuàng)建一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，用于PLC與其他設(shè)備的連接，這里輸入的IP地址和子網(wǎng)掩碼即為PLC的IP地址和子網(wǎng)掩碼。（4）采用TCP/IP通訊方式，必須啟動(dòng)IPProtocolbeingused，將組態(tài)下載到CPU，則PLC方面設(shè)置完成。第5章系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)調(diào)試步驟硬件選型：選擇合適的PLC型號(hào)和相關(guān)的信號(hào)采集模塊，包括傳感器、儀表等，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求和系統(tǒng)規(guī)模進(jìn)行選型。考慮到環(huán)境條件和信號(hào)采集要求，選擇耐高溫、耐腐蝕的傳感器和合適的儀表。信號(hào)接線：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件選型，進(jìn)行信號(hào)接線的布局和連接，包括傳感器和儀表與PLC之間的連接，確保信號(hào)能夠穩(wěn)定傳輸和正確采集。控制邏輯編程：使用PLC編程軟件，如STEP7等，進(jìn)行控制邏輯的編程。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求和控制策略，編寫合適的PLC程序，包括信號(hào)采集、信號(hào)處理、控制算法等，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化控制。人機(jī)界面設(shè)計(jì)：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)合適的人機(jī)界面，用于操作員對(duì)過程進(jìn)行監(jiān)控和操作。可以使用PLC編程軟件提供的HMI（人機(jī)界面）功能，或者額外添加觸摸屏等外部設(shè)備，使操作員可以直觀地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)、調(diào)整參數(shù)、設(shè)置報(bào)警等。系統(tǒng)監(jiān)控和報(bào)警設(shè)置：根據(jù)控制邏輯和系統(tǒng)需求，設(shè)置合適的系統(tǒng)監(jiān)控和報(bào)警功能。可以通過PLC編程軟件設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)控參數(shù)，并設(shè)置合適的報(bào)警條件和報(bào)警方式，如聲音、光亮、顯示等，以便在異常情況下及時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)措施。系統(tǒng)調(diào)試和驗(yàn)證：在組態(tài)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和驗(yàn)證，檢查信號(hào)采集和控制邏輯的正確性，確保系統(tǒng)可以正常運(yùn)行和達(dá)到設(shè)計(jì)要求。可以進(jìn)行模擬測(cè)試、實(shí)際運(yùn)行測(cè)試和性能驗(yàn)證等，進(jìn)行必要的調(diào)整和優(yōu)化，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。5.2控制系統(tǒng)的程序調(diào)試1）對(duì)于比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)流程圖，用以清楚的表明動(dòng)作的順序和條件。2）根據(jù)流程圖，結(jié)合定義的輸入輸出定義，編寫程序。3）將程序輸入到PLC的用戶存儲(chǔ)器，并查找程序是否正確。4）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。保存所有組態(tài)設(shè)置，然后關(guān)閉組態(tài)監(jiān)控程序。將PLC程序下傳到PLC裝置中并讓其運(yùn)行，切換到離線狀態(tài)，然后啟動(dòng)，進(jìn)入組態(tài)工程運(yùn)行界面。在運(yùn)行中通過對(duì)按鈕的操作可檢測(cè)所編程序的正確與否。圖5.1調(diào)試界面5.3系統(tǒng)實(shí)物圖圖5.2系統(tǒng)總體實(shí)物設(shè)計(jì)：下位機(jī)5.4功能調(diào)試由于各個(gè)廠家需要種植的作物不同，所以我們要自幾查出要種植作物的適合生長環(huán)境的環(huán)境因子，為保證各個(gè)作物最適合的生長環(huán)境，提高苗圃的產(chǎn)量等。我們可以設(shè)定好閾值。該系統(tǒng)初始閾值是能調(diào)節(jié)的，可以根據(jù)具體情況去做調(diào)整。圖5.3閾值的設(shè)定直流開關(guān)電源給PLC提供穩(wěn)定的電壓，該直流開關(guān)電源能將220V交流電轉(zhuǎn)換成24V的直流電并供給該設(shè)計(jì)的PLC，使PLC穩(wěn)定運(yùn)行去實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。圖5.4電源24V75w給出光照的閾值后，通過FX2N3u系列PLC，當(dāng)光照傳感器檢測(cè)出測(cè)量結(jié)果后，把測(cè)量結(jié)果送入PLC中，經(jīng)過PLC的處理，然后對(duì)執(zhí)行設(shè)備發(fā)出指令，光照強(qiáng)度高于閾值時(shí)蜂鳴器報(bào)警并通過遮陽簾來降低大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度。當(dāng)?shù)陀跁r(shí)會(huì)打開遮陽簾并停止報(bào)警。圖5.5光照傳感器給出CO2的閾值后，通過FX2N3u系列PLC，當(dāng)CO2傳感器檢測(cè)出測(cè)量結(jié)果后，把測(cè)量結(jié)果送入PLC中，經(jīng)過PLC的處理，然后對(duì)執(zhí)行設(shè)備發(fā)出指令，CO2濃度低于閾值時(shí)蜂鳴器報(bào)警并通過換大棚中的空氣來降低大棚內(nèi)的CO2濃度。圖5.6CO2傳感器給出溫濕度的閾值后，通過FX2N3u系列PLC，當(dāng)溫濕度傳感器檢測(cè)出測(cè)量結(jié)果后，把測(cè)量結(jié)果送入PLC中，經(jīng)過PLC的處理，然后對(duì)執(zhí)行設(shè)備發(fā)出指令，當(dāng)溫度高于閾值時(shí)蜂鳴器報(bào)警并通過把溫室苗圃大棚中的熱空氣排出來降低大棚內(nèi)的溫度。當(dāng)濕度低于閾值時(shí)蜂鳴器報(bào)警并通過微霧加濕機(jī)來提高大棚內(nèi)的濕度。圖5.7溫濕度傳感器控制各個(gè)設(shè)備的運(yùn)作。圖5.8電機(jī)第6章總結(jié)近年來，大棚的監(jiān)控系統(tǒng)快速發(fā)展，傳統(tǒng)大棚生產(chǎn)模式己經(jīng)不能解決農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)效率低、資源浪費(fèi)嚴(yán)重、環(huán)境污染、產(chǎn)品種類少等諸多問題，基于物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必經(jīng)之路。在現(xiàn)代信息技術(shù)、生物技術(shù)、工程技術(shù)等一系列高新技術(shù)最新成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的根據(jù)土壤、作物不均一特點(diǎn)、隨著時(shí)間、空間變化的特性，采用不同的施肥、灌溉等措施來提高作物的產(chǎn)量，同時(shí)降低成本、減少對(duì)環(huán)境的污染，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵，其核心技術(shù)有地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、智能感知技術(shù)、云計(jì)算和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等。論文通過對(duì)苗圃大棚的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)了一套基于環(huán)境參數(shù)的苗圃生長環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)的采集大棚內(nèi)的溫濕度，二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度，當(dāng)濕度超過低于預(yù)定的界限時(shí)，自動(dòng)打開噴淋裝置，當(dāng)濕度超過界限時(shí)，打開通風(fēng)口。同時(shí)，系統(tǒng)具有一定的通用性、實(shí)用性、靈活性和可擴(kuò)展性，根據(jù)苗圃不同、氣候環(huán)境的不同靈活設(shè)置節(jié)點(diǎn)數(shù)量、參數(shù)范圍等，對(duì)于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有一定的借鑒意義。局限于設(shè)計(jì)者的水平和實(shí)際的開發(fā)難度，論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有一些不夠完善的地方。

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