基于农业大棚智能控管系统设计

基于农业大棚智能控管系统设计 本科毕业设计说明 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf (论文) 第 1 页 共 43 页 1 引言 随着控制技术、Internet和移动通信技术的飞速发展，农业生产的自动化、信息化水平不断提高，“可控环境农业”的研究已经越来越为人们所重视。如何方便有效地对温室环境进行监测和控制，如何提高农业生产的信息化水平是目前可控环境农业研究的重点。本章简要说明了课题的研究背景和现实意义，并综述了温室环境监控技术的研究现状和发展趋势，在此基础上提出了 1.1 远程温室监测系统的应用现状及发展前景 自20世纪80年代以来，我国工程科技人员在吸收发达国家高科技温室生产技术的基础上，进行了温室中温度、湿度和二氧化碳等单项环境因子控制技术的研究，希望通过改变植物生长的自然环境、创造适合植物最佳的生长条件、避免外界恶劣的气候，达到调节产期、促进生长发育、防治病虫害等目的。由此而引发的各种温室测控技术的实际应用与研究也取得了长足发展。发达国家已经向高层次的自动化、智能化方向发展，形成了现代化水平高，比较完善的技术体系。我国温室测控技术应用研究虽然也取得了一定的进展，但是与发达国家相比依旧存在较大差距。随着世界设施农业栽培技术发展迅速，温室面积和产量大幅增加，对各种温室测控技术以及与之紧密相关的通信技术的研究，已经引起该领域国国外温室测控技术研究状况 发达国家如荷兰、美国、英国等都大力发展集约化的温室产业，温室内温度、湿度、光照、CO2浓度、水、气、营养液等实现计算机调控。荷兰在1974年首次研制出计算机控制系统CECS。 l978年日本东京大学的学者研制出微型计算机温室综合环境控制系统。目前，日本、荷兰、美国等发达国家可以根据温室作物的特点和要求，对温室内的诸多环境因子进行环境控制。 在日本，作为设施农业主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 的设施园艺相当发达，塑料温室和其它人工栽培设施达到普遍应用，设施栽培面积位居世界前列。蔬菜、花卉、水果等普遍实行设施栽培生产。针对种苗生产设施的高温、多湿等不良环境。日本有关部门进行了如下几种设施项目的研究。主要有设施内播种装置、苗灌水装置、换气扇的旋转和遮光装置的开闭装 本科毕业设计说明书(论文) 第 2 页 共 43 页 置(温度、湿度及光照控制)、缺苗不良苗的 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 及去除和补栽装置、CO2施肥装置等方面的自动化研究[2]。而在韩国，从l992年以来，政府就把设施园艺作为重点事业来推进发展，到1992年底，设施栽培面积为5.3万mm2，其中带环境控制的现代化设施的设置面积占10%左右[3]。 由于温室能完全控制作物生长的各种条件，近年来温室农业在以色列得到了飞速发展。以色列温室结构非常先进:它装有幕帘、天窗及遮阳网，可根据光线强度的不同自动调节和移动，并装有空气温度和湿度调控等温室计算机环境控制系统。以色列科学家成功地开发了一系列计算机软件、硬件，实现了温室中供水、施肥和环境自动化控制。最新的弥雾气候控制技术，使温室降温所需的能量非常小[4]。以色列的温室从80年代到90年代更新了三代，利用计算机控制水、肥和温室小气候，自动调温、调湿、调光，而且结构非常先进，促进了工厂化农业的大发展。 荷兰园艺温室发展较早，由于地处高纬度地区，日照短，全年平均气温较低， 因此，集中较大力量发展经济价值高的鲜花和蔬菜，大规模地发展玻璃温室和配套的工程设施，全部采用计算机控制。荷兰的全自动化温室成套设备在世界市场上享有很高的技术声誉，但荷兰的温室业是一种高能耗的产业，全国每年温室消耗天然气达42亿立方米[5]。 英国农业部对温室的设计和建造也很重视，在英国西尔索农业工程研究院，科学家们进行了温室环境(温度、湿度、光照、通风及CO2及施肥等)与作物生理、温室环境因子的计算机优化、温室节能、温室自动控制、温室作物栽培与产后处理、无土栽培的研究。目前，英国的温室大量采用计算机管理，主要控制温度、湿度、通风、CO2浓度、施肥、营养液供给及pH值等。伦敦大学农学院研制的计算机遥控技术，可以观测50km 以外温室国内温室测控技术研究状况 a)集散控制系统(DCS) 智能温室的自动控制系统一般是由控制计算机、传感器、执行机构及驱动部件组成的多输入、多输出的闭环控制系统。在现代温室测控系统中，运用最多，技术最成熟的 本科毕业设计说明书(论文) 为上位机，单片机作为下位机组成。 第 3 页 共 43 页 是集散控制系统，总线结构一般采用RS485.温室群集散控制系统一般以PC机或工控机 下位机的任务是完成现场与作物有关的环境参量及作物生理参量的信息采集、分析处理和存储显示，并通过RS485总线同上位机相连;上位机则主要实现环境的调控策略、集中操作管理、通信控制等功能，协调各从机之间的数据传送工作，从而实现对整个系统的有效管理。随着单片机及微机技术、网络技术的发展和应用，采用微机与多台单片机构成小型集散控制系统在现代温室测控领域的运用非常普遍。它利用单片机价格低、功能强、抗干扰能力好、温限宽和面向控制等优点，结合微机的软硬件支撑，是一般规模温室测控系统的常用选择 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。但是这类温室集散控制系统存在着固有的缺陷:控制系统的物理层采用上下位机主从集散控制结构，一旦上位机出现故障，将会导致整个控制系统瘫痪，危险过于集中，系统的可靠性和稳定性不佳;同时该测控系统采用RS485总线，有效传输范围不超过1200m。这将成为现代温室集群化方向发展的瓶颈，系统的拓展性不好，布线复杂，成本较高。但是作为主流的温室测控系统架构方案，集散控制系统采用基于RS485、RS422等总线结构的通信方式在国内外温室测控领域仍然占据主导地位。 b)国内温室测控技术 我国农业计算机的应用开始于20世纪70年代，20世纪80年代中期开始应用于温室控制与管理领域。从1979至1987年陆续从6个国家(荷兰、日本、美国、意大利、罗马尼亚、保加利亚)等引进24套温室，总而积19万平方米。这些温室系统的引进，总计投资960万美元，人民币2570万元。每平方米面积投资80-100美元，还不包括修建锅炉房、水塔等辅助建筑的投资和国内运费、关税等开支[7]。从国外引进的现代化温室，虽然在国外经过多年的发展和完善，技术上也比较成熟和先进，但是在使用中却出现了一些问题，如体积大、能耗大、湿帘降温较差;从经济效益上看，因为设备投资大，运行费用高，产值较低，普遍亏损等，所以并末得到普及。实践证明，如果既要符合我国自己的气候特点，又可降低投资费用，根本出路在于吸收国外温室设施的有益经验和技术，建设我国自己的温室产业，设计生产符合我国经济水平和各种气候特点的温室系列[8]。 从80年代开始，我国的农业工程科技人员在吸收发达国家高科技温室生产技术的基础上，进行了温室中温度、湿度和CO2等单项环境因子控制技术的研究，并逐步推出 第 4 页 共 43 页 适宜我国经济发展水平又 本科毕业设计说明书(论文) 能满足不同生态气候条件需要的温室产品。 20世纪90年代初期，中国农业科学院农业气象研究所和蔬菜花卉研究所，研制开发了温室控制与管理系统，并采用Visual Basic开发了基于windows操作系统的控制软件。90年代中后期，江苏理工大学毛罕平等研制开发了温室软硬件控制系统，能对营养液系统、温度、光照、CO2，施肥等进行综合控制，是目前国产化温室计算机控制系统较为典型的研究成果。在此期间，中国科学院石家庄现代化研究所、中国农业大学，中国科学院上海植物生理研究所等单位也都侧重不同领域，研究温室设施计算机控制与管理技术，“九五”期间，国家科技攻关项目和国家自然科学基金委，均首次增设了工厂化农业(设施农业)研究项目，并且在项目中加大了计一算机应用研究的力度。90年代末河北职业技术师范学院的目忠文研制了蔬菜大棚温湿度测量系统，能对大棚内的温湿度进行实时测量与控制。吉林工业大学于海业、马成林等人(1999)研制的温室环境 (温度、湿度)自动检测系统是以一台IBM/PC及其兼容机作为主控机，模/数转换采用插入式数据采集板卡来实现的。还有许多高等院校、科研所都在进行温室控制系统的相关研究，并且许多单位都己建起或将要建起温室控制系统的总体框架，并形成了一些控制理论，如王宇欣的《高寒地区充气膜温室局部环境调控分析》等[9]。可以看出我国温室设施计算机应用与研究，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。这些无疑对我国的温室发展起了积极的作用，但是与国外先进水平相比仍有一定的差距。 本科毕业设计说明书(论文) 2 系统组成 2.1 系统总体结构 目前国共 43 页 1) 单独式多单元温室系统。这种控制系统主要利用专门的温室气候控制计算机来检测多个传感器的输入信号及输出控制信号，这种控制计算机的外形与PC机相似，所有的传感器和继电器由电缆与它直接相连，通过显示屏以画面的形式生动地显示温室运行情衫之，并可以存储、打印、统计分析、曲线说明等。但这种控制系统的价格比较昂贵。 2) 单片机控制一个温室单元系统。这是随单片机的发展而出现的，现已经广泛应用于国内外许多温室中。它充分利用了单片机的数据传输方便快捷、接口通道配置灵活、性能稳定可靠、价格低廉等优点。但这种控制结构由于单片机存储容量小，不能保存大盘的数据，不利于分析，且人力消耗大。 3) 分布式多单元系统。该系统主要针对由多个温室构成的温室群地区而提出的，它将PC机与前面两种系统的优点融为一体，每个温室由前沿机(气候控制计算机或单片机控制系统)进行分散控制。主控室中的PC机对温室群集中管理。这种系统在提高工作效率、安全、舒适性方面有着不可比拟的优越性，是现代温室监控系统的典型模式。 单片机结构简单、物美价廉、设计与使用方便、抗干扰 性及适应环境的能力强。因而常被用作自动化系统的前端处理器(下位机)，深入到现场，采集各种数据及信息，进行简单的处理后送至上位机。同时它也是一种控制器，接收上位机下达的命令，对现场实行有关的控制。微机功能强大、人机界面友好，能处理很复杂的问题。在自动化系统中，通常用作中央处理器 (上位机)，接收来自下位机的信息和数据，经处理后在微机界面上显示，并向下位机下达命令，通过下位机对现场实施控制[10]。 本课题兼顾单片机和微机的特点，采用分布式监控系统。系统总体结构如图2.1所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 6 页 共 43 页 本系统由许多分布在各温室中的控制器 (下位机)和主控计算机 (上位机)组成，每个控制器连接到主控计算机上，处理各种传感器所采集的数据并对控制驱动器进行实时控制:主控计算机存储、显示控制器传送来的数据，并可以向每个控制器发送控制设定值和其它控制参数，对温室进行监测与控制。该模式不仅适用于温室群的集中管理，而且能够根据用户需要通过方便、灵活的系统配置及功能重组，实现多个温室的控制管理。 由于温室下位机具有异步串行通信接口，通过设计TTL/RS485电平转换电路，就可以与上位机联网。从上位机串口出来的 RS-232信号，通过RS232/RS485转换器转换成RS485信号，经RS-485通信线与各下位机连接，就可实现上位机与各下位机的联网，而且由于 RS485的通信距离可以达到1200米，本系统可以进行远距离的通信。通信线路如图2.2所示。 图2.1 系统结构图 图2.2系统通信线路图 本科毕业设计说明书(论文) 第 7 页 共 43 页 各下位机在通信接口上采用具有“平衡差动式”传输特性的RS-485串行接口，其抗干扰性好，可进行千米左右的远距离信号传输。装在上位机主板ISA插座上的RS232/RS485转换器，主要完成上位机与下位机之间数据信号的电平转换工作以及增强上位机串口的带负载能力。该网络采用的拓扑结构为总线型结构。信息传输的可靠性高，不存在信息阻塞问题，可通过对总线控制和通信约定来保证在任一时刻总线上同时只能有一对点通信:由主机分配总线的使用权，各从机共享串行总线，从机之间不能直接进行通信。上位机与下位机之间的通信采用定时查询方式，每台下位机对 应各自的机器号，上位机依次呼叫各下位机，下位机检查到上位机发送的地址帧与自己的号码相符时，就发出应答信号，实现二者之间的通信。这时，即使其它下位机上报数据已准备就绪，也不能与上位机通信，进行数据的传输。这样，就避免了上、下位机通信的冲突，保证了通信的可靠性。 2.2 系统总体功能 整个系统由上位机进行统一调度和管理，每个温室的数据采集和环境控制由各自的下位机来完成。在运行状态下，上位机实时接收下位机采集来的数据，并将历史数据保存到相应的数据文件中，在计算机的屏幕上，可通过画面的切换来显示各温室实时采集到的数据，系统每次接到数据后，就对屏幕进行刷新，从而使温室管理人员对整个系统的运行情况一目了然。系统的软件由上位机和下位机软件组成。 2.2.1上位机软件功能: a)采集和发送数据:上位机通过通信系统接收各下位机从各温室现场采集的数据，而一些需要发送到下位机的数据(如参考参数等)又通过通信系统传给下位机，使整个监控系统能高效、准确、及时地传输数据。 b)实时画面监测:系统通过在计算机屏幕上以数据 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 显示与实时曲线的配合使用，能从整体和细节两个方面对所有温室的环境进行监测，下位机传送的数据随时刷新显示器上的内容，使模拟显示具有实时性。 c)实时报警:系统运行时可根据各下位机传送来的数据进行分析、诊断，对一些重要的环境参数，可进行实际值与参考值的对比，如越界就产生报警信号，并针对具体情况提供具体解决办法。 d)信息存储查询:系统在实时检测各温室的运行状况的同时，还对信息 (主要指历史数据)进行存储和输出。各项数据既可根据需要存储在上位机系统中，又可统计生成 本科毕业设计说明书(论文) 各种报表，方便查询。 第 8 页 共 43 页 e)上位机遥控下位机:系统可由客户根据需要将作物生长适宜的环境参数输入计算机系统，需要时将根据专家系统的意见传至下位机调控设备来改变作物的生育环境，其中包括作物生长需要的几项主要的环境因素:温度、湿度、光照等。 2.2.2 下位机功能: 下位机主要负责各温室现场数据的采集和环境设备的控制，采集的数据实时显示在下位机单片机控制的装置面板上，若需要控制相关的设备，如通信口有通信要求，则与上位机进行通信。 a)监控温室环境:各下位机监视温室内环境参数的变化和现场各种设备的工作情况，并实时地把采集到的数据显示在控制面板上，同时对数据进行分析，根据设定的要求通过控制子程序控制各执行机构。 b)数据的实时打印:温室现场采集到的各项数据可由下位机的打印设备实时打印出来，以便作为历史数据保存起来。 c)传送和接收数据:下位机把温室现场待机的数据根据上位机的需要，通过通信线路传送给上位机，下位机也可接收上位机发送来的数据或命令。 本科毕业设计说明书(论文) 3 下位机的系统设计(硬件) 3.1 控制中心的设计 3.1.1 单片机的选型 第 9 页 共 43 页 电子技术、微电子技术特别是大规模和超大规模集成电路技术的飞速发展和成熟，使得计算机不断的更新换代，尤其是微型计算机，其发展速度之迅猛，应用范围之广泛是以往任何技术都无法比拟的。而作为微型计算机技术的一个独特分支的单片机技术，使得许多领域的技术水平和自动化程度大大提高，可以说当今世界正在经受一场以单片机技术为标志的新技术革命浪潮的冲击。单片机一经出现，便以其小巧价廉，功能强，稳定可靠，集成度高，运算速度快，功耗低，扩展容易，抗干扰能力强，系列齐全:使用方便灵活等优点广泛应用于工业过程控制、自动监测、智能仪器仪表、家用电器等领域，这使得单片机成为当今世界上销售量最大、应用面最广、价格最便宜的微型计算机产品，单片机技术的开发和应用水平已成为一个国家工业发展水平的标志之一。 为了适应各种应用领域的需要，世界各国都在不断地进行研制和开发。目前世界上最具实力的单片机开发公司有:美国的Intel, ATMEL,荷兰的Philips，德国的Siemens等。其中Intel公司开发的MCS-51高性能8位机代表着单片机的发展方向，成为单片机领域中的主流产品，其他公司则纷纷推出了与MCS-51系列兼容的单片机，ATMEL公司的89系列Flash单片机便是其中的一种。其以Intel 80C51/52作为AT89C51单片机概述 a)AT89C51单片机的性能特点 AT89C51是一种低功耗、低电压、高性能的8位单片机，片内带有一个4KB Flash EPROM，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的NURAM技术，且引脚和指令系统都与 MCS-51产品兼容，最大特点就是其闪速其主要性能如下:存储器优越的在线可重复编程性能。其主要性能如下: 4KB可改编程序Flash存储器，可经受1,000次的写入/擦除周期;全静态工作:OHZ, 本科毕业设计说明书(论文) 24MHZ; 三级程序存储器保密; 128B (8位)共 43 页 图3.1 AT89C51型单片机的 GND 接+5V电源地端 (2)时钟震荡电路引脚XTAL1和XTAL2 (3)控制或与其它电源复用引脚RST、ALE/PROG、 PSEN和/VP 本科毕业设计说明书(论文) RST为复位输入端;ALE为地址锁存允许信号，PROG为Flash存储器编程脉冲输入端; 第 11 页 共 43 页 PSEN为外部程序存储的读选通信号;EA为访问外部程序存储器允许端，VPP为Flash存储器编程电源12V输入端。 (4)输入/输出引脚PO.O-PO.7, Pl.0-Pl.7, P2.O-P2.7和P3.O-P3.7 PO口(P0.0-P0.7)是三态双向口，通称数据总线。P1口(P1.0-P1.7 )是准双向口，专门供用户使用的I/O口。P2口(P2.O-P2.7 )也是准双向口。P3口(P3.O-P3.7)是双功能口，第一功能是一般I/O口，第二功能定义具体见表3.1所示。 表3.1 P3口各引脚兼用功能表 8 9 C 5 1 图3.2 AT89C51单片机的引脚配置 c)存储器的配置 AT89系列单片机的存储器采用的是哈佛结构即程序存储器和数据存储器分开编址的，它们有各自的寻址系统、控制信号和特定功能。程序和数据存储器在物理和逻辑上均分为两个地址空间:内部存储空间和外部存储空间。 这里系统的数据量不太大，程序也不太长，AT89C51片内的4KB ROM闪速存储器和 本科毕业设计说明书(论文) 第 12 页 共 43 页 本科毕业设计说明书(论文) 第 14 页 共 43 页 表3.2 传感器性能指标 b)传感器的工作原理 下面以THM101温度传感器为例介绍其基本的电路结构和工作原理，如图3.5所示。 图 3.5 THM101温度采集模块的电路结构如图 系统工作时，温度传感器直接将温度信号转变成数字信号，由MCU读出。湿度传感器输出的电压信号经AD变换器变换成数字信号后经MCU读出。在整个工作过程中MCU不断采集温度和湿度数据并经由LED显示器交替显示出当前的温、湿度数值。其他只能传感器模块的工作原理类似。 感器的通信命令和数据格式 c)传 以THM 101温湿度采集模块为例介绍传感器的通信命令和数据格式。THM101温湿度 本科毕业设计说明书(论文) b)ADC0809引脚配置及其接口电路设计 第 16 页 共 43 页 ADC0809芯片属ADC0808系列多通道8位CMOS模数转换器。其芯片人机对话接口电路设计 3.3.1 LED显示接口电路的设计 在微机化测控系统中，通常要进行信息显示，包括单个状态的显示和信息数据的显示等。其中常用的显示器有:LED发光二极管显示器也称发光数码管(其有单个七段式和点阵式等几个类型)、LCD液晶显示器和CRT图形显示器等。经比较，并考虑系统的功能要求，这里选用简单常用的LED七段式数码显示器，数码管形状见图3.7所示。 其外部有10个引脚，其中3, 8引脚为公共端也称位选端 其余引脚为段选端。因为LED显示器具有工作电压低，体 积小，功耗小，工作温度范围宽( -30,+85 ? ),寿命长 图3.7 LED引脚图 (约十万小时)，成本低廉，机械强度高，亮度中等，配置灵活易于与TTL数字逻辑电路连接，与单片机接口容 易方便，引脚可以直接相连，响应速度快 (小于lus),颜色丰富等特点，是智能化仪器最常用的显示器，可进行信号指示和信息数据的输出显示。 从LED显示器的显示原理可知，为了显示字母、数字，必须将要显示数字的 BCD 本科毕业设计说明书(论文) 第 17 页 共 43 页 码最终转换成相应的段选码，这种转换可以通过硬件译码器或软件进行译码。系统的动 本科毕业设计说明书(论文) 4 现场调控设施的电气控制电路设计 4.1 电气控制电路 4.1.1 电气控制电路的设计 第 18 页 共 43 页 温室现场调控设施主要有:水泵、排风扇、遮荫帘和侧窗等。其中遮荫帘、侧窗的电气控制需考虑电机的正、反转。主电路如图4.1所示，控制电路如图4.2所示: 3,3,3,3, 遮荫帘 排风扇 水泵 侧窗 图4.1主电路设计图 4.2 控制电路设计图 本科毕业设计说明书(论文) 4.1.2 工作原理 第 19 页 共 43 页 在图4.1所示电气线路的主电路中，可以分成M1、M2、M3、M4四个部分，其控制回路也可相应地分解成四个基本环节。 这四个基本环节分别控制电动机M1、M2、M3、M4。下面以遮荫帘M1为例描述说明，其控制过程如下:合上刀闸开关QS，按启动按钮SB2,接触器KM1吸引线圈得电，其主触点KM1闭合，遮荫帘电机M1正转。由于接触器KM1的辅助触点并接于启动按钮SB2上，因此当松手断开启动按钮后，吸引线圈KM1通过辅助触点可以继续保持通电维持其吸引状态。同理，按下按钮SB3，由于三相电源中改变了两相的极性，所以电机停止正转，开始反转。按下停止按钮SB1，接触器的吸引线圈失电，其主触点断开，遮荫帘电机M1失电停转。 4.2 主要元件的选型 4.2.1 热继电器 a)热继电器的结构与工作原理 它是用于过载保护(不能做短路保护)的继电器。它的内部结构如图4.3所示。当电流流过发热元件1时，其附近的膨胀元件2升温。元件2是由两个膨胀系数 不同的金属片焊合而成，下面的金属片具有较大的膨胀系数，它的一端是固定的，另一端在电路正常工作时顶住L型杆3。当控制电路内的触点7保持闭合时，控制电路内有电流，通过线圈5将铁芯吸进，从而保持负载电路内的触头6闭合。 图4.3继电器内部结构 如果负载电路内电流超过预定的数值，膨胀元件2温升很高。因为下面的金属片膨胀系数大，故向上弯曲(如图中虚线所示)。则L型杆3在弹簧4的拉力下向左偏转， 本科毕业设计说明书(论文) 负载电路断开。按钮9是用来把L型杆3恢复到闭合位置的。 b)计算公式 第 20 页 共 43 页 控制电路的触点7断开，线圈5接触器 a)主要用途: CJ20系列交流接触器为交流50Hz或60Hz，额定绝缘电压为690-1000V，在AC-2使 用类别下额定工作电压为220V时的额定工作电流为5A-300A，主要供远距离接通及分断电路之用，适用于控制交流电动机的起动、停止及反转。符合IEC947，VDE0660，GB14048等标准。 b)主要特点: 安全性能好，导电部件不外露; 体积小、重量轻，灭弧罩材料采用不饱和树脂，耐弧性好，不会碎裂; 灭弧室呈封闭型，飞弧距离小，可缩小电气箱体尺寸; 主触头系统结构独特，触头磨损小，电寿命增加; 电磁铁工作可靠，损耗少，噪音小，且具很高的机械强度; 操作频率和控制容量高; -35系列可外加辅助触头座; -西门子专利端接法，接线方便，牢固，接触可靠性高，抗振性强，安全防护性好。 c)主要参数: 接触器额定电流应大于或等于负载电流，对于电动机负载可按下列经验公式计算， 主触头电流In: PN*103 In=Pn*10/K*Un 或I = M UN 注:UN—被控电动机的额定电压 M—系数，为1~0.7 本科毕业设计说明书(论文) PN—被控电动机的额定功率 K—是经验系数1~1.4 Pn—被控电机额定公率(KW) Un—电动机额定线电压(V) 第 21 页 共 43 页 4.2.3 断路器 断路器即自动开关，适用于低压配电点频繁通断电控制，其额定电压大于或等于线路额定电压。其额定电流大于或等于负载工作电流。本系统各分配电箱选用DZ2Y-100/31，总线上选DZ20Y-200/31。(DZ塑料外壳式，20设计序号，Y一般型，200额定电流，3极数，1脱扣方式)。整定电流，过流时动作电流等于1.7倍的起动电流，起动电流等于4-7倍的额定电流。过载脱扣电流与电机额定电流一致;过电流整定值大于负载正常工作尖蜂电流，对电机负载按1.7倍的起动电流整定;欠电压脱扣器额定电压等于主电路额定电压。 4.2.4 熔断器 其用于配电电路的严重过载和短路保护。根据单台电机适用选择轻载及起动时间短时，系数为1.5，起动负载较重及起动时间长， 起动次数较多的情况取2.5。 其计算公式为 :Ir=(1.5~2.5)In。选RL1-15型。 本科毕业设计说明书(论文) 5 软件设计 5.1 软件设计工具的选用 22 页 共 43 页 5.1.1 编程语言的选用 第 本系统的开发语言选用Visual Basic(简称VB)。 VB是真正的面向对象的Windows应用程序开发工具，它以对象为基础，并运用事件驱动机制实现对 Windows操作系统的事件响应，具有高效、简单、易学和功能强大等特点。Visual Basic提供了大量控件，可用于设计界面和实现各种功能，程序员可以通过施放操纵完成用户界面设计。与其它 Windows应用程序开发工具相比，在设计用户界面时十分方便，大大减轻了工作量，简化了界面设计过程，有效地提高了应用程序的运行效率与可靠性。利用Visual Basic还可以采用分布式计算获得最大的可伸缩性能。使用现有的技能、代码和技术，将能够创建适用于传统客户/服务器、Internet 及 Microsoft Transaction Server 体系结构的可重用ActiveX部件。 本设计中用到了Visual Basic中以下几个主要控件: 表5.1 本设计常用到的控件 5.1.2 数据库的选用 数据库平台选用Microsoft Access2003。Access2003是Office2003中文版的组件之 一。是一个中、小型数据库管理系统，使用方便、功能强大，与其它数据库有良好的接口。用户可以方便的使用和曾理数据库，如创建和编辑数据表、设计和使用各种查询工具进行查询操作、设计和使用窗体、制作和打印报表、设计和使 用宏、设计和使用Web 本科毕业设计说明书(论文) 页等。 第 23 页 共 43 页 Access 2003不仅可以处理自身的数据库文件，还可以处理其它一些数据库系统管理软件所建立的数据库文件，能识别dBase, FoxBase, FoxPro, Paradox, Btrieve等数据库格式文件，并且支持开放式数据库互连性标准(ODBC)的SQL[12]。 5.2 软件设计 5.2.1 软件设计的总体框架 本次毕业设计的任务是:完成远程参数监测、远程设备控制、数据库信息管理等应用程序，温室远程监控系统用VB实现;因此，在编写程序之前一个不可忽视的工作就是勾画软件设计的总体框架。 该设计的总体框架是按照设计的任务完成的。分远程参数监测模块，远程设备控制模块，数据库信息管理模块和一个用户的注册和登陆模块。各个模块之间的关系是通过所建立的数据库表完成的。 远程参数监测模块所实现的主要功能就是将下位机传来的数据存放到数据库中，并同时在用户的界面上显示出来，这些参数包括:温度、湿度、光照度、地表温度、地势水势、温室的编号和测试数据的日期和时间等。这些数据主要保存在数据库中的一个参数分布的表格中。而且要包括一个数据分类显示的功能。即:如果想显示温室1的各类参数时，就可以实时的将温室1的各个数据库的参数显示到界面上。 远程设备控制模块的功能主要是将下位机的数据进行分析之后，由操作员根据具体情况对温室的一些设备进行远程的控制，如:当监测的温度高于植物所承受的最高或最低温度时，可以通过启动风扇或关窗来对具体的设备操作。达到控制温度的目的。 数据库信息管理模块的任务就是，对数据库的历史数据进行管理和操作，比如:分类显示历史记录，有利于操作员对当地各个参数有一个大概的了解等。还包括对温室的添加功能及对标准参数的设置，通过将当时的参数和标准数据进行比较，最终来知道操作员的操作行为。 用户的注册和登录模块，主要是为了防止非工作人员对系统的操作和对数据库的信息的破坏，为了安全，因此应当设置一个用户注册的界面，通过该界面才可以对远程温室监测系统进行操作和管理。各个模块之间的关系如下图5.1所示: 本科毕业设计说明书(论文) 第 24 页 共 43 页 图5.1 模块结构图 5.2.2 各个模块的细化 a)远程参数监测模块 远程参数检测模块是该系统的一个中心模块，操作员主要是通过该模块完成对整个系统的控制和操作的。这个模块包括温度、湿度、光照度、地表温度、地势水势、温室编号、日期、时间等参数。当下位机的数据传到上位机之后，系统首先将传来的数据存储到数据库表的相应的字段中，然后在用户的界面上进行实时的显示。该模块的流程图如下5.2所示。 本科毕业设计说明书(论文) 图5.2远程参数检测模块 第 25 页 共 43 页 b)数据库信息管理模块 数据库信息管理模块的功能是实现对数据库的各类参数的管理和操作，以保证对数据的安全操作，如通过此模块可以设置数据的标准参数值，可以增加一个新建成的温室，从而完成对数据库中各个数据表的操作。如果新增加一个温室，则通过该模块使得数据表中的字段应当为新增加的温室建立一个新的记录集。用于对该温室内各个参数的存储。该模块的设计流程图如图5.3所示。 图5.3 数据库信息管理模块 c)远程设备控制模块 远程设备控制模块的功能主要是将下位机的数据进行分析之后，由操作员根据具体情况对温室的一些设备进行远程的控制，如:当监测的温度高于植物所承受的最高或最低温度时，可以通过启动风扇或关窗来对具体的设备操作。达到控制温度的目的。当对该模块控制时首先应该了解此时的设备运行状态，然后根据这个状态判断是否对该设备进行远程控制。其控制流程图如5.4所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 26 页 共 43 页 图5.4远程设备控制模块 d)用户注册和登录模块 用户的注册和登录模块，主要是为了防止非工作人员对系统的操作和对数据库 的信息的破坏，为了安全，因此应当设置一个用户注册的界面，通过该界面才可以对远程温室监测系统进行操作和管理。首先要判断数据库中是否存在该用户，如果存在，那么是否密码正确。如果有新用户注册，首先应该判断是否新用户名和原有的用户重名。然后完成添加的新用户。用户注册和登录的流程图如5.5和 5.6所示。 本科毕业设计说明书(论文) 图5.5用户注册 第 27 页 共 43 页 图5.6 用户登录 5.3 人机交互界面的创建 人机交互界面亦称用户界面(User Interface)，是指人与系统进行交互的方式与方法。人机交互界面是远程用户抄表系统中面向用户的可视化窗口。一般来说这个窗口是一个直观、宜操作、功能强大、反映快速的人机交互界面，它可以大大增加该系统的实用性和生命力。 5.3.1 人机交互界面的基本概念 人机交互界面的设计主要解决与人机交互相关的用户分析、任务分析、交互方式开发过程等问题。一个Windows应用程序的用户界面包括系统菜单和实现特定操作的窗体，通常以菜单为主界面，使用菜单打开窗体进行数据查询和处理，在窗体中调用数据库中的数据进行查询或者维护。友好的人机交互界面的设计原则有:确定使用对象、用户控制性、直接性、敏捷性、一致性、反馈性、清晰性、美观性、宽容性、易用性、象征性。 5.3.2 人机交互界面的组成 一般来说，人机交互界面由窗口、菜单、图表、按钮和对话框组成。具体内容见表 5.2: 本科毕业设计说明书(论文) 表5.2 人机交互界面的组成 共 43 页 a)主界面的设计 第 28 页 系统主界面由标题栏、菜单栏、主体部分及状态栏组成。界面主体为远程温室监测系统总貌图。菜单栏中分别设置为各个界面要实现的功能。如:远程参数监测，数据库信息管理，用户注册，远程设备控制、历史信息查询等。在点击按钮时就会弹出对应的窗口，此时管理人员就可以在该窗口上进行相应的操作了。 该界面的设计是利用了Visual Basic语言中多文档窗体的设计思想，首先，建立一个Visual Basic项目，之后新建一个Windows窗体，命名为Form1。该窗体的标题栏设置为远程温室监测系统。窗体的背景属性设置为该背景图片。另外要添加一个MainMenue控件，然后，分别输入各个菜单项:远程参数监测，数据库信息管理，用户注册，远程设备控制、历史信息查询等。窗体界面如图5.7所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 29 页 共 43 页 图5.7 主界面 b)子界面的设计 当主窗体界面设计好以后，下面的工作就是设计主窗体中菜单栏上每个按钮对应的弹出子窗体。比如:当操作人员要添加新用户时，首先要对新用户的基本信息录入到数据库中，这就需要通过点击“动态参数监测”按钮。在弹出的参数监测窗口输入各个温室的基本参数信息。 ?远程参数检测窗口的设计 动态参数监测窗口的设计步骤如下: 第一步:添加一个新的Windows应用程序项目。 第二步: 将该窗体的标题栏改为“动态参数监测”。最大化和最小化按钮设置为“False”。 第三步:打开“工具箱”窗口，在Form2窗体中添加Data Grid控件，一个DbCombo控件和两个Data控件。其中一个用于绑定温室编号数据库表，另一个用于绑定参数分布数据库表。 第四步:设置各个控件的属性。如所连接的数据源名称，该数据源中所要绑定的字段等。其具体的设计界面如下图5.8所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 30 页 共 43 页 图5.8 远程参数监测界面 ?设备控制界面的设计 该界面的作用是:操作人员根据当前温室参数和设备状态等信息，来控制远程设备的动作，达到调节温室中某些参数的目的。该界面的设计画面如图5.9所示。 图5.9 设备控制界面 本科毕业设计说明书(论文) ?数据库管理界面的设计 第 31 页 共 43 页 通过该界面实现对数据库的统一有效的管理。当需要增加温室时，可以通过该界面完成温室的添加，同时在数据库中新创建一个记录集。可以随时修改温室的各个参数的标准值，便于和当前的数值进行比较，指导操作员的工作。其窗体结构如图5.10所示。 图5.10 数据库管理界面 ?新用户注册窗口的设计 为了使不同的操作员对系统进行管理和维护，可以设计一个新用户注册界面，增加操作员的数量，该界面是和数据库中用户数据表相连接的。如图5.11所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 32 页 共 43 页 图5.11 新用户注册界面 ?用户登录界面的设计 用户登录界面是远程监控系统的人机交互界面，它的主要功能是提供安全稳定、简单明了、易于操作的用户环境，使用户可以通过远程监控系统实现对温室数据的监视和对温室设备的控制。启动该程序后，首先弹出该窗口。通过合法的输入用户名和密码，才可以进入操作该系统的界面。该界面是和数据库表中的注册表相绑定的。运行结果如图5.12所示。 图5.12 用户登录界面 本科毕业设计说明书(论文) ?历史数据查询窗口的设计 第 33 页 共 43 页 该界面主要完成对历史数据的查询和对历史数据的绘图显示。操作员可以随时了解一段时间主要控件功能的实现 本程序用到的主要控件包括:菜单控件、用户的登录和新用户的注册、数据库的连接控件，MsChart控件，以及温室参数的显示，历史记录的查询，和历史数据的绘图表示等。在实现这些功能之前，首先要完成操作界面与数据库中各个数据表的链接。之后在针对要实现的具体功能对不同的控件进行编程。 a)建立与数据库的连接 与数据库之间的连接有多种方法，较常用的方法是使用数据向导，利用数据适配器组件建立连接并可读取数据库中的数据。该毕业设计所用到的数据库是Access数据库，数据表与各个控件的连接是通过Data控件完成的。再进行数据的连接之前应首先创建一个数据库，并建立所要用到数据表。该数据库的名字命名为db1.mdb。在这个数据库中 本科毕业设计说明书(论文) 相应的数据信息。 b)用户注册和密码登录界面功能的实现 第 34 页 共 43 页 共建立了标准参数、参数分布、设备状态、温室编号、注册表五个数据库表。用于存放 用户的注册和登录界面，主要是为了防止非工作人员对系统的操作和对数据库的信息的破坏，为了安全，因此应当设置一个用户注册的界面，通过该界面才可以对远程温室监测系统进行操作和管理。首先要判断数据库中是否存在该用户，如果存在，那么是否密码正确。如果有新用户注册，首先应该判断是否新用户名和原有的用户重名。然后完成添加的新用户。其界面的控件设置如上图5-5和5-6所示。具体代码为: 新用户注册如下: Private Sub Command1_Click() If Text1.Text = "" Then exitmsg = MsgBox("请输入用户名～", 0 + 64, "提示窗口") ElseIf Text1.Text = Data1.Recordset.Fields("操作员") Then exitmsg = MsgBox("此用户名已存在，请重新输入～", 0 + 48, " 提示窗口") Text1.Text = "" Text2.Text = "" Text1.SetFocus ElseIf Text2.Text = "" Then ") exitmsg = MsgBox("请输入密码～", 0 + 32, "提示窗口 Text2.SetFocus Else „保存操作员及密码 Data1.Recordset.AddNew Data1.Recordset.Fields("操作员") = Text1.Text Data1.Recordset.Fields("密码") = Text2.Text Data1.Recordset.Update „更新记录 Data1.Refresh Text1.Text = "": Text2.Text = "" 本科毕业设计说明书(论文) exitmsg = MsgBox("操作员设置成功～", 0 + 48, "提示窗口") End If End Sub 用户登录代码如下: Private Sub Command1_Click() If Data2.Recordset.BOF = False Then Data2.Recordset.MoveFirst 第 35 页 共 43 页 Data2.Recordset.FindFirst "操作员 like " + Chr(34) + Text1.Text + Chr(34) + "" If Data2.Recordset.NoMatch Then exitmsg = MsgBox("无该操作员!，请重新输入～", 0 + 48, "提示窗口") Text1.Text = "" Else Data1.RecordSource = "select * from 注册表 where 操作员=„" & Text1.Text & "?" Data1.Refresh If Text1.Text <> "" And Text2.Text <> "" And Text2.Text = Data1.Recordset.Fields("密码") Then Load MDIForm1 MDIForm1.Show Unload Me Else If TIM = 3 Then „密码输错3次，退出系统 myval = MsgBox("密码输入错误,请向系统管理员查询!", 0, "") If myval = vbOK Then End End If If Text1.Text = "" Then exitmsg = MsgBox("请输入操作员!", 0 + 48, "提示窗口") Text1.SetFocus Else If Text1.Text <> Data1.Recordset.Fields("操作员") Then exitmsg = MsgBox("查无此操作员，请重新输入～", 0 + 48, " 提示窗口") 本科毕业设计说明书(论文) Text1.Text = "" Text2.Text = "" Else If Text2.Text = "" Then 第 36 页 共 43 页 exitmsg = MsgBox("请输入操作员密码～", 0 + 48, "提示窗口") Else If Text2.Text <> Data1.Recordset.Fields("密码") Then exitmsg = MsgBox("密码错误,请重新输入密码!", 0 + 48, "提示窗口") Text1.Text = "" Text2.Text = "" TIM = TIM + 1 Text2.SetFocus End If End If End If End If End If End If End Sub c)温室参数监测的实现 在该窗口设置一个Data控件和一个DataGrid控件和一个DBCombo控件，将Data控件的数据源和数据源名称等属性连接到数据库的参数分布数据表上。然后对DBCombo控件的单击事件编写如下代码: Private Sub DBCombo1_Click(Area As Integer) Data1.RecordSource = "select * from 分布参数 where 分布参数.温室编号 like " + Chr(34) + DBCombo1.Text + "*" + Chr(34) + "" Data1.Refresh End Sub d)设备控制的实现 本科毕业设计说明书(论文) 绘图和当前的设备状态和对设备的控制操作按钮。具体代码如下: Private Sub Command5_Click() If form2.Command1.BackColor = &HFF& Then 第 37 页 共 43 页 该界面有三个部分组成:参数图表显示、设备状态、发送操作命令。分别用于显示 If MsgBox("是否关闭排风扇!", 1 + 48, "提示窗口") = vbOK Then form2.Command1.BackColor = &H8000000D form2.Data1.Refresh form2.Data1.Recordset.AddNew form2.Data1.Recordset("排风扇") = form2.Text2.Text form2.Data1.Recordset.Update „更新记录 End If Else If MsgBox("是否打开排风扇～", 1 + 48, "提示窗口") = vbOK Then form2.Command1.BackColor = &HFF& form2.Data1.Recordset.AddNew form2.Data1.Recordset("排风扇") = form2.Text1.Text form2.Data1.Recordset.Update „更新记录 form2.Data1.Refresh End If End If End Sub Private Sub DBCombo1_Click(Area As Integer) form2.Adodc1.Recordset.MoveFirst With MSChart1 .chartType = VtChChartType2dLine .RowCount = form2.Adodc1.Recordset.RecordCount form2.Adodc1.Recordset.MoveFirst For i = 1 To form2.Adodc1.Recordset.RecordCount .Row = i 本科毕业设计说明书(论文) If form2.Adodc1.Recordset.Fields("温室编号") = form2.DBCombo1.Text Then .Data = form2.Adodc1.Recordset("温度") .RowLabel = form2.Adodc1.Recordset("日期") .ColumnCount = 1 .ColumnLabel = "温度" End If form2.Adodc1.Recordset.MoveNext Next End With End Sub e)历史数据查询的实现 第 38 页 共 43 页 这个界面的功能是根据操作员的需要，随时从数据库中提取所需要的历史记录 信息，并同时可以以绘图的形式显示出来。代码如下: Private Sub Form7_Load() „自动识别数据库路径 Data1.DatabaseName = App.Path & "\db1.MDB" End Sub Private Sub Command1_Click() form7.Adodc1.Recordset.MoveFirst With MSChart1 .chartType = VtChChartType2dLine .RowCount = form7.Adodc1.Recordset.RecordCount form7.Adodc1.Recordset.MoveFirst For i = 1 To form7.Adodc1.Recordset.RecordCount .Row = i If form7.Adodc1.Recordset.Fields("温室编号") = form7.Text1.Text Then ") .Data = form7.Adodc1.Recordset("温度 .RowLabel = form7.Adodc1.Recordset("日期") 本科毕业设计说明书(论文) .ColumnCount = 1 .ColumnLabel = "温度" End If form7.Adodc1.Recordset.MoveNext Next End With End Sub Private Sub Text1_Change() 第 39 页 共 43 页 Data1.RecordSource = "select * from 分布参数 where 分布参数.温室编号 like " + Chr(34) + Text1.Text + "*" + Chr(34) + "" Data1.Refresh End Sub 本科毕业设计说明书(论文) 第 40 页 共 43 页 结论 这次毕业设计是大学学习内容的大总结。体会了软件开发的整个过程，以及在每一个步骤所要解决的问题和采用的解决方法。整个毕业设计经历了熟悉设计内容、了解系统的各个模块之间的相互关系、搜集大量的相关信息资料、设计上位机的总体流程图、对流程图中的每一个模块进行细化、分析修改细化模块尽量使其包含系统运行过程中所有情况、熟悉编程所使用的开发工具(VB语言和数据库)、上机编写应用程序然后与其他同学的程序模块进行联调这样一个过程。由于本毕业设计的时间比较短，因此两个月的时间内要使得整个系统调试、运行无误，是困难的。所以，软件设计的工作是在完成系统的详细流程图之后，根据流程图设计出人机交互界面的总的框架结构，而内部的具体功能也只能部分实现。 毕业设计的全过程用到的知识基本上包括了大学中所学到的基本知识。另外，在图书馆查阅了很多相关的资料，并作了很多记录，学到了很多在课堂上没有学到的知识，扩展了自己的知识面，同时也对所学的专业知识有了更加深入的了解，提高了自己的自学能力和实际的动手能力，使自己深刻的体会到了在软件开发过程中自我创新的重要意义和加强团队各个成员之间相互合作的重要性。为今后的学习和工作打下了一个良好的基础。 本科毕业设计说明书(论文) 第 41 页 共 43 页 七、致谢 本课题及论文的完成得到了很多老师和同学们的支持和无私的帮助，在这里向他们表示衷心的感谢。 本课题是在于刘建业老师大力支持和精心指导下完成的。他渊博的学识、科学严谨和注重实际的治学态度以及对事业的执著，给了我深刻的启迪和教育，特别是在论文进行期间，导师给予我耐心的教诲和极大的彭励及在生活上对学生无微不至的关怀和帮助，使学生难忘。 还要感谢刘炳明、张玉芝同学等，在论文的研究和试验过程中，提出不少宝贵意见并给予积极热情无私的帮助。 此外在整个论文期间，还得到了许多老师和同学们的关心、鼓励和热情的帮助，在此一并向他呀门致以谢意。 最后衷心地感谢我的同学及关心我的亲人们，是他们在精神上的支持与鼓励使本人的毕业论文得以顺利的完成。 本科毕业设计说明书(论文) 参 考 文 献 第 42 页 共 43 页 1 张福垠，陈瑞生.设施园艺工程与我国农业现代化.农业工程学报，1999(15):32-36 2 顾寄南,毛罕平.国冯广和.世界各国现代温室的发展.温室园艺，2003(5):29-30 4 柴强，黄高宝.以色列的持续高效农业.世界农业，2002(2):26-27 5 Ir. 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