本系統(tǒng)是以微控制器P89CS1RD2BN為核心的控制系統(tǒng)，能自動(dòng)控制一年時(shí)間中溫室內(nèi)溫濕度，用戶可以以小時(shí)為單位設(shè)定溫濕度值。用戶根據(jù)溫室內(nèi)種植的作物種類在本控制系統(tǒng)中輸入來(lái)源于農(nóng)業(yè)專家經(jīng)驗(yàn)的溫濕度數(shù)據(jù)((1年的時(shí)間內(nèi)以每一小時(shí)的溫度和濕度值)，溫濕度控制系統(tǒng)按照系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)智能控制溫室內(nèi)溫濕度。另外，該系統(tǒng)在控制溫室內(nèi)溫濕度的同時(shí)，自動(dòng)記錄溫室內(nèi)實(shí)際環(huán)境的溫濕度值作為資料數(shù)據(jù)保存，以便將來(lái)農(nóng)業(yè)專家制定更合理的作物生長(zhǎng)溫濕度數(shù)據(jù)，作為下一循環(huán)的理想值，使系統(tǒng)能夠更好地管理和控制溫室內(nèi)溫濕度控制系統(tǒng)工作。
 

 
 
一、硬件系統(tǒng)組成
根據(jù)所需的功能和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)(附圖I所示)，由于被控制的對(duì)象都是電動(dòng)機(jī)、電磁閥、電磁開(kāi)關(guān)等強(qiáng)電設(shè)備，而控制器使用環(huán)境又比較惡劣，為了提高控制系統(tǒng)的可靠性，控制器輸出接口使用固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器包含有光電隔離器和可控硅，它有很好的隔離效果，把強(qiáng)電和弱電進(jìn)行電隔離，再有可控硅可以減少?gòu)?qiáng)電對(duì)弱電干擾，提高系統(tǒng)可靠性。
1、MCU模塊
為了使電路力求簡(jiǎn)潔，減少芯片數(shù)量，減少占用空間，節(jié)省功耗，提高系統(tǒng)可靠性，微控制器選用Philips公司生產(chǎn)的P89C51 RD2BN。該芯片與8051完全兼容，在芯片內(nèi)部集成了許多功能部件，如UART，定時(shí)器、看門(mén)狗定時(shí)器和64I}B的FLASH存儲(chǔ)器等，這些功能可以很好的滿足本溫濕度控制系統(tǒng)的需要。特別它可用于大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的記錄。這使得本溫濕度控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)變的非常的緊湊，大大提升了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。由于P89CS1RD2BN是在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用中編程((IAP)的微控制器，使得本系統(tǒng)能夠方便的在線更新升級(jí)軟件。從而達(dá)到更新升級(jí)整個(gè)控制系統(tǒng)的目的。
2、輸入模塊
該模塊的主要功能是將大棚內(nèi)的溫、濕度傳給計(jì)算機(jī)。傳統(tǒng)的輸入模塊是由溫、濕度傳感器、專用放大器和ADC組成。由于它們處理的是模擬信號(hào)，容易受干擾和溫漂的影響，造成精度和可靠性不高。而且，若要在大棚內(nèi)幾處測(cè)量溫度和濕度，就必須要多個(gè)傳感器、放大器和多根信號(hào)傳輸線，導(dǎo)致系統(tǒng)安裝和維修難度增大，故障率增高。在本系統(tǒng)的輸入子系統(tǒng)中采用先進(jìn)的數(shù)字式溫濕度一體化傳感器(LTM 8901)。它特點(diǎn)是直接輸出數(shù)字量，無(wú)須信號(hào)放大電路和ADC。另外它采用“一線總線”制，在一根數(shù)據(jù)線上可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)，并且可以掛接多個(gè)傳感器，微控制器通過(guò)區(qū)別不同的傳感器序號(hào)來(lái)識(shí)別各測(cè)溫濕點(diǎn)。
3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊
該模塊是利用微控制器P89C51 RD2BN內(nèi)部的FLASH存儲(chǔ)器，使控制器既能在線修改1年內(nèi)天數(shù)的任意1小時(shí)溫濕度的設(shè)定值，又能記錄大棚內(nèi)每小時(shí)的平均溫度和平均濕度值，而且要求斷電數(shù)據(jù)不掉失?？刂破饕涗浀臄?shù)據(jù)較多(1年內(nèi)，每天24小時(shí)，每小時(shí)都有一個(gè)溫度和濕度設(shè)定值，還要記錄1年內(nèi)每小時(shí)大棚溫度和濕度平均值)。若采用每個(gè)數(shù)據(jù)1個(gè)字節(jié)(即1B)共需365x24x2x2=35040B，再加一些其它需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，故采用具有64I}BFLASH存儲(chǔ)器的P89CS1RD2BNo
4、控制輸出模塊
控制器的控制對(duì)象較多[加濕電磁閥、天窗電機(jī)開(kāi)、天窗電機(jī)關(guān)、通風(fēng)機(jī)、加熱爐、加熱爐風(fēng)機(jī)和廢氣再循環(huán)(EGR)熱交換電磁開(kāi)關(guān)」，安排了8個(gè)輸出固態(tài)繼電器(1個(gè)備用，以便擴(kuò)充新的控制對(duì)象)。輸出固態(tài)繼電器采用SV。為了提高整機(jī)的可靠性，在控制輸出模塊中加入光電禍合器，使前級(jí)與后級(jí)間沒(méi)有電的聯(lián)系。采用晶體管陣列MC1413驅(qū)動(dòng)繼電器，使電路更加整潔。
5、時(shí)鐘模塊
控制器按預(yù)先設(shè)定的理想溫度值和理想濕度值，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行控制，所以控制器需要準(zhǔn)確的時(shí)鐘。在時(shí)鐘模塊中采用專用時(shí)鐘芯片SD2001，它是一種具有內(nèi)置晶振、支持I2C總線接口的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。該系列芯片可保證時(shí)鐘精度為士4ppm，即年誤差小于2分鐘；該芯片內(nèi)置電池，其中內(nèi)置充電電池在一次充滿情況下可保證內(nèi)部時(shí)鐘走時(shí)時(shí)間超過(guò)一年以上。選用了高精度時(shí)鐘芯片SD2001保證了整個(gè)系統(tǒng)有準(zhǔn)確的時(shí)鐘。
二、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本控制系統(tǒng)軟件包括以下模塊：初始化模塊、顯示輸出模塊、鍵盤(pán)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制決策模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和通訊模塊。數(shù)據(jù)格式的選擇：為了減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的空間，我們對(duì)采集到的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行了一些處理，以節(jié)省數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。本系統(tǒng)依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性原理，把數(shù)據(jù)從程序分離出來(lái)，設(shè)立了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊專管理。這些數(shù)據(jù)的輸入有兩種方式，其一是在上位機(jī)編輯后下載到微控制器的FLASH中，其二是在下微機(jī)中直接編輯存儲(chǔ)到FLASH中。這都是利用了P89CS1RD2BN微控制器的在應(yīng)用中編程(IAP)的功育旨。
1、控制策略
在過(guò)程控制系統(tǒng)中，控制策略是系統(tǒng)的核心。由于溫濕度過(guò)程控制器的控制參數(shù)和控制對(duì)象較多，而且各控制對(duì)象的性質(zhì)差異較大，而且各控制參數(shù)和控制對(duì)象相互牽連，采用常規(guī)的數(shù)字PID算法、大林算法或模糊算法都比較困難，而且由于控制參數(shù)很難確定，控制效果也不一定理想，故采用創(chuàng)新的模擬操作員方式一有回差的乒乓控制。此法的程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模仿操作人員操作，到達(dá)溫濕度控制點(diǎn)關(guān)閉控制對(duì)象；低到一定值(可調(diào))則開(kāi)啟，周而復(fù)始工作。系統(tǒng)就能按設(shè)定的理想曲線平穩(wěn)地智能控制溫室環(huán)境的溫濕度。系統(tǒng)中設(shè)定的溫濕度值來(lái)源于農(nóng)業(yè)專家理想的數(shù)據(jù)。在控制時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果和被存儲(chǔ)的專家對(duì)不同作物提供的理想數(shù)據(jù)來(lái)智能控制被控對(duì)象的運(yùn)行，以使溫室溫濕度值處在作物生長(zhǎng)的狀態(tài)。
2、循環(huán)控制周期
鑒于大棚對(duì)溫、濕度‘賡險(xiǎn)較大，并且作物對(duì)溫、濕反應(yīng)時(shí)間并不敏感，而大多數(shù)控制對(duì)象(如加熱爐、天窗等)又不能頻繁開(kāi)閉，在本控制器中，控制周期為5分鐘。延時(shí)顯示模塊等待一周期5分鐘，這期間進(jìn)行測(cè)量并顯示當(dāng)前的溫、濕度值。
微控制器溫室環(huán)境溫濕度程序控制系統(tǒng)是一種智能控制器，采用新型數(shù)字式溫濕度一體化傳感器和P89CS1RD2BN微控制器構(gòu)成的溫室溫濕度過(guò)程控制系統(tǒng)，具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，使用、拆裝和維修方便，測(cè)溫、濕度數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。是替代傳統(tǒng)溫濕度控制方式的理想系統(tǒng)，并可用于其他溫濕度環(huán)境自動(dòng)控制，具有較好的應(yīng)用前景。http://m.zhdtlyjq.com