智能温室电气工程设计

智能温室电气工程设计（精选10篇）

智能温室电气工程设计 第1篇

重庆南山植物园展览温室建筑面积为7 500m2,一层(局部二层)总高度为26m,采用大跨空间钢管桁架结构,由9个圆弧形拱架组成,建筑屋、墙面为玻璃幕墙。展览温室分为四季花卉区、热带雨林区、沙漠多肉多浆植物区和亚高山植物区4个展区,配套有入口大厅、科普展示多功能厅、休闲茶室、气候控制室等功能用房。

2 供配电设计

植物展览温室工程的供配电设计与常规建筑大同小异,尽管目前没有植物展览温室相关的设计规范,但按工程重要性质、规模、人员密集度、珍稀名贵植物的生存需求等要素,确定应急、疏散照明、消防用电设备、气候控制及执行用电设备、客梯为二级负荷,其余均为三级负荷。根据工程所在地现有的供电条件,确定主电源就近“T”接于工程旁的10kV公用架空线,备用电源由风冷式自启动柴油发电机组提供。展览温室的用量指标及负荷计算如下。

温室:9～15W/m2(不含补光);设备用房:8W/m2;动力设备:135kW。

电力安装容量:Pe=1 039kW(二级负荷180kW,三级负荷859kW);有功计算负荷:Pjs=957kW(消防负荷未列入计算);无功计算负荷:Qs=404kvar(补偿以后);视在计算负荷:Sjs=1 039kVA;变压器安装容量:Sb=1 260kVA;补偿前/后功率因数:cosφ1/cosφ2=0.8/0.92;系数:Kx=0.54。

需要注意,补光负荷的大小跟植物种类及其面积有关,应按植物需要的照度来计算;植物展览温室规模、展区划分不同,其用电负荷量存在较大的变化,因此应按工程实际情况计算确定负荷大小。配电设备的选型、线路的敷设应按环境条件选择相应的防护等级和安装方式,湿热环境的配电线路设置漏电保护。

3 照明设计

在植物温室参观游览以及植物的生存生长都离不开照明,所以植物温室在建筑设计上多采用钢化玻璃做屋顶和墙体,最大限度地利用自然光照明,既可满足一般使用要求,也有利于节能减排,使植物温室合理运行,降低成本。鉴于重庆地区年日照天数偏少,秋冬季阴(雾)天多,而热带植物、高山植物等需要充足的光照,必须通过人工照明来补充。植物的补光照度为3 000～6 500lx,在出现连续2天阴、雾、雨天气时就应对植物补光。一般四季花卉区早晚补光30～60分钟,热带雨林区和沙漠植物区早晚补光60～100分钟,亚高山植物区早晚补光60～120分钟。补光光源采用与太阳光光谱相近的氙灯以及卤钨灯、钠灯、金卤灯等。温室的入口大厅、科普展示多功能厅、休闲茶室等场所选用T5荧光灯或其它节能型光源。

温室照明采用高光效深照型灯具和投光型灯具,且为密闭防水型。补光灯具的布置结合建筑构造采用顶部为主、侧面为辅的方式,保证植物尽可能均匀补光,灯具控制由配电箱分区分组集中控制。应急、疏散照明亦为密闭防水型灯具,由消防控制室集中控制或就地控制。

植物温室、入口大厅、科普展示多功能厅、休闲茶室等场所设置应急照明,变配电所、消防水泵房、消防控制室等设备房(不在本建筑内)亦设置应急照明。温室游览路径、走廊、安全出口、楼梯间及其前室、电梯间及其前室、主要出入口等场所设置应急疏散指示。

4 温室气候控制

本工程植物温室分为热带雨林、四季花卉、沙漠、亚高山植物区域,各区域植物对环境的温湿度、换气量及气流速度等要求不一样。温室气候控制就是在各植物分区设置温、湿度及二氧化碳传感器,按照各区植物生长、生存对气候环境的要求,由计算机控制系统自动(亦可手动)调节遮荫布帘、补光灯具、通风机、开窗机、辐射升温器、喷(雾)淋浇灌降温等系统,使植物处于适宜的气候环境中。该控制系统应注意控制分区、控制点位及线路接入的配合。

5 闭路监控与消防

闭路监控系统由摄像机、视频分配器、矩阵控制器、监视器、硬盘录像机、管理计算机等组成,设于中心控制室。

植物展览温室工程考虑了消防设计,火灾的发生可能会受到一些因素的影响,例如装饰材料、电气线路、其它功能区着火对植物温室的波及等,且大空间不适合采用烟感、温感火灾探测器,使用对射探测器的方式又受到植物遮挡的影响。根据查阅资料和对现有条件的分析研究得知,可通过2种方式来取得火灾报警控制信号:一是利用入口大厅、科普展示多功能厅、休闲茶室等场所现有的火灾自动报警系统,在植物展区设置火灾手动报警按钮;二是利用植物展区的监控摄像系统,通过引入先进的视频烟雾探测技术来及时发现火灾,报出火警信号。

从温室气候控制系统可知,当植物需要换气或降温时,系统会自动启动温室下部的送风机或温室上部的开窗机(或两者皆启动)。因此,只要将火警控制信号送入到气候控制系统,就能实现外窗的开启。火灾时,从手动报警按钮或可视烟雾主机发出的火灾报警控制信号经火灾自动报警控制器,输入到气候控制系统主机,由主机发出控制指令,联动打开着火区的外窗排烟,确保植物展览温室的消防安全。展览温室电视监控系统如图1所示。

6 防雷接地

重庆南山植物园展览温室属第二类防雷建筑物,采用钢结构,只要把钢屋架、钢檩条与大跨空间钢管桁架相互连通,即可取得良好的避雷效果,并按常规敷设接地网格,接地电阻小于1Ω。

对于玻璃幕墙(玻璃块安装在铝合金型材构成的格子里)的防雷,则提出用与铝合金型材颜色相近的镀锌扁钢或不锈钢通过螺钉或粘结的方式固定在铝合金型材上,并形成10m×10m或12m×8m的避雷网格,达到第二类防雷建筑物的设防要求。此外,考虑到建筑的不规则性,为防侧击,采用滚球法从垂直和水平方向对易受雷击部位进行了校验,增强避雷措施。

7 结束语

智能温室电气工程设计 第2篇

关键词：ZigBee；温室大棚；监测；自动控制

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）07-0027-04

近年来，新疆南部地区（南疆）设施农业发展较快，但设施农业主要以投资较少的塑料大棚为主，对南疆温差变化较大的恶劣气候条件适应性差，且自化程度较低，对农作物的生长环境的控制精度不高。目前，南疆农牧团场正积极向多参数检测的智能温室大棚种植模式发展。这种智能温室大棚综合各种先进的技术和设施，能够为农作物发育和生长创建良好环境，实现温室科学管理经营，充分展示设施农业的巨大优越性。

目前，南疆的智能温室大棚环境监测系统大多采用有线通信方式，需要进行大量布线，且线路复杂，工作可靠性差，需专人值守。为此，基于ZigBee无线通信技术设计智能监测系统，采用温室大棚环境监测无线传输方式，提高环境因子监测的技术水平，实现农作物生长环境的自动化控制，进而提高农作物生产的经济效益。

1 温室大棚环境自动化监测系统结构

ZigBee是一种短距离、低功耗的新型无线通信技术，为基于IEEE802.15.4标准的局域网协议。随着ZigBee技术的不断发展，其应用领域越来越广泛，将其应用于智能温室大棚进行信息传输成为必然趋势。智能温室大棚环境自动化监测系统的监测模式如图1所示。

本系统上位机采用PC机，其主要功能包括以下几个方面：1） 通过RS232串行接口与ZigBee网络关口节点建立通信，接收下位机传送的数据，与此同时向下位机发送指令；2） 对接收到的数据进行显示操作、解码并保存；3） 对系统之前的数据进行分析、处理及更新。

温室大棚环境自动化监测系统分为6大模块，详见图2。模拟信号采集模块包括前传感器、调理电路、模数转换电路；中央处理模块是整个系统的核心，主要负责数据处理和储存，对整个系统进行整合控制调配；开关输入输出控制模块；上位机通信模块主要用于和上位机（PC机）通信，采用ZigBee无线通信方式；人机接口模块主要为工作人员现场查看和修改各个参数提供方便，包括LCD显示屏和4×4矩阵键盘；EEPROM存储模块可以大容量存储温度、湿度、光强、CO2浓度等数据及工作参数。

图2 智能温室大棚环境自动化监测装置的模块

2 温室大棚环境自动化监测系统设计

2.1 硬件设计

环境自动化监测系统通过温湿度传感器、光照传感器和CO2传感器采集温室大棚内的环境信息，经系统的中央处理器处理后，输出结果被送到执行机构并显示相关信息，从而实现环境温度、湿度、光照强度和CO2浓度控制等一系列功能。该系统的总体硬件结构如图3所示。

2.2 软件设计

为便于连接和调试，软件设计采用模块化程序设计方法，将特定功能编成子程序，以调用子程序方式组成程序流。这样既可以做到修改和调试程序方便，又可以实现软件自诊断，从而使软件更容易理解和维护，为程序通用性、功能扩展可行性、软件资源共享性提供条件。整个程序主要由主程序和若干子程序组成，子程序主要包括温湿度测量模块、CO2及光照强度测量模块。人机接口模块包括键盘处理模块和显示模块。

将智能温室大棚近似看作一个矩形，将其平均分成8个部分并编号为A～H（如图4所示）。主程序运行时，首先显示第一个分区的温湿度、CO2浓度及光照强度，如果数值越限，则报警显示；同时，显示下一个分区的温湿度、CO2和光照强度值，并检查是否越限，以此类推，直到检测完所有分区。

智能温室大棚环境自动化监测系统主程序流程如图5所示。

本系统主要完成温室大棚环境因子数据采集与处理，以及与上位机之间进行通信。根据系统要求，系统对温室大棚内的温度、湿度、光照强度与CO2浓度信息进行采集，实现ZigBee检测节点与上位机间ZigBee无线通信，通过设置相关监测参数进行信息显示，具备实时信息输出、控制、功能自检等一系列功能。

3 温室大棚环境自动化监测系统仿真

通过对新疆生产建设兵团第一师十团花卉基地和温室大棚进行参观和调研，确定现代智能温室需要对大棚内的温度和湿度进行调控，使之保持在适当范围。但光照和CO2浓度只需检测和显示，不需要借助系统程序对其进行控制，原因为：1） 在白天光照充足的情况下，温室尽可能利用自然光照；白天光照不充足时，采用室内照明设施进行补光。2） 利用通风装置保持温室内的空气与大气接近，CO2浓度大约占大气浓度的0.03%。

鉴于上述原因，主要对温室大棚内的温度和湿度进行仿真。

3.1 Keil uVision4

采用Keil uVision4编写C语言程序，通过编译器进行编译、连接，最后将生成的机器码下载到单片机上。

Keil编译器是目前应用最广泛的单片机开发软件之一，为美国Keil Software公司开发的C语言开发系统。其提供一个完整的开发平台，包括宏汇编、C语言编译器、库管理、连接器和功能强大的仿真调试器，并通过集成开发环境将这些部分组合在一起。

3.2 Proteus电路仿真

Proteus软件用来对所设计的电路进行仿真，功能比较强大，可以对包括单片机在内的绝大部分元器件进行仿真。与此同时，可以把Keil编译、连接后生成的hex文件导入Proteus单片机中进行仿真。

3.3 系统仿真

打开Proteus ISIS，在Proteus ISIS编辑窗口中单击元件列表上的“P”按钮，添加元件及放置元件，可以得到对应界面；选择所需元器件后，对元器件进行重新布局，使之看起来比较清晰、所占面积比较小。如果需要移动某个元件或多个，单击其元件，待其颜色变红后，按下鼠标左键不放即可拖动元件。按照正确的方法将元器件进行合理排布及连线后，即可得到系统仿真结构图，如图6所示。

通过仿真进行系统环境自动化监测模拟演练，可以熟悉控制系统工作过程，有利于改进及提高控制精度，实现温室大棚环境自动化监测，减轻人工作业量。

4 结论

综合运用单片机技术、计算机控制技术、ZigBee无线通信技术设计一套以AT89C52为主控芯片的智能温室大棚环境自动化监测系统。该系统可以实现温室内各环境因子的实时监测和无线通信传输，便于大棚管理人员实时了解温室内的环境因子，并及时控制调整，为提高农作物产量提供技术支持。

参考文献

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[4] 王婷婷.基于STM32W智能环境监控系统的研制[D].镇江：江苏科技大学，2013.

[5] 李树江，郭亮，王向东.嵌入式温室大棚参数监测系统[J].微型机与应用，2012（12）：84-86.

温室智能控制器硬件设计 第3篇

系统硬件相关技术指标要求如下:

(1)对现场空气温度湿度，土壤基质温度湿度，光照强度进行实时的数据采集、数据信号处理、数据分析。数据采集时延<3min，数据精度达到10位，根据农作物实际生长情况，温度控制精度<3℃，湿度控制精度<10%RH。

(2)建立使用可扩展的主从控制器通信机制，准确通信距离可达1.2km。

(3)使用可学习、自适应的控制机制，实现精确控制。

(4)整套系统可以在0%—100%RH的湿度范围内可靠使用10年以上。

(5)温度年漂移量<0.1℃，湿度年漂移量<1%RH。

1 方案设计和器件选型

1.1 方案设计

根据项目和具体的技术指标需求，下位通信选用RS-485通信协议，RS-485是双向、半双工通信协议，符合真正多点通信网络要求，并且它规定在一条单总线(2线)上支持32个驱动器和32个接收器。有些RS-485收发器可修改输入阻抗以便允许将多达8倍以上的节点数连接到相同总线。由于性能优异、结构简单、组网容易，多站互连时可节省信号线，便于高速、远距离传送[2]。

为保证温室控制系统可靠性，将系统设计为三级主从控制系统。以ARM系列单片机为中间主控制器，模块化下位的数据采集和控制单元以便于系统的扩展。上位服务器直接面向网络，保存下位采集数据。选用主控器自带TCP/IP功能与服务器通信，自带RS485通信功能连接下位数据采集与控制单元。具体结构如图1所示。

1.2 采集器功能

(1)及时可靠地采集温室现场中温室温度、湿度，土壤温度、湿度，光照强度数据。

(2)对数据作初步的采集处理以及两次完全采集存储。

(3)接受判别主控制器指令，传递数据。

1.3 控制器功能

(1)识别主控制器控制指令。

(2)执行控制指令。

1.4 主控制器功能

(1)测量数据采集和监测

通过485串口与测量终端通信，收集测量终端监测的温室环境指标。如果终端测量到的数据超出了预设的环境参数指标，由主控制器实现监测报警，提醒观测人员注意温室环境超出指标范围。

(2)测量数据存储和传送

把各终端的数据存储于主控制器的外插的SD卡中，要求能够存储一个月以上的各终端测量数据。也可以通过以太网与任意联入局域网的PC机通讯，将存储数据传送到PC机上保存。

(3)以太网通信

主控制器与服务器之间利用以太网通信，选择的主控制器上需要带有以太网接口，实现以太网通信，系统具备TCP/IP协议栈，能够在TCP和UDP协议层上构建应用层网络通信，HTTP网页服务器功能，TFTP、FTP文件传输功能。

(4)终端控制

主控制器控制测量终端的测量特性，设置环境参数采样间隔，参数指标阈值等。根据检测数据和控制目标及时的完成控制理论计算。向下位控制器发送控制指令。要求主控制器具备现场操控，和远程操控两种操作方式。既可以由现场操作主控制器查看终端测量数据，又可以以主控制器作为WEB服务器，在服务器提供的网页中显示测量数据，并在网页中加入CGI功能，用户可以通过网页实现远程控制。

1.4 服务器功能

(1)网络示范网站服务器，存储下位采集控制数据炼化完善专家控制系统。

(2)与各主控制器的网络通信。

1.2传感器选型

依据技术指标需求，选取各传感器件如下所示。

(1)PTS-2环境湿度传感器

供电电压4VDC;湿度范围0～100%;湿度分辨率0.1%RH;输出范围1～4VDC;准确度±2%(T>0℃);稳定性小于1%RH/年工作电压:

(2)环境、土壤温度传感器DS18B20

支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，精度为±0.5°C。DS18B20的精度误差为±2°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。

(3)TDR-3型土壤水分传感器

TDR-3型土壤水分传感器是一款高精度、高灵敏度的测量土壤湿度的传感器。

其技术参数为:量程:0～100%(m3/m3);精度:0～50%(m3/m3)范围内为±2%(m3/m3);测量区域:90%的影响在围绕中央探针的直径3cm、长为6cm的圆柱体内;稳定时间:通电后约10秒;响应时间:响应在1秒内进入稳态过程;工作电压:4.5～5.5 VDC，典型值5.0 VDC;工作电流:50～70mA，典型值60 m A;输出信号:0～2.5V;密封材料:ABS工程塑料;探针材料:不锈钢;电缆长度:标准长度5m，最大长度20m。

(4)TBQ-6型光照强度传感器

TBQ-6型室内光强度传感器采用先进的电路模块技术开发变送器，用于实现对环境光照度的测量，输出标准的电压及电流信号，体积小，安装方便，线性度好，传输距离长，抗干扰能力强。可广泛用于环境、养殖、建筑、楼宇等的光照度测量，量程可调。

其技术参数为:量程:0-200Klux;供电电压:24VDC/12VDC;波长测量范围:380nm-730nm;输出信号:4-20mA;精度:±5%;工作环境:温度﹣30-60℃，湿度0-90%RH。

1.3控制器选型

1采集器选择

下位采集器选用C8051F350，理由如下:

(1)C8051F350器件是完全集成的混合信号片上MCU芯片。内部有一个具有在片校准功能的全差分24位模/数转换器(ADC)。两个独立的抽取滤波器可被编程到1KHz的采样率;可以使用内部的2.5V电压基准，也可以用差分外部基准进行比率测量[3]。

(2)C8051F350包含一个扩展的中断系统，支持12个中断源，每个中断源有两个优先级。中断源在片内外设与外部输入引脚之间的分配随器件的不同而变化。每个中断源可以在一个SFR中有一个或多个中断标志。

(3)C8051F350系列MCU内部有一个SMBus/I2C接口、一个具有增强型波特率配置的全双工UART和一个增强型SPI接口。每种串行总线都完全用硬件实现，都能向CIP-51产生中断，因此需要很少的CPU干预。便于和RS485总线接口通信。

2控制器选择

下位控制器选用C8051F310，理由如下:

(1)C8051F310具有17个端口I/O;均耐5V电压，大灌电流。被选择作为数字I/O的引脚还可以被配置为推挽或漏极开路输出。有4个通用16位计数器/定时器，与标准8051的计数器/定时器相比，它具有更强的功能并且需要较少的CPU干预。每个捕捉/比较模块都可以高速输出或者8位或16位脉冲宽度调制器。这些功能保证了作为控制器的有效输出控制继电器[4]。C8051F310扩展的中断系统向CIP-51提供14个中断源，允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。C8051F310包含16KB的FLASH程序存储器，满足使用。

(2)C8051F310系列MCU内部有一个SMBus/I2C接口、一个具有增强型波特率配置的全双工UART和一个增强型SPI接口。每种串行总线都完全用硬件实现，都能向CIP-51产生中断，需要很少的CPU干预，便于和RS485总线接口通信。

(3)C8051F310扩展的中断系统允许大量的模拟和数字独立工作，在需要时才中断控制器。一个中断驱动的系统需要较少的MCU干预，有更高的执行效率。它包含8KB的FLASH程序存储器，满足使用。

2 温室控制系统硬件设计

硬件系统设计尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法，为硬件系统的标准化、模块化打下良好基础。硬件结构结合应用软件方案一并考虑，硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是:软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的功能，其响应时间要比直接用硬件实现来得长，而且占用CPU时间。因此，选择方案时，要考虑到这些因素，整个系统中相关的器件要尽可能做到匹配。

2.1 电源电路设计

电源电路的主要功能是提供采集模块和控制模块的芯片电能供给。需求有单片机所需数字电压3.3v，传感器所需电压5v、12v。以及模拟保护电压3.3av。具体电路如图2所示。

2.2 RS-485通信接口电路设计

RS-485接口电路的主要功能是将来自微处理器的发送信号TXD通过“发送器”转换成通讯网络中的差分信号，也可以将通讯网络中的差分信号通过“接收器”转换成被微处理器接收的RXD信号。任一时刻，RS-485收发器只能够工作在“接收”或“发送”两种模式之一，因此，必须为RS-485接口电路增加一个收/发逻辑控制电路[2]。在实际应用中，电路中光耦器件的响应速率将会影响RS-485电路的通讯速率。因而，可根据具体需要选用响应速度较快的光耦器件6N136。6N136是日本东芝公司生产的具有优良特性的光电耦合器件，封装了一个高度红外发光管和光敏三极管。6N136具有体积小、寿命长、抗干扰性强、隔离电压高、高速度、与TTL逻辑电平兼容等优点[5]。具体电路如图3所示。

3 系统硬件抗干扰设计

在硬件电路的干扰主要有信号线相互之间的串扰，多点接地造成的电位差，寄生震荡，元件热噪声，触点电势的影响，相邻回路之间的耦合，数字地和模拟地的影响等。本系统中主要在以下的几个方向进行具体的硬件抗干扰设计。

3.1 电源

电源的抗干扰设计是系统硬件抗干扰的关键。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。因采集单元和控制单元的功耗较小，对于需求的12V、5V、3.3V的直流电源都选用高性能的常用直流电压转换芯片实现。且对三级电压需求逐级串联用极性电容稳压，这样得到的3.3V稳压电源性能更好。系统选用的工作电压需求在2.7V-3.6V的单片机提供高质量直流电源，以减少电源噪声对单片机的干扰。结构如图4所示。

3.2 接口电路

接口电路的抗干扰，主要是抑制干扰源，即尽可能减少干扰源的du/dt和di/dt。减小du/dt最有效的方法是在干扰源的两端并联电容，而减小di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管等[63]。

(1)A/D输入通道

A/D输入通道并接RC吸收电路，以消除干扰源的du/dt影响。因采集单元的A/D转换基准电压选用3.3 v。设计时使用二极管分别接通3.3 v和大地以进行限幅保护。通过接地以获得准确的测量值。具体电路如图5所示。

(2)继电器控制输出

控制继电器应消除线圈断开时的反电势干扰，系统设计使用光耦隔离来抑制继电器可能引发干扰的侵入。光电耦合是一种光电结合器件，输入端是发光器件(发光二机管)，输出端由光接受器件(光敏三极管)组成。当工作电流达到发光二极管工作电流时，二极管将电信号转换成光信号，光敏三极管接收发光二极管发出的光信号，并将它转换成电信号，整个传输过程是通过一种电—光—电的转换完成的，在电路上是完全隔离的[6]。系统设计继电器隔离通道如图6所示。

3.3 电路板设计

合理设计系统电路板，，能有效地切断干扰的传播途径和抑制干扰源，同时还可以提高敏感元件(如单片机、数字IC、A/D、D/A等容易被干扰的对象)的抗干扰能力[7]。本系统设计主要采取如下措施:

(1)电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号分区。尽可能使干扰源远离敏感元件。大功率器件尽量布置在电路板的边缘。

(2)布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声;电源线和地线要尽量粗，除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。

(3)不用的单片机管脚，一律通过上拉电阻接电源。

(4)晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。

(5)用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后接于电源地一点汇集，呈“星形”状。

(6)信号线的截面按压降的原则来选择。测控装置的信号线中传输的多是弱电流信号，信号线上尽管电流不大，但一般都较长，如果线径过细，势必造成压降过大。利用电路板空间，系统中选择较大直径布线。

4 结束语

根据温室智能控制系统设计功能需求，设计系统三级控制结构。依据系统技术指标选择合适的温室参数传感器、数据采集器和控制器，分析通信功能选择RS485通信协议。确定硬件电路以及抗干扰措施，确保系统功能。系统自2010年4月份在宁夏国家经济林木种苗快繁工程技术研究中心E1温室投入运行以来，各项指标都达到设计要求，效果良好。

参考文献

[1]韩敏.智能温室监控系统的研究与实现:[硕士学位论文].陕西:西北农林科技大学,2007.

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[6]李雪松,许峰.单片机应用系统抗干扰问题的解决方案[J].信息技术,2002,2:9-12

浅析智能建筑的电气节能设计 第4篇

【关键词】智能建筑；建筑电气；节能设计

1.前言

随着我国城市化进程的加快，国内建筑向着智能建筑方向发展。据有关部门统计数据显示，目前国内城市建筑能耗随着城市建筑规模的扩大而逐渐占到整个社会能耗的四分之一，并不断增长。在全球资源上最大的挑战就是能源紧缺，而我国作为一个能耗巨大的发展中国家。人均能源还达不到世界人均的一半，每年必须依赖于石油、天然气等能源的大量进口才能维持正常所需。

国内开展建筑节能相关研究较晚，能源利用率还只有30%左右，而美日等发达国家的节能建筑比例已达40%，能源利用率可达到55%以上，国内建筑单位面积能耗约为发达国家的两倍。因此，我国在建筑能耗上节能潜力巨大，建筑节能将成为国内经济高效稳定发展的重要保障。

2.国内建筑电气节能现状

近年来，国内在建筑电气节能领域开展了很多卓有成效的研究工作，只是在节能方案、措施制定等过程中统筹分析不够，没有对建筑内部现有系统的综合能耗实现准确分析，在节能产品选型安装或节能方案措施的实施上还存在一些不足之处。相应的基础自动化设备还普遍不足，在节能数据及运行效果的跟踪统计分析上不能实现实时动态管理，造成建筑电气系统节能产品或节能措施实施后，不能有效协调相关系统运行，预期节能效果不明显。在工程实际建设中，实施高效节能设备和自动化控制系统能够有效降低30%—50%的建筑能耗，但在能耗监控及维护管理系统上如果不够完善，建筑能耗节能系统就不能实现内部的实时调控，对建筑节能效果的调节管理也不够持续稳定。

3.智能建筑的电气节能设计

建筑电气节能设计与改造是使智能建筑服务水平提高的一个有效措施，不但能够发挥建筑内部各系统的功能特性，还能优化控制电气系统和设备工作状态，进而使建筑电气系统能耗得到明显降低，减轻住户的日常开销。

3.1 供配电系统的节能设计

对智能建筑内部用电等级和总荷载进行准确统计分析后，设计使用便捷且科学合理的建筑供配电系统，不仅能节约业主的一次性投资，使单位建筑的经济性提高；还能使建筑工程在日后使用中实现节能降耗。可以说智能建筑节能中的最关键环节就是供配电系统的节能设计，在实际设计中要注意以下三方面内容：

一是合理选择变配电所的位置，按照建筑的不同用电负荷对所需供电容量及用电等级进行准确统计，与住宅单体分布相结合，设计完成经济稳定的供配电系统。建筑区变配电所的位置要与用电负荷中心临近，不但能使建筑配电半径减小，以免出现往返长距离的供电情况，缩短供电电缆长度，使供配电系统投资成本降低；而且还能使配电线路半径缩小，有效降低线路综合损耗，使配电质量得以提高，实现其它用电设备运行高效稳定，降低能耗的作用。

二是合理布置竖井，在各层设计配电竖井、层配电箱等具體位置时，为便于缩短分开关配电线路长度，降低线路损耗，可将其设置到用电负荷中心。

三是变压器选择要合理，高层建筑电气节能的关键在于变压器的类型要选择合理，由于变压器正常运行时，其内部铁心叠片因电磁力线交变而发生磁滞及涡流现象，进而形成空载损耗，也就是铁损。随着材料物理相关理论的快速发展，作为新型节能材料的非晶态磁性节能材料已做为变压器铁心材料而得到广泛应用，进而形成节能的非晶合金铁心变压器。在工程建设中常用的S11、S13等型号变压器优化传统变压器结构的改良产品，对传统叠片式铁心结构进行改变，能够使变压器铁心内磁阻减少，与传统变压器相比其空载电流可减少20%—40%，变压器功率因数明显提高，供配电系统综合线损降低，系统供电能力得到有效改善，从配电源头实现节能降耗的效果。

为使变压器正常运行时负载率达到最佳值，可在设计其负载率时考虑变压器铜耗，变压器铜耗与负载率平方具有正比关系。在变压器负荷率为0.5时，运行的综合效率最高，而线损最小，实际上变压器内部铁损并没有减少，从负荷率改善变压器线损上变压器节能效果并不能得到完全体现。不仅会相应增加整个系统变压器与各类配电开关容量，使设备购置费用明显增加；还会增加设备的运行维护费用，将低负荷率条件作为配电变压器的选择条件会得不偿失。

在对上述因素进行综合考虑后，就要在设计对供配电系统后期扩容需求留有余地，要使变压器负荷率介于合理范围，一般多选择在75%—85%之间。

3.2 照明系统的节能设计

智能建筑在节约照明用电上不能只是通过照明灯具数量的减少或功率的降低来进行实现，而要有效利用自然光等光源。位于室外部分的建筑面积，通常多利用透光率较好的玻璃门窗等使建筑物白天照度得到增加，使开灯时间明显减少，以实现对自然光源的有效利用，达到节约电能资源的效果。能够采用自然光的建筑面积照明，可以根据建筑物照明设计中的照度标准对现场照度进行检测，并采用相应灯光控制系统对灯具照明进行自动调节，以实现不同区域对照明的不同需求。设计建筑物的夜景照明，要沟通好城市景观规划部门，不但要通过灯光的烘托效果使建筑总体风格中蕴含的文化底蕴和艺术效果得到充分体现，还要将照明结合美学、艺术等方面特点，使建筑物夜景环境具有优美、优雅、舒适的特点。设计智能建筑的照明时，还要控制好照明系统，以免对周围环境的造成光污染，在实现节能降耗的同时，还要保护好人文与生态环境。

4.结语

综上，智能建筑的电气工程设计各环节都要通过相应的技术措施实现电能节约的目标。智能建筑电气节能设计的主要内容就是设计供配电系统和照明系统的节能，因建筑电气工程涉及多方面内容。

随着智能建筑的快速发展，以及环保意识的逐渐提高，城市化进程的加快对于智能建筑电气节能设计的要求也越来越高。在实际工作中，一是要对建筑节能方面的相关原则和标准规范详细了解，二是对新型节能电气产品及先进的设计方法熟练掌握，从而在智能建筑电气节能设计中将各项措施灵活应用，才能建设出高质量的智能建筑。

参考文献

[1]陈众励，赵济安，邵民杰.建筑电气节能技术综述[J].低压电器，2008.4

[2]建设部.民用建筑节能管理规定[M].北京：中国建筑工业出版社，2009

[3]住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施（电气节能专篇）[M].北京：中国计划出版社，2007

[4]华东建筑设计研究院.智能建筑设计技术[M].上海：同济大学出版社，2008

[5]颜晓光.关于建筑电气的发展与技术探析[J].经营管理者，2011.14

作者简介

刘鲜艳（1986—），女，助理工程师，主要从事建筑电气设计工作。

智能温室测控系统软件的设计与研究 第5篇

智能温室系统要满足对生产过程进行自动检测、信息处理和实时控制,能够实现生产过程的自动化[1]。本温室系统采用RS-485总线结构,由 PC机 (上位机)与多台单片机(下位机)实现主从通讯,对温室进行监测、管理和控制。系统采用二级控制结构:第一级为直接控制级,利用单片机智能控制仪对环境参数因子进行临界控制;第二级为过程管理级,利用PC机实现对环境参数的管理和对控制参数的设置修改工作。

本文设计研究是PC机测控软件部分。针对本系统特点和功能,监控软件的设计主要由3部分组成,即通讯模块设计、数据库模块设计和用户界面设计。

1 通讯模块设计

1.1 通讯方式选择

本系统通讯模式选用半双工RS-485串行总线通讯模式[2]。RS-485总线是一种支持多节点、远距离和高灵敏度的总线标准,可以支持32个外挂点,如果外接Maxim487电平转换芯片,可以使外挂点扩展到128个。目前分布式控制系统广泛采用RS-485总线标准,而在本温室控制系统中数据通讯无需双方同时接发数据,因此选用半双工通讯模式。

1.2 RS-485总线串行通讯硬件电路设计

在实际应用中,普通PC机只有RS-232串行通讯接口,不具备RS-485通讯接口,因此需要配备专门的转换装置。同时考虑到需要调用Windows环境下有关串口的WIN32的通信API函数,因此选用波士电子RS-232/RS-485转换器。

实现以RS-485总线标准多机通讯,各下位机数据发送端与接收端必须进行TTL与RS-485电平转换[3]。所以选用Maxim公司TTL/RS-485通讯收发器专用转换芯片MAX487。该芯片具有易用、可靠性高、具有较强的抗干扰能力和价格低廉等特点,完全满足本系统的需求。通讯电路图如图1所示。

1.3 通讯模块软件设计

1.3.1 通讯协议

实现温室上位机与下位机的数据通讯,必需约定一定的通讯协议。本系统串行通讯采用起止式异步通讯协议。起止式异步通讯协议的特点是以字符为单位传输,并且传送一个字符总是以起始位(低电平)开始,以停止位(高电平)结束。字符本身由5～8位数据组成,并具有1位校验位,最后是停止位和空闲位(均为高电平)。传输时,数据低位在前,高位在后。本系统的波特率选为9 600bit/s。

为了保证通信电路的畅通,提高数据传输可靠性,在进行数据传输前,增加握手协议机制[4]。在上位机发送数据前,PC机首先发送字符“M”,等待下位机回传字符,如果回传字符为“A”,则说明通信电路畅通,握手成功。

1.3.2 建立串行端口连接

Visual Basic的MScomm串口通信定制控件提供了一系列标准通讯属性和方法,对实现温室系统数据传输非常方便。利用它对本系统串行通讯空间的MScomm属性进行配置,可以建立起应用程序与串行端口的连接。

1.3.3 纠错

智能温室控制系统在上位机与下位机的数据传输过程中有可能受到外界干扰,影响控制系统的精确度和可靠性。为了检测数据在传输过程中是否产生错误,必须采用一定的校验措施。由于本系统在串行数据传输中采用8位数据位,故采用累加和校验方式。软件流程图,如图2所示。

2 数据库设计

综合考虑,本系统采用Microsoft Access数据库类型,利用VB6.0面向对象编程技术访问和控制数据库。本系统采用VB提供的数据库DAO数据访问对象来访问数据库。数据组织系统是软件系统的重要环节,温室环境参数管理系统中数据种类繁多,数据之间又有一定关联、重复和冗余。为了满足系统实时的要求,要以实时测量数据为基础,对数据进行分析、描述和设置关联。

本系统的数据库结构设计中采用规范化方法,使数据库结构尽可能简单,提高数据的可靠性,同时考虑到提高处理速度,尽可能将主要数据信息集中在一个数据库中,实现数据操作的局部化。数据库结构如图3所示。

本系统数据库按不同层次分为以下几个部分:

1) 系统支持数据库,包括文件管理数据库、安全保密数据库等;

2) 温室参数库,包括温室的控制参数录入、修改等档案信息;

3) 其他辅助库,包括调整方案库、各种报警信息库等辅助数据库;

4) 系统运行库,包括温室参数的实时数据和历史数据的存储库。

3 用户界面设计

根据系统目标和功能,采用模块化设计方法对系统界面结构进行设计。本系统界面由多个模块组成,模块之间通过系统数据相互关联。系统界面框图,如图4所示。

3.1 数据实时显示

该模块定时从下位机接收温室的各项数据,经由RS-232/RS-485接口转换器送入上位机后显示,并储存。软件设计中,利用VB提供的MScomm控件,采用事件驱动方式采集下位机传来的数据,经过校验后通过Text控件和Picture控件,可分别以框格和动态曲线的形式同时显示温室的各项参数数据。

3.2 控制参数设置

控制参数设定模块可以根据作物生长需要对温室各项参数范围进行设定,并将设定数据写入数据库,然后通过通讯总线将这些参数从PC机传送到单片机中,单片机根据这些参数对温室内空调、湿度控制装置和氖灯排气扇等设备进行开关调节。

3.3 多点采集

温室内每一点的环境因子参数数值不尽相同,因此本系统采用平行布置多个不同类型的传感器,采集不同点的环境参数,以便了解农作物在同一温室内不同点的生长状况。同时通过多点采集可以检测出传感器是否损坏。多点采集数据传输原理与实时数据显示原理类似,不同点就是有一个地址位,在此不再赘述。

3.4 数据查询、打印报表及使用帮助模块

数据查询功能,采用VB提供的Move方法配合BOF属性和EOF属性来移动记录指针,用户可以在ComBox中选择输入完整查询内容后,按“确定”键,即可得到满足条件的数据。报表打印功能,利用VB提供的报表设计器将温室数据从Access数据库中提取出来,组成一张报表形式,点击打印图标即可打印所需数据。帮助文件包括对系统的各个模块功能的总体说明、使用指南。

4 结果分析

该系统调试后在温室内进行了试验,试验结果如表1所示。

结果表明温室环境智能测控系统运行良好,系统控制效果与预设目标值基本相一致,达到了对环境因子临界控制的目的。通过近6个月的试验观察表明:该系统工作可靠,抗干扰性强,实现了预定设计目的。试验证明,测控系统通过人工控温、控湿、通风、补光等措施,不仅可以为作物提供与自然季节无关的适宜的生长环境,而且为今后栽培各种不同类型的作物提供了数值参考依据,对今后设施栽培起到了重要指导意义。

参考文献

[1]陶卫民.我国设施农业发展趋势[J].现代农业,2001(11):46.

[2]李学海.PIC单片机使用教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[3]邓素萍.串行通信RS232/RS485转换器[J].国外电子元器件,2001(7):62-63.

智能温室大棚控制系统的设计 第6篇

随着科学技术飞速发展, 农业生产技术的自动化、智能化成为一种趋势。越来越多的系统利用计算机技术对农业气象参数进行监控和采集, 一方面可了解作物生长的环境参数, 另一方面也可根据采集的参数进行调节从而为农作物的生长提供适宜的生长环境, 以实现温室生产管理自动化、科学化。设计温室大棚智能调控系统, 采用单片机对温室内的湿度、温度等环境条件参数进行采集, 采集数据可利用接口设备将采集数据传送给上位PC机进行分析处理。本文将从系统总体设计、系统硬件电路设计、程序流程图等方面进行描述。

二、系统总体设计方案及系统框图

2.1系统总体设计方案

本文介绍的温室大棚智能调控系统, 可实现环境数据的监测、调控功能, 其系统框图如图1所示。其中智能调控单元基于单片机控制下, 通过各传感器采集数据后传给单片机, 单片机经处理通过人机对话接口显示或报警, 同时可以通过内设对温室进行预置控制, 以实现大棚环境的检测控制功能。

2.2系统主要实现功能

1、传感模块:即环境参数监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个棚区所需数据监测的功能。

2、终端模块:即终端智能控制系统。它可以完成整个棚区进行自动灌溉、自动开启风机, 自动液体肥料施肥、自动喷药等各类所需的自动控制。

3、预警模块:即远程植保预警系统。可以通过声光报警、语音报警等方式进行预警。本系统采用蜂鸣器和红LED灯作为声光报警, 当系统检测到的数据不符合给定的要求时, 将进行报警提示。

4、作业模块:即中央控制室。可通过总控室对整个区域的参数进行控制。

三、系统的硬件设计

3.1系统结构硬件框图

本系统选取温室大棚内的温度、湿度、光照强度以及CO2浓度等来作为系统的被控制量, 将加热、加湿、遮阳网、天窗/侧窗、风机等执行机构作为控制手段, 对温室大棚内的环境状态进行调控, 从而使大棚内的植物生长环境达到最佳状态。

3.2硬件电路设计

在系统各子系统组成电路中, 最为重要的就是显示电路, 按键电路与信号输入电路。

1) 12864液晶显示模块

为了使本系统的人机界面较为方便, 这里我们使用了12864液晶显示模块。12864液晶屏主要用来显示大棚湿度、温度、光照、是否有烟雾、等信息, 动态显示大棚中温度变化的曲线和湿度、温度、光照等的上、下限值。

2) 温度传感器

DS18B20温度测量范围为-55℃~+125℃, 测温分辨率可达0.0625℃, 主要用来检测大棚内温度, 当大棚内温度超过系统所设定值时, 系统会自动报警, 提醒操作人员调节室内温度。

3) 温湿度传感器

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器, 它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术, 确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。

4) 烟雾传感器

MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡 (Sn O2) , 在作品中我们将MQ-2与LM339比较器连接, 通过比较器输出的高低电平判断有无烟雾。当有烟雾时系统报警并提醒工作人员注意大棚内情况。

四、系统的软件设计

系统上电复位后, 首先对各个子系统进行初始化, 显示开机画面, 启动温湿度检测子程序, 接收监测信息并将参数显示于LCD显示器;然后调用处理子程序进行判断和控制, 执行声光报警并进行反馈控制, 其主程序流程图如图2所示。

五、结语

本文基于温室大棚环境参数检测和控制的要求, 设计了以STC89C52单片机为控制核心, 实现对温室大棚内农作物生长过程中温度、湿度、二氧化碳浓度等参数的监测和控制。该系统性能稳定、成本低廉、人机交互性良好, 具有相当广泛的应用前景。

摘要：随着现代农业生产技术迅猛发展, 温室大棚化种植被广泛应用。本文设计了基于单片机控制的温室大棚智能监控平台, 实现对大棚内部环境的自动检测;对通风系统、温控系统、加湿系统、CO2释放系统、遮阳网系统、补光系统等的自动控制。

关键词：智能控制,PC机技术,单片机

参考文献

[1]刘方, 栗震霄.我国农业温室控制系统控制模式的研究.农机化研究, 2008, 10:223-226.

[2]李伟, 段翠芳, 滑伟娟.国内外温室监控系统的发展及趋势[J].农业科技与装备, 2010 (10) :51-52.

智能温室电气工程设计 第7篇

雷电是发生在大气层中的声、光、电物理现象, 它具有极大的破坏性, 其电压可高达数百万伏, 瞬间电流可高达数十万安培, 给人类生活及生产带来了巨大影响, 特别对电力、广播电视、通信、计算机网络等领域造成严重危害[1]。随着现代电子技术的不断发展, 各种高、精、尖的电子设备不断推广和联网应用, 而这些电子设备的内部结构都是高度集成化的, 耐过电压、耐过电流的能力极低, 避雷针对这些电子设备的保护也无能为力, 因而极易遭受雷电流的冲击而损坏, 轻者使终端计算机、可编程控器和通信接口设备损坏、通信中断、各种信息无法传递;重者使网络主机损坏, 致使网络瘫痪, 工作无法进行。因此, 为了使计算机网络系统正常运作, 防止雷击而带惨重损失, 有必要对计算网络系统进行综合雷电浪涌防护措施, 除了要安装良好的避雷针、避雷带, 还必须在电源系统、信号系统进行可靠、有效的防护工作, 并具备可靠的接地装置。

1 智能温室自动化控制系统防雷设计依据

1) 建筑物防雷设计规范 (GB 50057-94) ;

2) 通信局 (站) 接地设计暂行技术规范 (YDJ 26-89) ;

3) 计算机机房防雷设计规范 (GB 500174-93) ;

4) 雷电电磁脉冲的防护 (IEC1312-1, 2, 3) ;

5) 低压电力配电系统的浪涌保护器 (IEC1643-1) 。

2 雷电对电器设备造成的危害

雷电闪击一般以3种方式对运行的计算机网络进行破坏;第一是直接击毁即直击雷, 这是带电云层与大地某一点之间发生的迅猛的放电现象;第二是沿电源线路的感应雷, 由于直击雷放电过程中产生强大脉冲电流对周围的导线或金属物通过电磁感应产生脉冲高电压, 并沿电力线侵袭计算机系统;第三是沿通信线路 (电话线、数据线、网络线) 的感应雷, 根据感应雷产生的特点, 感应雷也可能从通信线路对计算机网络进行破坏, 雷击过电压可直接损坏调制解调器、交换机以及其他数据处理设备, 造成数据丢失或通信中断。

通常智能温室自动化控制系统都置于建筑物之中, 网络线、电源线铺设于电缆沟中, 虽然遭受直接雷击的可能性不大, 但是防护的主要对象是雷电波侵入 (感应) 。按国外资料统计雷电波侵入 (感应) 占计算机类设备雷击事故原因的85%。雷电波侵入 (感应偶合) 对计算机设备的破坏, 主要是通过侵入电源线、天线馈线、通讯线和信号线分别损坏电源模板、通讯模板、I/O模板、RS-232口、多多功能卡、网络设备;也可能因感应从信号采集线和接地网引入有害的信号电流和接地电流, 损坏温室控制系统或影响其运行。

3 智能温室自动化控制系统的防雷措施

根据瞬间过电压产生、危害途径和智能温室自动化控制系统大量采用高度集成的CMOS电路和CPU单元, 以及智能温室集控制、通讯、监测为一体, 而且分散面广的特点, 我们认为要避免雷击对智能温室控制系统造成的破坏, 就必须采取系统的、综合的防雷措施。特别应从配电系统防雷、通讯线和网络线的防雷、总控制室防雷和合理接地等四方面着手。

3.1 智能温室自动化控制配电系统的防雷

当雷击输电线或雷闪放电在输电线附近时, 都将在输电线路上形成雷电冲击波, 其能量主要集中在工频至几百赫兹的低端, 容易与工频回路耦合。雷电冲击波从配电线路进入自控设备的电源模块以及从配电线路感应到同一电缆沟内的自控网络线上进入自控设备的通讯模块的几率比信号线路进入的要高得多。因此配电线路的防雷是自动化控制系统防雷的重要部份[2]。

智能温室自动化控制系统的配电系统在高压入线端都安装有阀型避雷器、氧化锌避雷器等避雷装置, 但自控设备的电源系统仍会遭受雷击而损坏。这是因为这些措施的保护对象是电气设备, 而自控设备耐过压能力低, 同时, 这些避雷器启动电压高而且有些有较大的分散电容, 与设备负载之间成为分流的关系, 从而加在自控设备上的残压高, 至少高于避雷装置的启动电压, 一般为峰峰值2.0～2.5倍 (单相残压不低于800 V) , 极易造成自控设备损坏, 同时大型设备启停产生的操作过电压也是危害自控系统的重要原因之一。

综上所述, 用单一的器件或单级保护很难满足智能温室自动化控制设备对电源的要求, 所以对电源防雷应采取多级保护措施。

由于雷击的能量是非常巨大的, 需要通过分级泄放的方法, 将雷击能量逐步泄放到大地。第一级防雷器可以对于直接雷击电流进行泄放, 或者当电源传输线路遭受直接雷击时传导的巨大能量进行泄放, 对于有可能发生直接雷击的地方, 必须进行CLASS—I的防雷。第二级防雷器是针对前级防雷器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备, 对于前级发生较大雷击能量吸收时, 仍有一部分对设备或第三级防雷器而言是相当巨大的能量会传导过来, 需要第二级防雷器进一步吸收。同时, 经过第一级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射LEMP, 当线路足够长感应雷的能量就变得足够大, 需要第二级防雷器进一步对雷击能量实施泄放。第三级防雷器是对LEMP和通过第二级防雷器的残余雷击能量进行保护。

有条件的地方尽可能从总配电柜开始将智能温室自动化控制系统的电源线单独排布。各级避雷器应尽量接近被保护设备以免雷电侵入波发生正的全反射。各级启动电压可据系统而定, 但末级应尽量达到箝位输出。国内和国外的各系列电子避雷器均有较好的性能, 有些还增加了放电管、雷击计数器、避雷器漏电流检测电路, 其使用、检测很方便。

3.2 通讯线和网络线的防雷[2]

通讯线和网络线一般都采用特制屏蔽双绞线, 并且一般在安装时都是穿管直埋铺设, 所以雷电在此处的感应电压不高, 大约在1 000～2 000 V左右。但可编程控制器PLC或计算机的通讯口的正常工作电压一般为正负5 V、12 V、24 V、48 V等, 所以雷击时产生巨大的瞬变磁场, 在2 km范围内的金属环路, 如网络金属连线等都会感应到极强的感应雷击;雷击产生的感应电压足以使通讯设备瘫痪。

计算机数据交换或通讯频率是从直流到几十兆赫兹 (据系统而定) , 在选用避雷器件时应以通讯电平和频率或速率来确定, 避雷器应在近通讯接口处安装 (减小反射损耗) , 网络通讯线路避雷的最好方法当然是采用光纤网络。

温室与总控室及机房之间的网络线通讯因为距离近, 功率低, 网络传输线主要使用的是光纤和双绞线。其中光纤不需要特别的防雷措施, 但若室外的铠装光纤是架空的, 那么需要将光纤的金属部分接地。而双绞线屏蔽效果较差, 因此感应雷击的可能性比较大, 应将此类信号线敷设在屏蔽线槽中, 屏蔽线槽应良好接地;也可穿金属管敷设, 金属管应全线保持电气上的连通, 并且金属管两端应良好接地。

对于网络集成系统, 可在网络信号线进入到广域网路由器之前安装信号防雷器;在系统主干交换机、主服务器以及各分交换机、服务器的信号线入口处分别安装信号防雷器。信号防雷器的选型应综合考虑工作电压、传输速率、接口形式等。

3.3 总控制室和温室的防雷

1) 总控制室是控制和信息中心, 集中了很多贵重而价格昂贵的计算机设备、通讯设备、仪器仪表, 是主管部门的生产监控、调度中心, 所以在防雷上的要求就更高一些。总控制室所在建筑物应安装避雷带、避雷网, 只安装避雷针效果不好, 控制中心所在建筑物的接地电阻须小于10Ω。前面已述, 雷电的危害途径主要通过感应而进入自控系统, 所以避雷针、带、网的引下线应尽量多设几条, 使雷电电流有更多的分流途径, 以减小每条线上的泄放电流量从而降低感应能量。室内计算机、自控设备要尽量置于远离避雷网导地金属体。

2) 温室一般都是金属结构组成, 虽然温室建筑物高度不高, 但地势空旷, 临近水源, 湿度比较大, 所以极易遭受各方向的各种形式的雷击。像温室这样的建筑物, 每根柱子的基础一般是独立的, 在地中互不连接, 当利用柱内钢筋作为引下线, 基础用作接地体时, 应当另作周圈式接地带并与柱内钢筋焊接。必要时还要补作均压接地网, 以减小接触电压和跨步电压。

当温室的防雷接地与电气设备的接地无法隔离时, 一般的作法是连接成统一的接地系统, 其共用接地电阻按其中最小值的要求选定。上述接地电阻值为设计指南的做法现在已经改为以接地目的为设计指南。防雷和电力设施接地的目的均以安全为主, 其手段是降低接地阻抗和维持等电位。防雷接地的阻抗必须考虑冲击阻抗, 尽量采用环网的接地形式, 凡是能够与防雷共用接地的电气设备均宜直接将两个系统的接地导体相连, 这是维持等电位的最好方法。

3.4 接地装置的设计

接地系统是智能温室自动化控制最基本的系统之一, 接地装置的优劣不仅与接地电阻值有关, 还与接地方式有关, 周圈式接地方式优于独立式接地方式。周圈式接地的冲击阻抗小于独立式接地的阻抗, 并有利于改善建筑物内的地电位分布, 减少跨步电压[3]。此外, 周圈式接地体便于与各种入户金属管道相连, 并可利用自然接地体降低综合接地电阻。金属结构的温室的防雷接地应以周圈式接地为优选方案。

总控制室的接地系统包括视频接地、综合布线接地、电力接地、防雷接地。具体的设计方案为采用各类接地装置共同用一个接地体 (地网) 的接地方式, 称之为联合接地系统。联合接地系统的地网设置, 由大楼建筑钢筋混凝土浇筑的基础中的钢筋接地体与沿大楼外埋设的由水平和垂直的镀锌钢材所组成的闭合回路接地体构成, 并且与地下其它相距20 m以内的金属管线短接为一体。接地汇集采用汇集环形式, 它通常放置在地下室内, 钢筋和汇集环每隔5～10 m连接一次。当建筑物地下基础部分采用防水措施处理, 能起到绝缘作用时, 则应在基础钢筋之外的四周加一圈用Φ12钢筋做成的闭合环路作为大楼的接地体, 与基础内钢筋每隔5～10 m连接一次。联合接地系统具有较大的电流容量和较小的接地电阻。在南方地区, 由于土壤电阻率较低, 一般可以将接地电阻做到0.2Ω以下。总干线引下线一般采用带热缩套管的铜排, 或截面积大于30 mm2的带有绝缘外皮的多股铜芯电缆。

总干线引下线应在每层 (或隔层) 与每层 (或隔层) 防雷均压网相连。防雷接地引下线采用大楼建筑外围房柱内、外侧的垂直主钢筋骨架中的几根 (不少于2根) 作为雷电流引下地线, 主钢筋上至屋顶避雷带, 下至大楼基础底部, 中间每层或隔层与大楼防雷均压网连接。所有连接点均采用搭接焊;电力引下线一般采用三相五线制接零保护, 不能采用交流零线做为保护地线。

微电子系统接地的应兼顾防干扰和安全, 在正常工作状态下不可将微电子设备接地系统与防雷接地系统相连, 以防杂散电流干扰信号侵入。具体的做法是在底层将两接地系统之间用低压避雷器或放电器连接起来, 以求在雷击时自动连接, 防止闪络和击穿放电。

4 防雷系统及安装

众所周知, 雷电具有很强的破坏性, 主要有直击雷、雷电感应、雷电波侵入和地电压反击四种形式。由于广东地区是雷电多发区, 而智能温室一般都建于空旷的郊区, 许多监控设备和部分传感器等都安装在较高的地方, 相对周围环境而言, 形成十分突出的目标, 从而导致雷击概率增多。

避雷器是一种既容易实施, 效果又好的防雷措施, 因此智能温室自动化控制系统将主要采用避雷器。避雷器的响应特性有软硬之分:气体放电管和火花间隙防雷器是基于斩弧技术 (Arc-chopping) 的角形火花隙和同轴放电火花隙, 当线路电压超过防雷器的击穿电压后, 防雷器的绝缘电阻立刻急剧下降, 放电能力较强, 残压相对较高, 恢复电压低于原来的击穿电压, 属于硬响应特性;属于软响应特性的是压敏电阻和浪涌抑制二极管, 其特点是响应时间短, 放电电流小, 残压低而且恢复电压基本不变。避雷雷器的直流1 mA参考电压是我们选择避雷器的绝缘要求, 硬响应的防雷器的工频后续电流和防雷器绝缘劣化可能造成线路短路, 所以防雷器前面应该配置过流保护空气开关或熔丝, 其额定电流应小于防雷器的最大短路允许强度。如果主电路保护空开大于防雷器的最大保险丝强度, 应设避雷器分路保护空开。

雷电波的脉冲宽度为纳秒级, 所以一般防雷器均以响应时间达到ns为标准。纳秒级的雷电波在对地泄放中产生的地电压反击和雷电波侵入作用时间可能被延长至毫秒级甚至更长, 我们在选用防雷器和设备的保护空开时, 应根据防雷器的最大允许熔丝电流和线路的进线容许短路电流以及设备的负荷电流综合考虑, 一般应按如下标准选择:

1) 设备的总保护空开额定电流>设备的负荷电流;

2) 设备的总保护空开额定电流≤防雷器的最大允许熔丝电流;

3) 设备的总保护空开额定电流<<电路进线的容许短路电流。

防雷器的残压是保护设备的重要参数, 一般来讲, 泄流能力强的防雷器, 响应时间长, 残压高。世界上没有任何一种防雷器能满足所有混合雷电冲击波、残压以及响应时间指标的要求, 所以应根据电源设备的绝缘等级划分防雷层次, 实现多级防护, 对雷电能量逐级减弱, 使各级防雷器残压相互配合, 最终使过电压值限制在设备绝缘强度之内。我们认为应该结合YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规定》和基地的实际情况, 从交流电力网高压线路开始, 根据总控制室主要电源配套设备的耐雷电冲击指标和防雷器残压要求, 采取分级协调的防护措施, 进行防雷系统设计。

实现各级防雷器的能量分配与电压配合的要点在于利用两级防雷器之间线缆本身的感抗。电缆本身的感抗有一定的阻碍电流及分压的作用, 使雷电流更多地被分配到前级泄放。当保护地线与其它线缆紧贴敷设或处于同一条电缆之内时, 要求两级防雷器之间线缆长度在15 m左右, 当防雷器接地线与被保护电缆有一定距离 (>1 m) 时, 要求线缆长度大于5 m即可。在一些不适合采用线缆本身作退耦措施的, 如两级防雷器靠近或线缆长度较短时, 可利用专门的退耦器件, 此处没有距离方面的要求。市电进入总控制室后, 应在总控制室内配电箱的输出端加装相应的C级电源源避雷器, C级电源避雷器技术参数如下:

雷电通流量≥2 kA;

响应时间≤25 ns;

残压峰值≤1.3 kV (标称放电电流为1.5 kA等级) 。

为了进一步防止雷电过电压的危害及当供电线路发生故障时造成的危害过电压, 需在开关电源等交流负荷电源进线端的空开后加装D级防雷器, 在直流配电屏的输出端上安装浪涌吸收装置 (直流避雷器) , 作为电源线路的E级过电压保护, 并在直流负荷设备的电源入口处安装浪涌吸收装置。交流配电箱、开关电源等所有负荷设备的内部防雷器接地端子应与机壳就近连接。如果负荷设备的内部防雷器与上一级避雷器之间的距离太近, 无法达到15 m, 则负荷设备的内部防雷器则可采用串联型避雷器, 即去耦合电感。

我们知道导线的电压降主要取决于其电感值, 而电感值受到长度和连接方法影响, 我们采用以下方法来减少并联防雷器的感性电压: (1) 尽量减少连接线长度 (<25 cm) , 减少线路回圈, 并将每组连接线绑扎以使其磁场相互抵消。 (2) 当连接线过长 (>25 cm) 时, 多加一组连接线并分组绑扎, 使电感电流平分到两组上从而减低磁场强度。串联防雷器保证输出线与输入线、接地线尽量远离, 以免再次偶合感应。

总之, 除严格执行现行国家规范外, 温室防雷设计应着重考虑接闪功能、分流影响、均衡电位、屏蔽作用、接地效果和综合布线等重要因素。温室防雷是一个系统工程, 只有按防雷规程整体地做好各项防雷要素的配合, 将直击雷、感应雷、接地网、防雷器选择及配合、连接线及等电位连接等因素考虑到系统防雷之内, 充分利用电磁兼容的分区防雷, 消除地电位反击等综合环节, 就可以将温室自动化控制系统的防雷工作做好, 使雷灾的可能性降至最低。

参考文献

[1]刘兴顺主编.建筑物电子信息系统防雷技术设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[2]赖世能, 慕家骁.通信系统防雷接地技术.北京:人民邮电出版社, 2008.

智能温室电气工程设计 第8篇

设施农业是世界现代农业发展的主要方向之一,我国农业正处于从传统也向高产、优质、高效为目的的现代化农业转化新阶段,设施农业是我国今后比较长的时间内农业发展的一个主要方向。现代大型温室中,室内的温度、湿度、CO2浓度、营养液养分状况等所有环境因子的监测、传感、调节,都由计算机进行综合管理,实行自动控制。

国内现有的大多数温室系统是从国外引进的,这些系统一是价格昂贵,二是存在水土不服的问题。国内在温室的自动控制与智能化方面进行了许多有价值的研究,但研制的温室环境调控与生产管理设施未完善配套,较多温室环境监测与控制系统硬件与软件依赖国外进口。因此,开发出符合中国国情的自动化温室系统,才是解决问题的关键。

本课题的研究目标是开发一款基于单片机的温室控制系统,能独立对各个温室模块进行控制。同时也可以和上位机进行通信,接受上位机指令对各个模块进行控制,并把采集的数据传给上位机。

2 系统组成及工作原理

本系统功能由硬件和软件两大部分协调完成,硬件部分主要完成各种传感器信号的采集、转换、各种信息的显示等;软件主要完成信号的处理及控制功能等。

系统原理结构框图如图1所示,它是一个小型的分布式数据采集与控制系统,是由单片机为核心的下位机和PC机构成的上位机组成的控制系统其中下位机又由相应的传感器(如温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器、光照度传感器等)、模拟量输入输出通道、开关量输出通道所等部分组成。下位机既可以独立完成各种信息的采集、预处理及存储任务,又可接受从上位机送来的控制参数设置,启动增温降温、加湿除湿、遮阳补光等调控设备,从而按不同要求调控温室的微气候环境。上位机将下位机送来的数据,及时在线地用动态数据、曲线的方式显示起来,并储存在相应的数据库中,一般可以保存一个生长季节的数据,对存储起来的数据,按研究需要,进行分析、统计,可显示、打印成表格或曲线或直方图,同时也向下位机传递控制。

3 硬件构成

3.1 系统控制器

控制器是系统的核心,主要用于现场实地检测及控制,完成数据处理。每个控制器都有自己的显示、键盘系统,可以独立于上位机来控制和调整系统的运行状态。显示系统提供系统设备运行参数,系统设备状态等菜单,可以通过操作键盘来调整参数,这样使系统可以脱离PC机运行。由温室内各传感器采集到的数据通过总线传输到上位机,利用其丰富的指令进行数据处理,再通过RS232/RS485转换器传输给下位机和执行机构动作,完成各项控制功能。

控制器选用PHILIPS公司生产的P89C54单片机,它是采用先进的CMOS工艺制造的高性能8位单片机。PHILIPS公司的CMOS技术把HMOS的高速、高密度特性和CMOS的低功耗的特点结合在一起,使得器件具有优越的性能。P89C54指令集与80C51完全兼容,且片内程序存储器是非易失性FLASH性,存储空间为16K,片内RAM为256个字节,片内存储器可在10000次擦除以后,仍能很好的保存数据,数据至少可保持10年。

3.2 测量模块

测量模块实现了对温室的环境温度、湿度、光照和二氧化碳的测量。测量模块通过传感器把各种环境因子非电量转换为电量,通过信号整理电路把电信号线性化、放大滤波为0�V的标准信号,传输至核心控制模块,然后通过A/D转换器对信号进行模数转换,将数字量送入单片机。

3.2.1 传感器信号检测电路

系统通过各种传感器对温室内的温度、湿度、CO2含量及养分的PH值进行实时数据采集,并将测量结果通过接口送至上位机中,上位机根据控制要求对整个温室进行综合控制。为了增强下位机采集子系统的抗干扰性、简化信号接口,系统优先选用数字输出信号传感器,CO2浓度、EC值、PH值等模拟信号传感器均选用标准4�0mA输出,模拟信号经多路模拟开关选择后送模数转换器转换,转换后的数据以并行方式送单片机处理[1]。

本系统中温度测量采用温度传感器PT100.1实现,该传感器测量精度高、线性度好,测量范围-40-450℃,测量精度为士0.1℃。湿度测量采用湿度传感器HS15W-DL-L实现,测量范围0-100%RH。测量精度为士3%RH。光照测量采用光电池实现,测量范围0-100光照单位,测量精度为士3光照单位。二氧化碳测量采用二氧化碳传感器GS-160实现,该传感器测量精度高、线性度好,测量范围0-l00PPM,测量精度为士3PPM。

3.2.2 A/D转换

由于单片机只能处理数字信号,所以由传感器采集的温室内光照、温度、湿度、PH、EC等模拟量,需要经过A/D转换,才可输入单片机。A/D转换电路种类很多,在选择A/D转换器时,主要考虑以下技术指标:转换时间和转换频率、量化误差与分辨率、转换精度、接口形式等。对于本控制器,选择的A/D转换芯片为TLC1543。连接图如图2所示,在本设计中TLC1543主要用来采集温室内的温度、湿度、热水的进出口温度、以及天窗、侧窗开启的角度。

3.3 通信模块

由于系统要求控制器不仅能够独立工作,而且能够与上位机进行必要的数据传输,所以需要进行通信接口电路设计。当PC机与下位单片机距离介于20m到2Km之间时,不能直接采用RS-232,可采用RS-485。在本控制系统中,采用RS-485总线来实现上位机与下位机之间的通信。485总线构成的分布式控制系统框架如图3所示。

一般PC机只有RS-232接口,若实现RS-485标准接口通信必需采用RS-232/485转换器。本系统使用的MAX1480B是一种完全电气隔离的RS232/RS485数据通信接口,在一个标准的DIP封装中有完整的接口,包括收发器、光耦合器和变压器,逻辑侧的单电源+5V给接口两侧供电。信号与电源在内部跨过隔离层进行传送,电源通过中心抽头的变压器从隔离层的逻辑侧(非隔离侧)变换至隔离侧,信号由高速的光耦合器从隔离的一侧传至另一侧。

4 软件设计

在进行单片机软件程序设计时,使用C语言编写和调试。设计过程中从以下几个方面进行考虑:(1)合理利用单片机资源,包括RAM、定时器/计数器以及外扩资源;(2)实行结构化、模块化,各功能均由子模块实现;(3)键盘输入与显示部分的设计本着方便用户的原则,在完成某特定功能时尽可能使操作简单化[2]。

整体上软件程序主要完成信号采集运算、实时监控、显示、通信、参数设定、声光报警等功能,包括主循环程序模块、信号采集和处理模块、实时控制模块、采样模块、串行通信程序模块、键盘输入和显示输出模块、声光报警模块等。

4.1 主循环程序模块

单片机系统启动后,首先系统初始化,然后进入主循环程序。在主循环程序中,系统不断对一些端口或标志位进行检测或判断,然后根据设定的规则进行控制。在执行主循环程序的过程中,当出现中断,程序转入到中断处理子程序,执行完中断处理,则程序返回主循环程序;当检测某标志量的状态发生变化时,程序跳入到相应子程序,子程序执行完后,程序返回主程序继续往下执行。主循环程序模块包括各变量初始化子程序、看门狗复位子程序和显示子程序等。

4.2 采样模块

进行采样时,根据选择开关选择传感器的类型,对每个传感器采样十次,平滑滤波后将实际的采样值最终作为显示和驱动用。

4.3 串行通信程序模块

分布式控制网络系统的核心部分就是数据通信,它的成功与否往往制约着系统的成功与失败。本通信程序设计采用主从方式,流程图如图4所示。

4.4 声光报警模块

主要实现异常情况下控制告警信号输出。如当室内温度升高到某一点时,或湿度低于某一规定值时或通信失败等情况下,音频报警装置会发出不同频率的告警信号,同时相应的指示灯亮(点亮报警指示灯的任务由显示子程序来完成),以引起工作人员的注意[3]。

5 结束语

该系统经测试运行,证明其性能稳定、工作可靠、使用方便、智能性好、通用性强。该系统较好的实现了对温度、湿度等指标的控制,为温室内的作物生长提供了所需的环境,并且能够有效的处理异常情况。

参考文献

[1]杨金岩,郑应强,张振仁.8051单片机数据传输接口扩展技术与应用实例[M].北京:人民邮电出版社,2005

[2]马忠梅,籍顺心,张凯,马岩.单片机的C语言应用程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005

智能温室电气工程设计 第9篇

关键词：船舶电气智能 系统设计 关键技术分析

由于技术等方面的制约，我国目前大多数船舶设计软件在电气设计方面仅具备绘图功能。而船舶的电气系统设计是一个需要多专业协作的复杂过程，涉及到大量的设计方案的确定、分析模型的建立、各种设备的评价选优等工作，若靠人工的操作不仅消耗大量的时间而且工作精度不高，严重影响设计的效率和质量，本文主要是介绍了船舶信息数字化、功能模块参数化等关键技术在船舶电气系统智能化设计中的应用。

一、船舶电气系统设计

船舶的电气系统是一个复杂的系统，各个电气系统规律性不统一，而且现在的新的电气控制系统更新换代速度快，所以在设计中要考虑到系统能实现常规计算机辅助设计功能以及资料管理，具有计算生成、自动校验、数据交换等智能化功能的基础。综合上述要求，船舶电气系统设计主要是通过调用第三方绘图软件和Windows 应用程序的技术方案来实现系统需求，主体框架分操作界面、主程序、参数绘图模块、数据库、资料库五个部分。

（1）操作界面：主要有项目管理、图纸管理、计算书生成、材料报表生成、电气绘图、标准图框生成、标准符号生成、三维模型生成、数据交换以及帮助十个

主界面。对于功能和需求比较复杂的主界面，为了进一步的实现系统的功能需求，配有子界面，例如电气绘图主界面配有页面管理、设计布置、参数绘图、对象编辑四个子界面。

（2）主程序：指为了实现操作界面的相关操作，主要是为了实现项目、图纸管理，计算书、材料报表生成，电气绘图，辅助设计模块的相关程序以及接口程序。

（3）数据库：数据库是整个系统的核心部分，主要保存着零件及设备的参数、项目信息等，主要分为管理数据库和项目数据库管理。而且在系统中，每个项目都有自己的项目数据库，用于存储其所有电气系统、电气设备以及资料信息.

（4）资料库：保存所有船舶电气设计过程中涉及产生的图纸和文档资料.

（5）参数绘图模块：目前的船舶电气系统中，主要包括电力一次系统图、广播系统图、照明系统图以及照明布置图四个部分。

二、船舶电气智能设计对象分析

为了更好的实现电气设计的智能化，本文对设计过程中涉及的对象进行了简单的分析。设计对象主要分为船体背景、电气器材和设计管理信息三大类。

1、船体背景

在船舶的电气化设计，船体背景是一个必须要考虑的重要因素，主要是指甲板的环境变量和设备所在的区域属性。即在电气系统图设计时，需要在图纸上按照设备所处甲板对设备进行划分，确定每个设被的准确位置；再对设备进行布置时，需要考虑设备所处区域的环境变量。

2、电气器材

这里的电气器材主要是指电缆和电气装备。在电气系统的设计需要对电气器材的属性有具体的了解。对于电缆的属性主要是型号、规格以及和前后设备的拓扑关系。而电气装备的属性则想多比较具体，主要有二维符号、三维模型、名称、代码、额定功率、功率因数等。

3、设计管理信息

主要是在设计过程中，为了方便管理，将设计管理分作船舶项目、系统、子系统和功能模块四级，并建立结构树，进行相关的属性信息管理。

三、船舶电气智能设计系统关键技术分析

船舶电气智能设计系统中，运用到的高新技术众多，本文主要是介绍了船舶信息数字化、功能模块参数化两种关键技术。

1、信息数字化技术

信息数字化技术在船舶电气智能设计系统中，主要将设计中设计到的对象进行相关的数字化信息处理，即根据相关定义原则，将约束条件和属性采用相关的数字代替具体的信息，然后对上述船舶电气设计中需要设计的对象采用相关的数字描述，建立船舶电气数字化模型。数字化过程中主要采用面向对象方法学，将船舶看作由各种“对象”组成的整体，然后根据相关的约束条件对各对象的归类、设计以及定义属性、方法以及響应的事件，使其能满足计算机的识别和处理功能。

2、参数化方法

在船舶电气设计中，比较常用的方法就是查询修改母型船。但是该方法在查找过程中需要进行大量的信息处理，本文针对该特点采用了参数化方法。参数化方法主要是对电气系统图纸采用参数进行量化和识别和相关功能模块的描述。主要进行参数化的因素有船舶类型、装载（工作能力）、航区、自动化标志、电力推进、主机、主电源和大型机械设备等。参数化模块主要是指描述描述系统功能的特征项，包括图面需要表达、绘图需要的各方面。

本文以船舶电气智能设计系统中数字化、参数化设计方法为基础，介绍了AutoCAD中的ActiveX技术及XData技术，详细探讨了使用该技术对船舶电气AutoCAD图纸（.dwg）的识别与再设计方法，并给出使用VB语言实现船舶电气再设计功能的关键源代码.该技术在船舶电气智能设计系统中的应用解决了AutoCAD图形与数据库关联的问题及其图形对象难以被计算机识别的问题。该技术的应用能够大大缩减母型船转化的速度，提高设计效率，缩短设计周期。同时，该技术对基于AutoCAD平台设计的其它专业也有参考价值。

总而言之，随着我国科技的日新月异，计算机技术的快速发展，我国的船舶电气智能化设计将会有很大的进步，步入真正的智能化阶段，将大大的缩短设计成本以及设计周期。

参考文献：

[1]纪卓尚，王言英，林焰，戴寅生，马坤，刘玉君.船舶CAD/CAM在大连理工大学的研究与进展[J]，大连理工大学学报，1995年06期

[2]李铭志，柳存根，蒋如宏，赵永生，马宁.船舶电气智能设计中数字化信息模型的研究[A].2010年MIS/S&A学术交流会议论文集（中国造船工程学会学术论文集）[C]；2010年

[3]李铭志.船舶电气智能设计系统关键技术研究及原型实现[D].上海交通大学，2011年

智能温室电气工程设计 第10篇

随着科学技术的发展, 现代化的农业设施越来越受重视。美国在1982~1984年开始了首次研究。随着电子信息技术的迅猛发展, 以通讯技术、“3S”系统为代表的高科技设备从试验至普及也在迅速扩大, 1994年美国精准农业作业面积达到41万公顷, 而1998年猛增到1000多万公顷, 1999年仅占全美3%的农业劳动力生产了供全国人口消费的低价食品, 并出口了占美国出口总额的20%左右的农产品[1]。

欧洲各国也相继开展了精准农业的研究与实践, 法国的联合收获机产量图生成及质量测定、施肥机械和电子化植保机械利用GPS和GIS系统进行变量作业已成为现实, 并开始投入使用[2]。

日本东京农工大学农学部以附属试验场为基地, 针对小规模田地, 对土壤参数的空间差异性和时间差异性进行了研究, 在大量实验基础上, 讨论了土壤肥沃度参数 (如NO32N、EC和p H) 的时空变动情况, 并初步确定了日本精准农业的主要发展阶段。日本政府还专门启动了“21世纪农业机械紧急开发课题”的研究, 也将精准农业的相关技术列入计划[3]。

我国也非常重视现代化农业设施的研发和应用, 如北京、上海、天津、西安等发达地区都相距建了现代农业科教创新基地[4,5]。国内也有好多学者提出了多种农业信息采集的硬件设计和软件算法[6,7,8,9,10,11,12,13]。

2 电路设计

2.1 温度传感器电路

温度传感主要实现土壤温度的采集, 这里选取美国DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20, 其主要特点是, 首先采用单总线接口, 即1-Wire接口。其次具有很强的抗干扰性, 可适用于环境恶劣的现场。最后就是DS18B20供电方式灵活, 可以不外接电源, 具有掉电保护等功能。其内部结构图如图1所示[14,15,16,17]。DS18B20有三个功能引脚, 其中DQ是双向单总线数据输入/输出引脚, GND为地信号, VDD为可选的外部电源引脚[18]。

DS18B20电路图如图2所示。其中DQ引线接ATMEG16单片机的PA7引脚。

2.2 ATMEGA16单片机电路设计

ATMEGA16单片机控制电路主要有最小系统电路、温度显示电路。为了观察DS18B20温度信号, 在DQ数据线上添加了虚拟仿真示波器。ATMEGA16单片机电路原理图如图3所示。

3 算法实现

ATMEGA16能够准确读取DS18B20温度值, 其软件算法必须遵循DS18B20的1-Wire总线通信时序, 根据时序关系, 程序算法采用模块化思路完成, 程序主要包括主程序函数main () 、DS18B20初始化函数init_ds18b20 () 、读时序函数readbyte () 和向传感器写命令函数writecommand () 等, main () 和readbyte () 流程图如图4所示。

4 结束语