本设计为一闭环控制系统,由89C51单片机,A/D转换电路,温度检测电路,湿度检测电路、控制系统组成。
温度检测电路将检测到的温度转换成电压,该模拟电压经ADC0809转换后,进入89C51单片机,单片机通过比较输入温度与设定温度来控制风扇或电炉驱动电路,当棚内温度在设定范围内时,单片机不对风扇或电炉发出动作。
实现了对大棚里植物生长温度及土壤和空气湿度的检测,监控,并能对超过正常温度、湿度范围的状况进行实时处理,使大棚环境得到了良好的控制。
该设计还具有对温度的实时显示功能,对棚内环境温度的预设功能。
第一章概述大棚、中棚及日光温室为我国主要的设施结构类型。
其主要功能是采用电路来自动控制室内的温度,以利于植物的生长。
温室的性能指标:1.温室的透光性能温室是采光建筑,因而透光率是评价温室透光性能的一项最基本指标。
透光率是指透进温室内的光照量与室外光照量的百分比。
温室透光率受温室透光覆盖材料透光性能和温室骨架阴影率的影响,而且随着不同季节太阳辐射角度的不同,温室的透光率也在随时变化。
温室透光率的高低就成为作物生长和选择种植作物品种的直接影响因素。
一般,连栋塑料温室在50%~60%,玻璃温室的透光率在60%~70%,日光温室可达到70%以上。
2.温室的保温性能加温耗能是温室冬季运行的主要障碍。
提高温室的保温性能,降低能耗,是提高温室生产效益的最直接手段。
温室的保温比是衡量温室保温性能的一项基本指标。
温室保温比是指热阻较小的温室透光材料覆盖面积与热阻较大的温室围护结构覆盖面积同地面积之和的比。
保温比越大,说明温室的保温性能越好。
3.温室的耐久性温室建设必须要考虑其耐久性。
温室耐久性受温室材料耐老化性能、温室主体结构的承载能力等因素的影响。
透光材料的耐久性除了自身的强度外,还表现在材料透光率随着时间的延长而不断衰减,而透光率的衰减程度是影响透光材料使用寿命的决定性因素。
一般钢结构温室使用寿命在15年以上。
要求设计风、雪荷载用25年一遇最大荷载;竹木结构简易温室使用寿命5~10年,设计风、雪荷载用15年一遇最大荷载。
由于温室运行长期处于高温、高湿环境下,构件的表面防腐就成为影响温室使用寿命的重要因素之一。
钢结构温室,受力主体结构一般采用薄壁型钢,自身抗腐蚀能力较差,在温室中采用必须用热浸镀锌表面防腐处理,镀层厚度达到150~200微米以上,可保证15年的使用寿命。
对于木结构或钢筋焊接桁架结构温室,必须保证每年作一次表面防腐处理。
第二章比例微积分控制原理3.1 比例积分调节器(PD比例调节器具有误差,为解决此问题,可引入积分(Inte6raI环节,其方块图见图4—33l 比例微分调节器对误差的任何变化,都产生一个控制作用比,阻止误差的变化。
c变化越快,pd越大,输出校正量也越大。
它有助于减少超调,克服振荡,使系统趋于稳定;同时加快系统的响应速度,减小调整时间,从而改善了系统的动态特性。
它的缺点是抗干扰能力变差。
3.2 PID调节器积分器能消除镕差,提高精度,但使系统的响应速度变慢、稳定性变环。
微分器能增加稳定性,加快响应速度。
比例器为基本环节。
三者合用,选择适当的参数,可实现稳定的控制。
图4—37为PID调节器的方块图。
第三章自动控制系统的设计自动控制系统的各个环节的特性一般是给定的,如机械、气动、电动、液压等设备。
在设计自动控制系统时,采用加入““个专门用来校正(补偿系统特性的环节(校正环节,来改变系统特性,使其符合给定的特性要求。
实现该环节的装置,称为校正装置或调节器。
设计自动控制系统主要招校正装置的设计。
由于开习;系统一船达不到控制的要求,因而自动控制系统均采用闭环(反馈控制方法。
在采用串联校正时。
自动控制系统的设计步骤①给出系统所要求的特性(期望特性。
②由控制目的、静态特性等要求来选择系统各元件(如电护、电动机等。
③对该系统进行系统特性分析,并与系统的期望特性进行比较,由比较的结果来求取校正装置的特性。
④检验由此设计出的系统所具有的特性,若不满足,则更新修改校正装置的特队直至校合要求为d:具体的设计方法有时域法、频率法和根轨迹法。
时域法即按前面介绍的方法对系统进行分析,选择适当的校正装2,定性、稳态误差、超调量、过渡时间等的要求。
频率法即分析系统的频率特性,选择适当的校正装置以改变其对数频率特性的形状,以满足对系统稳态误差、相位裕量和截止频率的要求。
所谓频率特性,是在正弦量输入下,系统的输出稳态分量与输入稳态分量的复数比,邱o(J。
表示。
只要将传递函数中的‘用加替代,就可得到系统的频率特性。
由于酸(JQ是以复致形式表示,故其幅值可表示为称为幅位频率特性。
其相角可表示为按系统的频率特性,可分析系统的稳定性、过渡特性和稳态误差。
根轨迹法即分析闭环传递函数的根的轨迹,然后选择适应的校正装置,以满足对系统稳定竹、稳态误差和动态响应等的要求。
由于难以求解高阶特征方程,故在分析特征方程的根与方程中参数的关系时,采用很的轨迹的方法。
即按特征方程式的根(它们为复致所必须满足的增益条件和相位条件并列用根轨迹的特性来作出根的轨迹。
第四章可控硅及其工作原理可控硅为大功率直流元件(SCR,硫氏4.1可控硅结构可控硅由P1H1PaN2四层半导体材料制成,可用P1N1P2和NlP2N2两个三极管等效。
阳极A、控制极o、阴极K达三个电极,其结构如图3—29所示。
除了一班的单向可控桂外,现在还有双向可控桂(YRIAC,它等价于两个单向可控桂并联,可双向导通。
4.2可控硅特性当照极电位高于阴极电乎,控制极电流18增大到一定值(触发电流时,可控硅由截止转为导通,一旦导通以后,Ig即使为o,可控桂仍保持导通,直至阳极电位小于等于阴极电位为止,即阳极电流小于维持电流时可控桂才由导通变为截止。
4.3单相可控硅整流电路图3—30是一个最简单的单相半波可控整流电趴在uAx>o且Ig大于触发电流时scR—导通,负载(电热丝上才有电流流过,输出波形为部分半波交流电第五章温度传感器温度传溉器将温度信号变换成电阻或电压信哥,它有多种类型,各种温度传感器变换特性和适用范用也不相同。
5.1铂电阻铂是一种贵金属,铂在氧化性介质中的物理化学性能稳定,尤其是耐氧化的能力6,此—外它容易提纯、工艺简单,可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔,有较高的电阻牢,是一种理想的热电阻材料,铂电阻具有精度高、稳定性好、性能可靠等优点。
铂电阻的温度测量范围在—200℃一十850℃左右,在小于?oo℃时,非线性误差小于o.喇,它的电阻值月和温度f之间的关系可以近似地表示为:只=A6十BA,B为常数。
A为热敏系数(AR/℃。
铂电阻的阻值比较小,常用的有PLlo和Ptloo,它们在o℃的阻值分别为109和looQ,温医—阻值换算关系如表3—2所示。
铂电阻是一种高性能的金属热电阻,相应地价格较责,在被测温度较高精度也要求高的微机温度控制系统中,广泛地用铂电阻作热电阻传感器。
然而在精度要求不高测量温度较低的场合可以用另一种金属热电阻一一铜电阻作热传感器。
饲电阻可用来测量一50宅一十1io℃的温度,在该范围内铜电阻和温度基本呈线性关系:只。
=及。
(1十。
f,温度系数。
!4.2ixlo—”/e”4.28X10—”/℃。
铜电阻的缺点是电阻率小,一定阳值的钢电阻体积比铂电极大,温度超过loo℃时容易氧化。
5.2热敏电阻热敬电阻是一种半导体热电阻,按半导体电阻随温度变化的典型特性,热敏电阻有三种灸型;负温度系数热敏电阻(NTC、正温度系数热敏电阻(PTC和临界温度电阻器(CTR,5.3 热电偶两种不同的导体(或半导体A、B组成闭合回路(见图3—14时,当A、B相接的两个接点温度不同时,则在回路中产生一个热电动势,这种现象称作热电效应。
达两种不同导体(或半导体的组合称为热电娟。
每根单独的导体(或半导体称为热电权。
两个接点中一端称为工作端(亦称测量端或热端,如t端,另一瑞称为自由淌(亦称冷端如to缩。
5.4 半导体PN结温度传感器这种传感器是利用半导体二极管的PN结正向压降随温度升高而下降的特性制成的,传输特性为非线性,灵敏度约为一9ny/℃,测量温度范围为“40℃“们50℃,它的价格低,但需使用恒压源馈电。
第六章数摸转换原理6.1分辨率与量化误差A/D转换器的分辨率是指转换器所能感受到的模拟输入的最小变化值。
通常定义为满刻度电压值与2%之比值。
也可以用1L5D对应满量程的百分数来表示,或者用ppm来表示,1%=lo。
ppm。
例如ADC0809的位数为8位,则该转换器的输出数据可以用2‘个二进制数进行量化。
如用百分数来表示,其分辨率为:1/2“×loo%=1/2‘×loo%=o.39%又如5G14433双积分A/D转换器,输出是为3位半BCD码的转换器1999,用百分数表示其分辨率为:1/1999×l oo%=0.05%实际上,无论是A/D转换器还是D/A转换器,当其位数确定以后,分辨率就已确定,分辨率只是一个设计参数,它不能提供有关精度和线性度的任何信息。
依分辨率的高低,A/D转换器可分为三种类型:低分辨串为3—8位、中分辨率为9—12位、高分辨率为13位以上。
一般分辨率越高,其价格也就越高。
员化误差是由于A/D转换器的分辨率有限所引起的误差,其大小通常规定为土1/2LsB。
因此,系统设计者必须选择具有足够分辨串的转换器,才能将这种“数字化的噪声”降低到可接受的值6.2 梢度A/D的转换精度是反映实际A/D转换器在量化值上与一个理想A/D转换器的差值,可表示成绝对误差和相对误差。
绝对误差的大小由实际模拟量输入值与理论值之差来度量。
实际上对应于同一个数宁量输出,其模拟量输入并不是一个固定的值,而是有—个范围。
绝对误差包括增益误差、零点误差和非线性误差等。
相对误差是指绝对误差与满到度值之比,一般用百分数(%来表示。
对A/D转换器也常用ppm(百万分之一或最小有效位的当量LSB来表尔:1I‘SB=1/2“×满刻度值。
6.3 转投时间和转换速率A/D转换器完成一次转换所需的时间叫转换时间。
而转换速率是转换时间的倒数。
A/D转换器按转换速度可分为三类。
(1低速:以双积分转换方式多见,其转换时间较长,一般要大于40一50ms。
但由于双积分式A/D转换器外接器件少,使用十分方便,而且具有极高的性能价格比,因此在一些非快速的A/D转换通道中仍J‘泛使用,如用于智能仪器仪表等。
(2中速:转换方式多为逐次退近式等。
逐次逼近式A/D转换器是目前种类最多、数星最大、应用最广的A/D转换器件。
逐次逼近式A/D转换器又有单片集成与混合集成两种集成电路形式,后者的丰要性能指标均高于前者。
这类器件的转换时间在1—200冲之间,常用的多在几微秒到几十微秒之间,如ADC0808/D809为100Ps.AD E 74A为25Fs等。