石河子大学机械电气工程学院
毕业设计开题报告
课题名称： | |
学生姓名： | 张伟 |
学 号： | 2007092105 |
学 院： | 机械电气工程学院 |
专业年级： | 07电气（1）班 |
指导教师： | 李 江 |
职 称： | 教 授 |
完成日期： | 2011年3月 |
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一、本课题来源及研究的目的和意义
1、课题来源
石河子大学机械电气工程学院
2、本课题研究的目的和意义
近年来，我国的设施农业得到了较大的发展，温室大棚作为新的农作物种植技术，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，对农业生产有重大意义。温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。 温室大棚中作物长势的好坏、质量和产量的高低与温室大棚中的光照、温度、湿度、土壤湿度等因素密切相关，因此对温室大棚的光照检测是非常重要的一环。棚内的光照条件是
蔬菜进行光合作用的唯一能源，也是提高棚温维持蔬菜生长的热源。棚内的光照条件主要受天气和大棚结构设计的影响，由于建材的遮荫、吸收和反射，减弱了棚内光照强度，所以棚内的光照总是低于露地光照。尤其冬季，本来光照强度弱、日照时间短，再加上棚膜的吸收、反射，晚揭早盖草苫而造成日照时间的减少，棚内的光照条件更差，对蔬菜产量影响很大。特别是属于喜光、喜温的果菜类蔬菜，冬季长势弱、产量低、病害严重的原因，除了棚温低外，主要是棚内光照弱、日照时间短所致。所以冬季棚内光照条件差是大棚蔬菜生产的突出问题。 本课题通过对 VB语言、光照传感器、变送器、数据采集卡的学习与研究，能完成利用光照传感器与PC机构成温室大棚光照监控系统 数据采集卡接收光照传感器传来的实时光照信息，转换成数字信号后传递给ＰＣ机。通过VB编程，当光照强度高于阈值上限时，可启动卷帘机打开遮阳网，降低光强；当光照强度低于阈值下限时，开启补光设备 ，提高棚内光强，结合VB软件PC机光照强度的显示与报警参数设置。
二、本课题所涉及的问题在国内研究现状及分析
1、国内研究现状
我国对于温室控制技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机控制技术，该技术仅限于温度、湿度和CO2浓度等单项环境因子的控制。之后，我国的温室控制技术得到了迅速发展。20世纪80年代，我国先后从欧美和日本等发达国家引进了21.2平方千米连栋温室。由于当时只注重引进温室设备，而忽略了温室的管理技术和栽培技术，且引进的温室能耗过高，致使企业相继亏损或停产。90年代初，我国大型温室跌入了发展的低谷。“九五”初期，以以列温室为代表的北京中以示范农场的建立，拉开了我国第二次学习和引进国外现代温室技术的序幕。到90年代中后期，在对国外温室设备配置、温室栽培品种、栽培技术等各个方面进行研究的基础上，我国自主开发了一些研究性质的环境控制系统。1995年，北京农业大学研制成功了“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”，此系统属于小型分布式数据采集控制系统。1996年，江苏理工大学毛罕平等研制成功了使用工控机进行管理的植物工厂系统。该系统能对
温度、光照、CO2浓度、营养液和施肥等进行综合控制，是目前国产化温室控制技术比较典型的研究成果。中国农业机械化科学研究院研制成功了新型智能温室系统。该系统由大棚本体及通风降温系统、太阳能贮存系统、燃油热风加热系统、灌溉系统、计算机环境参
数测控系统等组成。1997年以来，中国农业大学在温室环境的自动控制技术方面也取得了一定的成果。90年代末，河北职业技术师范学院的闰忠文研制了蔬菜大棚，其能够对温、湿度进行实时测量与控制。但由于我国农业现代化水平较低，农业劳动力大量过剩，温室的一次性投资大，资金短缺以及对操作人员的素质要求比较高等因素，限制了温室控制技术在温室系统的扩展。
近年来我国的温室控制取得了长足的进步，首先在温室控制方面，进行了初步的探索和理论研究，其次在温室控制中引入了人工智能和先进的控制算法，如专家系统、遗传算法、模糊控制等理论和控制策略。当前温室控制系统研究热点己由简单的DDC(直接数字控制)发展到分布式控制系统，如DCS(分布式控制)、FCS(柔性控制)等网络化的控制系统。目前，在相关行业己经有网络化测量和控制方面的研究，实现网络化、分布式数据采集系统取代传统孤立的、信息闭塞的系统，甚至跨越以太网或Internet进行数据采集，实施远程控制。虽然国内温室规模有限，还没有形成规模经济，另外构建的费用也较高，但从长远来看，温室监控系统分布式和网络化将是一种必然的趋势。
２．国外研究现状
西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。1949年，借助于工程技术的发展，美国建成了第一个植物人工气候室，开展了植物对自然环境的适应性和抗御能力的基础及应用研究。20世纪60年代，生产型的高级温室开始应用于农业生产，奥地利首先建成了番茄生产工厂，70年代后荷兰、日本、美国、英国、以列等国家的温室园艺迅猛发展，温室设施广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。随着计算机技术的进步和智能控制理论的发展，近百年来，温室大棚作为设施农业的重要组成部分，其自动控制和管理技术不断得以提高，在世界各地都得到了长足的发展。特别是二十世纪70年代电子技术的迅猛发展和微型计算机的出现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性的变化。80年代，随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对温室控制要求的提高，以微机为核心的温室综合环境控制系统，在欧美得到了长足的发展，并迈入了网络化，智能化阶段。
温室产业及相关技术在国外的发展速度很快。如在荷兰的阿姆斯特丹 RAI展览馆每年11月举办一次国际花卉展览会，2003 年就有来自世界各国的 477 个厂商展示了各自的产品和实力。荷兰、日本、以列、美国、韩国、西班牙、意大利、法国、加拿大等国是设施农业十分发达的国家，温室以大型温室为主。这些高水平大型温室的环境控制系统能够根
据传感器采集室温、叶湿、地湿、室内湿度、土壤含水量、溶液浓度、二氧化碳浓度、风速、风向、以及植物作物生长状态等有关参数，结合作物生长所需最佳条件，有效调节有关设备装置，将室内温、湿、光、水、肥、气等诸因素综合协调调节到最佳状态。
三、对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析
1、对课题提出的任务要求：
利用Visual Basic编写应用程序实现PC光照测控
（1）自动连续读取并显示光照传感器采集的光照强度测量值
（2）显示测量光照强度实时变化曲线；数据库采集等
（3）当测量光强大于设定值时，程序画面和线路中指示灯亮（手动与自动模式）
2、实现预期目标的可行性分析
1）技术可行性
本课题所涉及的研究目标，在国内外已经有成熟的理论基础和技术基础。对于计算机控制和传感器技术问题进行细致的分析，绝大部分使用计算机与所学专业知识进行构建，其他的部分则可以通过自学，老师的指导来完成。
2）操作可行性
本课题要求对VB有比较细致的了解，能够通过对所查文献和专业知识的自主研究与学习。利用实验室提供的现有仪器和设备来搭建，从可操作性的角度来讲，完全可行。
四、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路
1、重点研究的、关键的问题
（1）选择什么样的光照传感器对光照强度进行检测，光照强度阀值的设定，以及光照强度信号控制。
（2）利用编程可视化的VB6.0软件开发光照强度监控程序，自动连续读取并显示光照强度测量值。
2、解决的思路
（1）系统中，首先由光照传感器采集并接收到模拟量的电信号 ，通过Ａ／Ｄ和转换成为标准量的数字电信号。这些电信号大于某一设定值时，程序画面和线路中指示灯亮。
（2）测得的大棚内的光照强度值经变送器转换成相应的电信号，该电信号经变送器换成相应的标准数据信号通过数据采集卡输入到PC，有VB6.0编程进行数据处理运算，完成对数据的监测。同时，通过交流接触器动作，完成控制开启遮阳网和补光灯，从而实现对光照强度控制的目的。
五、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法
1、完成本课题所必须的工作条件
（1）计算机一台，单机单用，保证程序的安全有效。
（2）Visual Basic编程软件
（3）光照强度传感器、变送器
（4）数据采集卡
（5）相关的书籍和学习资料
（6）能够保证一天不少于5个小时的工作环境
2、解决的办法
（1）使用电子实验室个人计算机一台。
(2)光照强度传感器，数据采集卡
（3）通过个人购买，网络搜索，和大学图书馆和学院资料室借阅解决。
（4）电子实验室的开放时间足以保证时间要求。
(如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等)
六、完成本课题的工作方案及进度计划
1、完成本课题的工作方案
为完成本课题的基本任务要求，拟定工作方案如下：
（1） 确定毕业设计题目之后，首先从个人图书、学院资料室、大学图书馆，因特网上搜集相关的文献和技术文档，以及可能涉及到的软件程序，搜集开发平台所需要的插件，帮助文档等。
（2）阅读搜集到的文档，熟悉课题所涉及到的知识和开发工具。查漏补缺，继续完善文献和技术文档。
（3）对于课题进行功能分解，抽取其系统结构图，划定功能模块。
（4）尝试编写功能模块，坚持完成一块，调试一块，解决一块的原则。
（5）进行系统调试，安装和部署项目。
（6）在各阶段中，做好相关的文档；在调试结束后进行文档的整理与汇总，完成毕业设计文档的撰写，并做好演示课件，准备毕业答辩。
2、完成本课题的进度计划（以周为单位）
（1）第1-3周 了解课题，文献检索（期刊、大学图书馆网站期刊检索、各专业网站），撰写开题报告
（2）第4-5周 熟悉vb软件尤其串口通信程序设计部分，选择合适的光照传感器和数据采集卡、变送器
（3）第6-7周 开发光照强度检测程序
（4）第8-9周 开发PC端光照强度显示，曲线绘制，数据库记录，光照强度控制程序
（5）第10-11周 调试程序、编写设计说明书
（6）第12周 修改设计说明书、准备答辩
总计12周（自2011年3月1日起）
七、主要参考文献（不少于15篇）
【1】肖亚克．基于虚拟技术的温度和光照测量[J]．国外电子测量技术 ，2004（5）：33-35.
【2】郑晓东．关于光照度测量值精度的讨论[J]．照明工程学报， 2002（3）：54-60.
【3】彭里．温室大棚检测控制系统的研究[J]．工程应用技术与实现，2000（12）：194-195．
【4】李树军，崔建云．蔬菜大棚内光照及温度的特点分析[J]．山东气象2004（1）：26-27.
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