摘要:随着智能化的发展,单片机技术在众多领域得到广泛应用。如:工业自动化控制,智能仪表,汽车家电,航空航天,计算机网络和通信,温室环境控制等。现代温室及配套设施已采用集约化、专业化和规模化生产,规范有序的市场经营和国际化的市场体系运作,成为当今世界最具活力的新兴产业之一。本文介绍了单片机技术的发展现状以及在温湿度控制中的应用。
关键词:单片机技术 温室环境控制 发展现状 应用
一、单片机技术的发展现状
单片机简单理解可以认为是一种集成的电路芯片,用计算机术语解释为“是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU,随机存储器RAM、只读存储器ROM、以及多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等集成到一块硅片上,构成的一个小而完善的计算机系统。而利用单片机实现自动控制的技术简称为单片机技术。
随着社会和科学理论的不断发展,单片机技术在众多领域得到广泛应用。如:工业自动化控制,智能仪表,汽车家电,航空航天,计算机网络和通信,温室环境控制等。现代温室及配套设施已采用集约化、专业化和规模化生产,规范有序的市场经营和国际化的市场体系运作,成为当今世界最具活力的新兴产业之一。
二、单片机技术在温室环境控制中的应用
1、单片机技术在温室环境控制现状分析
我国的近代温室开始于本世纪30年代,大规模的温室生产在20世纪70年代末和80年代初开始。经过20年的发展,我国温室的建造面积(包括大棚)截止到2009年底已达125万平方米。由于在温室及配套设施的生产、科研和普及方面的局限,形成了目前高、中、低不同档次、系列化的温室产品。我国现有温室及配套设施的专业生产厂家超过50家,生产设备基本国产化,初步形成了一定的产业规模。
20世纪90年代中后期,江苏理工大学毛平教授等研究开发了温室环境自动控制系统,能实现对营养液系统、光照、温度、CO2、施肥的综合控制,是目前温室环境控制系统较为典型的研究成果。同样,中国科学院石家庄现代化研究所、中国科学院上海植物生理研究所、中国农业大学等单位也都侧重不同领域开展了温室设施计算机控制与管理技术方而的研究。因此可以说,我国温室环境控制技术在总体上,已向实用化、综合性应用阶段发展,
2、单片机温室环境控制系统特点
(1)系统采用两层结构,由智能传感器、控制设备、前台机组成底层基本结钩:并且多个底层结构与主计算机呈星形连接;
(2)主计算机是监控系统的头脑和心脏,具有发布命令、显示运行状态、数据检索和报表打印等主要功能;
(3)前台机的核心是单片机,完成数据的检测和控制:全部测量参数可自动存储,并可传送到主计算机中,在主计算机中进行处理;
(4)能实现对温室内外空气温度、湿度、土壤温湿度、叶片温度、CO2 浓度、室内光照度、覆盖物表面温度等参数的测量;
(5)能输出各种控制信号,可对排风扇、喷灌、滴灌等设备进行控制。
3、单片机温室环境控制技术的发展趋势
随着单片机技术和农业生产的进步以及市场对高质量产品需求的速度增强,温室环境控制技术将会在以下几个方面得到充足发展。
(1)随着模糊理论的出现,环境温度控制朝着智能型方向发展。
温室系统是非线性、多变量、强耦合、大惯性、强干扰的复杂系统。温室的外部环境(自然气候)以及温室内部种植作物季节的变化都具有不确定性,作物蒸腾作用和光合作用的数学模型具有不精确性,因此导致温室的动态模型也不精确,而只能确定部分参数,而其他参数需要动态辨识。
模糊理论是在美国柏克莱加州大学电气工程系L.A-Zadah 教授1965 年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的,主要包括模糊集合理论、模糊逻辑、模糊推理和模糊控制等方而的内容;其中模糊控制是模糊理论在工业控制领域应用的成功范例。模糊控制方法尤其适应于温室环境控制的特点,是现阶段温室环境控制技术发展的主要趋势之一。
(2)采用分布式系统结构,以节约投入成本。
目前分布式系统是计算机控制系统的主要发展方向,该控制系统采用了所谓服务器―客户模式(Server -Client Mode ) ,即系统中不存在一个控制中心,主要控制功能由各分布的子处理器完成:一般系统中,以可编程控制器(PLC )或单片机作为子处理器。在温室环境控制系统中,各个温室的控制功能一般由单片机(子处理器)完成,计算机机作为主处理器,仅实现辅助功能,而且,分布式控制方式具有价格低、控制灵活、可靠性高等优点,因此广泛应用于温室环境控制系统中。
(3)采用多因子控制方式 提高控制效果
温室环境中温度、湿度、光照度、CO2 浓度等存在着较强的耦合性,即某个环境要素的改变将影响到其它环境要素的状态,因此,采用多因子控制方式,即采明多个环境要素综合考虑的方法,来替代现行的单个环境要素分别考虑的模式。是提高温室环境控制系统控制效果的关键途径之一。
多因子控制方式虽然具有良好的应用前景,但在现阶段实现有较大的难度。主要表现在(1)各环境要素的相互关系还不明确:(2)算法的复杂程和要求的预算量成几何级数递增,采用单片机或PLC无法保证控制的实时性。因此要实现环境要素多因子控制,还需在相关农业技术、控制的数学模型以及具体算法方面进行大量艰苦的工作。
总之,温室生产过程具有客观复杂性和认识复杂性,是一个复杂过程系统,因此,对温室的控制需运用复杂系统理论提供的新概念、新方法解决其不确定性、不精确性、非线性、强耦合等问题。
参考文献:
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