基于虚拟仪器的温室环境自动检测系统设计_毕业设计论文.doc
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1、本科生毕业设计说明书(毕业论文)题 目:基于虚拟仪器的温室环境自动检测系统设计学生姓名: 学 号:专 业:测控技术与仪器班 级: 指导教师: 基于虚拟仪器的温室环境自动检测系统设计摘 要设施农业是现代化农业的一个重要组成部分。由于我国的温室业起步晚,发展时间短,造成我国温室技术水平比较低,现代化管理程度不高。因此,迫切需要在技术上进一步提高。 随着设施农业向着集约化、规模化方向的发展和温室管理智能化要求的提高,温室检测系统实现远程通信进而实现温室内生产与管理的一体化,是现代智能温室发展的必然趋势。本系统利用虚拟仪器技术在LabVIEW的平台上开发了一套温室环境自动检测系统。 论文主要的研究内容
2、包括:第一,温室检测参数的选择,主要针对温室环境中影响作物生长的参数,如温度、湿度、光照强度和CO2浓度等。并选择相应的传感器作为检测系统的硬件部分,对温室内环境参数进行采集。 第二,比较了虚拟仪器相对于传统仪器的优势,将计算机技术、虚拟仪器技术有机结合,进行温室环境自动检测系统的软件设计。第三,在虚拟仪器的平台上,应用LabVIEW软件编程对数据进行采集、显示、存储与回放。关键词:温室;检测;LabVIEW;虚拟仪器The Automatic Detection System Design of Greenhouse Environment based on Virtual Instrume
3、ntAbstractAgricultural facilities are important part of modern agriculture. In China, because we start to develop it lately, the level of greenhouse technology and modern management level is relatively low. It is urgent need for us to further improve the technology. Now the developing of agricultura
4、l facilities are forward to the direction of intensification and scale and the requirements of intelligent of greenhouse management is rising step by step. Greenhouse detection system achieve long-range communications. The integration of production and management in greenhouse is an inevitable devel
5、opmental trend of modern intelligent greenhouse. This design uses virtual instruments on the platform of LabVIEW to develop a software of greenhouse environment automatic detection system. The main content of research includes three parts. First, it can be used to select the greenhouse environmental
6、 parameters, such as temperature, humidity, light and CO2 concentration, and select the appropriate sensors as part of the hardware detection system on the basis of the parameters. Second, it can show the advantages of virtual instruments in relation to traditional instruments. It combines computer
7、technology with virtual instrumentation and designs the system software of greenhouse automatic detection. Third, on the platform of virtual instrument, LabVIEW software can be used to collect dates and show them on a computer. It also can store and recall dates of greenhouse environment.Key words:
8、greenhouse environment; detect; LabVIEW; virtual instrument1.引 言1.1研究背景及目的温室园艺设施是指在不适宜园艺作物正常生长的季节或地区,使用人工设施(如玻璃温室、塑料大棚等)控制环境因素,使其获得最适宜的生长条件,从而延长生长季节、获得最佳产出的园艺生产方式1。近年来,我国的设施农业得到了快速的发展,降低系统的总体成本、提高系统的可靠性成为发展设施农业的关键问题。温室大棚作为新的农业生产设施,已突破了传统农作物种植受地域、自然环境、气候等诸多因素的限制,通过调控环境参数(光照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度等),可以得到适合农作物
9、生长的良好环境,对农业生产有重大意义。农业装备自动化是未来农业(包括农业工厂化)发展的重要途径之一。我国大多数地区属大陆性季风气候,冬夏季常盛行相反方向的季风,使气候冬冷夏热,冬干夏雨,四季气候变化大,其自然气候条件难以满足农作物生长的环境要求;同时我国南北气候条件差异较大,北方较低的气温造成大部分时间不能进行正常农业生产,造成人力、物力的大量浪费。所以,应用现代化高科技的设施农业势在必行。建造温室的目的是模拟一个适于生物生长的气候条件,创造一个人工气象环境,以消除对作物生长不利的环境因素来促进作物生长,使其部分或全部克服外界气候的制约,从而缩短农作物的生长周期,提高作物的产量,获得可观的经济
10、效益。为了使温室的温度、湿度、光照、空气成分更适合农作物的生长,我们就必须对对温室的环境进行检测,从而可以进一步实现有效的控制。1.2本课题任务温室在结构上是一个半封闭的系统,温室内部受温室结构的制约和影响形成了不同于外界环境的所谓的“温室小气候”,主要包括室内的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等因素。温室结构的半封闭性又决定了温室与外界的物质与能量交换,又会引起温室小气候环境的变化,这种变化的在一定程度上又会影响作物的生长。因此本系统是利用虚拟仪器技术在LabVIEW的平台上设计的温室环境自动检测系统。本课题的研究内容主要包括以下几个方面: 温室中检测对象的选择,主要针对温室环境中影响作物生长
11、的参数,如温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等。并且简要设计了各种参数的控制方案。 温室环境参数的信息采集。根据需要检测的参数选择适当的传感器采集信息。 在虚拟仪器平台上,应用LabVIEW软件编程对数据进行采集、显示、存储与回放。2.温室检测系统总体方案的确定在温室环境自动检测系统的研究中,主要涉及两个方面的问题:温室环境参数的选择和温室环境自动检测系统研究方案的确定,最终形成一套总体的自动检测方案。2.1温室环境参数的选择作物的生长发育及产品器官的形成,一方面取决于作物本身的遗传特性,另一方面取决于外界环境条件5。影响作物生长发育的主要因素包括:湿度、温度、光照和空气等,所有这些因素之间是
12、相互作用、相互联系、相互耦合的,作物的生长发育是这些条件综合作用的结果。2.1.1温度参数温度是最重要的环境因素之一,它对作物的生长发育有重要的影响。植物的生理代谢、生长发育存在所谓生长、光合、呼吸“三基点温度”最高温度、适宜温度和最低温度。一般低于最低温度和高于最高温度,植物的生理代谢都不正常。温度控制系统方块图如图2.1所示:图2.1 温度控制系统方块图此控制系统为分程控制系统,调节器选反作用,A阀为气开阀,B阀为气闭阀,当温室内温度高于给定值时,输出为正偏差,由于调节器为反作用,所以它的输出减小,B阀是气闭阀,随着调节器输出的减小,B阀将开大,最终使得室内的温度等于给定值。如果温室内的温
13、度过低,调节过程类似。2.1.2湿度参数湿度也是温室环境控制中相当重要的一个指标。温室空气湿度较大,绝对湿度与相对湿度一般均大于露点。空气湿度大,会减少作物蒸腾量,作物不易缺水,有利于植物的生长发育,但空气湿度过大,则会使作物的茎叶生长过旺,造成疯长,影响作物的开花结果。此外,湿度过高还易促成病虫害的发生,并可能发生某些生理障碍。而湿度过低将使作物受到水分胁迫使生长受阻。湿度控制系统方块图如图2.2所示:图2.2 湿度控制系统方块图 2.1.3光照参数几乎所有的植物都是通过太阳辐射进行光合作用的。光照作物有两个重要的坐标点光补偿点和光饱和点。光补偿点指光合作用与呼吸作用相等时的光强度,光照强度
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