1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）毕业设计论文基于虚拟仪器的温室环境自动检测系统设计内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）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包括：第一，温室检测参数的选择，主要针对温室环境
2、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 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）The Automatic Detection System Design of Greenhouse Environment based on Virtual Instrum
3、entAbstractAgricultural 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 agricultur
4、al 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 deve
5、lopmental 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 environmenta
6、l 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 instrument内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要 .IAbstract .II第一章 引 言 .11.1 研究背景及目的 .11.2 本课题任务 .2第二章 温室概述 .32.1 温室的发展及现状 .32.2 温室的分类 .5第三章 温室检测系统总体方案的确定 .83.1 温室环境参数的选择 .83.1.1 温度参数 .83.1.2 湿度参数 .93.1.3 光照参数 .113.1.4 二氧化碳参数 .123.2 温室自动检测系统的方案设计 .133.2.1 温室检测系统
9、开发平台 .133.2.1.1 虚拟仪器概念 .133.2.1.2 虚拟仪器的组成 .143.2.1.3 虚拟仪器与传统仪器 .143.2.1.4 虚拟仪器的应用 .163.2.1.5 LabVIEW 语言简介 .173.2.2 温室检测系统总体方案 .18内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第四章 检测系统的硬件配置 .194.1 传感器 .194.1.1 温度传感器 .204.1.2 湿度传感器 .204.1.3 照度传感器 .204.1.4 二氧化碳浓度传感器 .214.2 数据采集板 .224.2.1 测试与自动化资源管理器 .234.2.2 测试信号的连接方式 .244.2.3
10、数据采集设备的设置与测试 .25第五章 检测系统的软件设计 .285.1 前面板的设计 .285.2 数据采集系统 .295.2.1 数据采集模块简介 .295.2.2 数据采集程序 .325.3 数据记录与回放 .345.3.1 数据记录于回放的文件格式 .345.3.2 数据记录与回放的基本操作 .375.3.2 数据记录与回放程序 .38第六章 总结 .40参考文献 .41附录 A 温室环境自动检测系统程序 .43附录 B 温度检测系统程序图 .44内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）附录 C 湿度检测系统程序图 .45附录 D 二氧化碳浓度检测系统程序 .46附录 E 光强检测系统
11、程序 .47致谢 .48内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 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生长的良好环境，对农业生产有重大意义。农业装
12、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。设施农业是农业现代化的一个重要标志 2。设施农业就是借助现代化的设施，改善或营造农作物、水产品、禽畜等的生活环境，抵御恶劣的气候和环境条件，延长农业生产时间，从而使得农作物、水产品、禽畜等在良好的环境中能大幅度提高产量和质量。设施农业是随着农业环境工程的突破，迅速发展起来的一种集约化程度较高的农业生产体系，是现代科学技术在农业中应用的结果，是一次新的农业革命。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
13、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，获得可观的经济效益。为了使内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）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。在工厂化高效农业科技产业项目中，建立具有现代化水平的温室是其重要的组成部分。现代化温室设施应用先进的科学技术，采用
14、连续生产方式和管理方式，高效、均衡的生产各种蔬菜、花卉、水果等，其关键技术是环境控制、自动化生产。环境控制工程作为农业速生、优质、高产手段，是农业现代化的重要标志，但由于温室设施内高温、高湿的不良劳动环境以及要求高效、准确的作业，单靠人来进行环境控制是无法实现的。计算机的温室环境自动控制和管理是温室设施的必然趋势。研究适合温室环境的控制方法可提高土地利用率、能源利用率，通过对环境的精确控制，可提高农产品的品质，从而可以弥补温室成本投入大的不足。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、
15、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。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论
16、文）第二章 温室概述2.1 温室的发展及现状在 20 世纪 30 年代，我国北方地区在冬季利用不进行人工加热的“日光温室”生产蔬菜，到 50 年代中期，经有关专家总结，将其命名为“鞍山式日光温室” ，我国的现代温室起步较晚，20 世纪 50 年代末，在华北地区曾建造过屋脊式大型玻璃温室，到60 年代初，在东北地区建成 l hm2的大型玻璃温室，其骨架为钢筋混凝土结构，构件粗大笨重，遮光面大，玻璃镶嵌也不规范，基本没有配套设备，没有进行有效利用。从全国范围来看，在 60 年代末期我国北方大、中城市郊区才初步形成了由简易覆盖、风障、阳畦、温室等构成的一整套保护地生产体系。70 年代末期塑料薄膜地面
17、覆盖栽培技术从日本传入中国，由于这项技术既经济又简便，在广大地区推广较快。80 年代中期全国塑料大棚使用面积的超过 3 万 hm2，形成了以塑料大棚为主的与风障、地膜覆盖、阳畦、温室等相配套的保护地蔬菜生产体系。至 1996 年，我国的蔬菜、花卉设施栽培面积已达到 66.7 万 hm2，人均占有设施栽培面积达到发达国家 80 年代的水平，大中城市基本实现了蔬菜的周年供应，蔬菜的人均占有量首次超过世界平均水平、取得了巨大的社会经济效益，其中设施栽培做出了重大贡献。为了解决普通塑料大棚在北方保温性能差的问题，国内推广了具有鲜明中国特色的日光温室技术，这项技术起点高、进度快、效益显著，能在北纬 40
18、 度以上的寒冷地区，依靠简易设施，冬春寒冷季节一般不用加温也能生产出黄瓜、西红柿等果菜。我国的无土栽培起步较晚，80 年代以来发展较快。1993 年全国的无土栽培总面积已达到 25 hm2，主要分布在京、津、沪等城市。在 1999 年全国温室生产面积达到 30 万 hm2，成为世界上最大的蔬菜保护地生产区域 3。我国近代温室经历了发展改良型日光温室、大型玻璃室和现代化温室三个阶段，内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）并且各阶段温室并存，其中有一半为一面坡节能型日光温室，用于寒季蔬菜、花卉的反季节生产。现今我国温室的主要类型包括以玻璃为透明覆盖材料的玻璃温室、利用太阳能作为能源的日光温室、活
19、动屋面温室以及塑料温室等等。自 70 年代末起，我国先后从日本、美国等国家引进一批现代化温室成套设备。虽然这些温室技术领先、设备先进，但在我国的使用过程中还存在较严重的问题，突出有以下几点： 投入产出率低，运行经济效益差，而且引进价格都很高，国内农业生产难以接受。 技术要求过高。要保证良好运营，要求经营者既要懂农业技术，熟悉英文，还要掌握电脑操作、机械运营和维护，这样就限制了温室的适用范围，在一定程度上也限制了温室的发展。 不适合我国的气候特征。引进温室的一些运营模式，没有与我国的实际结合起来，因此不能适应我国的气候特征。在外界气候较高时很少考虑降温问题，直接导致9、10 月份温室内部过于干燥
20、而影响农作物的生长，而当外界温度较低时，由于保温性能太差导致能源消耗过大，极大地降低了温室的运营效益。 引进温室的控制方式一般都比较简单，其实质是基于园艺专家的经验，软件实现模拟比较固定，难以进一步进行功能拓展；各个具体的环境参数控制大都采用比例控制，这一点对于温室这一类复杂对象不适合。例如就温度而言，在有些引进温室的运行当中，就由于系统具有非线性、大延时的特性，使得温度输出内容易引起超调和振荡，实际运行效果不能令人满意。所以，我国的农业工程技术人员在吸收发达国家高科技温室生产技术的基础上，进行了温室中湿度、温度、光照等单项环境参数控制技术的研究。逐步推出既适合我国经济发展水平又能满足不同生态气候条件需要的温室产品。以下两种温室自动控制
