温室大棚中温湿度控制系统的控制方法

摘要

一种温室大棚中温湿度控制系统，属于农业技术领域。本发明的目的是针对我国东北冬天寒冷天气中温室大棚室内温湿度难以良好地采集与控制，同时为了减轻农民朋友的经济负担和劳动量，克服使用传统供热方式对环境产生污染等的不足，高效、智能地调控温室大棚内部的温湿度的温室大棚中温湿度控制系统。本发明的系统分为保温部分、加热部分和室内温湿度控制部分；室内温湿度控制部分：是由xs128最小系统、键盘模块、12864屏幕显示模块、zigbee模块、温度传感器模块、温湿度传感器模块、pwm输出模块构成。本发明整个系统装置稳定可靠，并且原理简单，应用领域可以拓展到其他相关的生产设备上。

主权项

一种温室大棚中温湿度控制系统的控制方法，其中温室大棚中温湿度控制系统分为保温部分、加热部分和室内温湿度控制部分；(1)保温部分：采用两层支撑保温薄膜的支架，匹配两套卷帘机系统；(2)加热部分：由风力发电机和贮水池组成；a、风力发电机：使用高效率的三相交流永磁同步风力发电机系统，按照专业步骤安装风力发电机；b、贮水池：贮水池采用混凝土浇筑而成；(3)室内温湿度控制部分：是由xs128最小系统、键盘模块、12864屏幕显示模块、zigbee模块、温度传感器模块、温湿度传感器模块、pwm输出模块构成；a、xs128最小系统：标号31的VDDR引脚作为外部供电电源输入端，标号77的VDDX1引脚作为外部供电电源输入端，VDDA引脚标号59为外部电源输入端，标号60的VRH引脚作为A/D变换参考电压，晶振电路连接到芯片上的EXTAL、XTAL引脚上，按钮加阻容电路设计的复位电路接入芯片中的RESET引脚，P4——BDM接口中3引脚接到芯片BKGD引脚，4引脚接到芯片RESET引脚，其他所有的IO口单独引出，供外部模块连接使用；b、键盘模块：1‑8端口分别连接xs128最小系统中PB0‑PB7口；c、12864屏幕显示模块：DB0～DB7接口对应xs128最小系统中PA0～PA7接口，RS、R/W、E、PSB接口分别对应xs128最小系统中PE3～PE0接口；d、zigbee模块：采用CC2530芯片，分为模块的供电部分①，信号的收发部分②，时钟部分③，I/O接口部分④；模块的供电部分①为整个模块供电；信号的收发部分②通过SMA接口的射频天线与CC2530芯片上RF_P、RF_N两个引脚相连；时钟部分③为工作芯片及射频信号提供实时时钟；I/O接口部分④，作信号的输入与输出；其主节点模块中P0‑2、P0‑3口分别与xs128最小系统上PS0、PS1口相连，分节点中P1和P2插针分别对应温度传感器模块、温湿度传感器模块中JP8、JP9插排接口；e、温度传感器模块：温度传感器模块DHT11的2引脚接到JP9插排的5引脚，与zigbee模块的P0‑0口相连；f、温湿度传感器模块：温湿度传感器模块DS18b20的2引脚与JP9插排的6引脚，与zigbee模块的P0‑1口相连；g、pwm模块：是将xs128最小系统中的PP0‑PP7接口外引出来，用作单独的PWM接口；其特征在于：工艺流程为：a、外部风力发电机提供源源不断的电力能源，电热丝将其转换为热能给贮水池中的水加热；b、贮水池内温度传感器和大棚内温湿度传感器采集当前环境参数，并将数据送入到各个zigbee分节点中；c、在建立的Zigbee网络中，zigbee主节点将接收到的各个节点的环境参数通过串行通信协议，使用uart0串口传送到控制系统中，这样控制系统便得到了贮水池温度和各个分节点的大棚温湿度的数值；通过PA0～PA7数据输出接口输入到12864液晶显示屏幕上；d、显示屏幕和输入键盘是设备与用户的交互界面，在这一界面上，用户可以完成包括数据输入、调节开始、调节终止、更改数值一系列命令；e、控制器根据温湿度值和各个节点温湿度情况，开始处理数据，首先，综合各个温湿度节点的当前值求得一个当前室内温湿度的平均值：温度：n为温湿度节点数；湿度：n为温湿度节点数；f、然后该平均值与理想温湿度值做偏差计算，得到偏差值、偏差值的积分以及偏差值的微分，公式如下：偏差:偏差积分:偏差微分:其中：E_目标值是用户设定的目标温湿度值；是kT时刻温湿度值的平均值；T是处理周期时间常数；g、采用位置型数字PID算法，通过调节出P、I、D参数，计算出相应的PWM值，最后，控制器内部的PWM模块输出PWM值来控制相应继电器工作，而继电器控制水泵、风扇开始工作，来调节温湿度；在调节过程中，zigbee网络将温湿度节点数值实时传送到控制器，参与偏差运算，同时显示屏幕上，位置型PID算法公式：$\begin{array}{c}u\left(k\right)=K_p\{e\left(k\right)+\frac{T}{T_i}\underset{j=0}{\overset{k}{\Sigma }}e\left(j\right)+\frac{T_d}{T}[e\left(k\right)-e(k-1)\left]\right\}\\ \Rightarrow u\left(k\right)=K_p·e\left(k\right)+K_i·\underset{j=0}{\overset{k}{\Sigma }}e\left(j\right)+K_d·[e\left(k\right)-e(k-1)]\end{array}.$