基于PLC的智能温室控制系统的设计
摘要：温室环境系统是一个非线性、时变、滞后复杂大系统，难以建立系统的数学模型，采用常规的控制方法难以获得满意的静、动
态性能。根据温室环境控制的特点，设计了一个基于PLC的智能温室控制系统。
关键谝：PLC；智能控制：温室控制
智能温室系统是近年逐步发展起来的一种资源节约型高
效设施农业技术。本文在吸收发达国家高科技温室生产技术
的基础上，对温室温度、湿度、CO，浓度和光照等环境因子控
制技术进行研究，设计了一种基于PLC的智能温室控制系统。
1智能温室控制算法的研究
1．1温室环境的主要特点
温室环境系统是一个复杂的大系统，建立精确的控制模
型很难实现。由于作物对环境各气候因子的要求并不是特别
的精确，而是一个模糊区间，比如作物对温度的要求，只要温
度在某一时间段在某一区间内，该作物就能很好地生长，因
此，也没有必要将各种参数进行精确控制。温室气候环境作
为计算机控制系统的控制对象，有以下特点：非线性系统、分
布参数系统、时变系统、时延系统、多变量藕合系统。
1．2智能温室控制对象微分方程
智能温室温度微分方程为：
式中，为智能温室的放大系数；为智能温室的时间常数；
为智能温室内外干扰热量换算成送风温度的变化量；为智
能恒温室室内温度。
2系统总体结构与硬件设计
2．1系统总体结构
2．1．1控制系统设计目标
温室控制系统是依据室内外装设的温度传感器、湿度传
感器、光照传感器、CO，传感器、室外气象站等采集或观测的
温室内的室内外的温度、湿度、光照强度、CO，浓度等环境参
数信息，通过控制设备对温室保温被、通风窗、遮阳网、喷滴灌
等驱动／执行机构的控制，对温室环境气候和灌溉施肥进行
调节控制以达到栽培作物生长发育的需要，为作物生长发育
提供最适宜的生态环境，以大幅度提高作物的产量和品质。
2．1．2控制模式
以时间为基准的变温管理。根据一天中时间的变化实行
变温管理，根据作物的生长需要将l天分成4个时间段，4个时
间段中根据不同的控温要求对温室进行控制。1天中4个时间
段的分段方法用户可以灵活的更改，而且4个时间段中的温度
设定值用户也可以设定修改。
不同季节的控制模式不同，只是自动控制系统启动的调
节机构不相同，但不同季节的控制目的是相同的，即将环境参
数调控到设定的参数附近。随着季节的变化，以及随作物生
长阶段的变化，各时间段所需要的温度也是变化的，这时可通
过修改设定温度值来调整温室的温度控制目标。
2．1-3控制方案
本系统采用自动与手动互相切换控制两种方式来实现对
温室的自动控制，提高设备运行的可靠性。在运行时可通过
按钮对这两种控制方式进行切换。手动控制简单可靠，由继
电器、接触器、按钮、限位开关等电气元器件组成。自动控制
模式采用计算机自动控制。通过传感器对环境因子进行监测，
并对其设定上限和下限值，当检测到某一值超过设定值，便发
出信号自动对驱动设备进行开启和关闭，从而使温室环境因
子控制在设定的范围内。其运行成本较低，可大大节约劳动
力，降低劳动者的劳动强度。
2．2系统的硬件组成
为了实现智能温室的环境监控，本设计建立了温室环境
控制参数的长时间在线计算机自动控制系统。实现了温室内
温度、湿度、CO，浓度、光照强度等参数的长期监测。并可根据
智能温室温湿度的需求，对天窗、侧窗、降温湿风扇、风机、湿
帘、内外遮阳网等设备自动控制。采用计算机作为上位机安装
有组态t6．02监控软件，能将数据汇总、显示、记录、自动形成
数据库，并实现了温室调控设备的自动设置与远程监控。为了
确保系统的可靠性，温室设备的控制采用手动／自动切换方
式，即在某些特殊情况下系统可以切换成手动，使用灵活方
便。
3系统的软件设计
3．1温室控制系统PLC软件的设计
根据基本要求和技术要求列出以下几点：(1)防止接点误
动作：可利用自锁电路加以解决；(2)系统自诊断功能：PIG本
身具有此项功能；(3)风机控制：温室设有一组风机，能同时启
动与停止，当温室内的温度超出预定值时，受PLC的控制先是
4个侧窗自动打开，延时5s后风机启动，再延时5s后湿帘水泵
启动，从而使温室的温度降低；(4)侧窗控制：温室中设有4个
侧窗，侧窗受电机控制，通过电机限位的设定来控制侧窗行
程。解决方法类似上一点，但考虑到程序的精炼性，可配合
PGI的中断功能命令加以解决；(5)系统自动／手动控制：可利
用一个开关量作为PLC的输入信号，实现控制程序的转换；
(6)湿帘泵控制；(7)遮阳网控制；(8)CO，补气(控制；(9)补光灯控制；(1O)可扩展性：在PLC中预留一定的存
储空间和端口即可解决。
3．2控制系统软件设计
系统中对风扇、天窗、侧窗、环流风机、遮阳幕和湿帘泵的
控制是通过PLC发出开关指令，通过交流接触器控制相关机
构的启停。由于PLC检测系统具有较高的灵敏度，能够把温
室内的扰动快速反应出来，同时由于温室较大的传递滞后，执
行机构动作频繁，从而影响使用寿命。为此，在程序中加有时
间可调的延时模块，使用时可根据具体情况调整延时，使控制
效果达到最佳。
3．3系统的组态监控软件的设计
组态软件是可从可编程控制器以及各种数据采集卡等设
备中实时采集数据，然后发出控制命令并监控系统运行是否正
常的一种软件包。其主要功能如下：
(1)远程监视功能。它可以通过通讯线远程监视多座温
室的当前状态，包摇‘户外温度、光照强度、风速、风向、雨雪信
号、室内温度、室内湿度、控制器温度、三组独立通风窗的位置
和开关状态、内外遮阳幕的位置和开关状态以及一级二级风
扇、湿帘、微雾、加热器、环流风扇、补光灯、C0，补气阀、水暖
三通阀的状态和多种形式的报警监视，还能监视各灌溉阀的
照强度、风速、室内温度、室内湿度、CO，浓度、水暖温度等全
月的、全周的、全日的和本时段的最大值、最小值和平均值。
(3)温室设备运行记录功能。它能在线记录各温室设备
状态变化时的时间、当前状态和位置、当前目标温度、室内温
度、目标湿度和室内湿度，并能打印输出。
(4)远程设定功能。可以通过通讯线远程修改可编程控
制器的全部设定参数。
(5)生成曲线图功能。它能以平面图或立体图的方式同
时绘制任意时刻的户外温度、光照强度、风速、目标温度、室内
温度、目标湿度、室内湿度、CO，浓度、水暖温度等全年的、全
月的、全周的、全日的变化曲线并打印输出。
4结语
本文通过分析温室执行机构的相应动作对环境因子的影
响，将可编程控制技术、变频技术、组态监控技术和传感器技
术应用于温室控制系统的设计，开发了基于PLC的智能温室
控制系统。圜
状态
(2)数据统计功能。它可以统计任意时刻的户外温度、光[2]
。
它可以统计任意时刻的户外温度、光
14O
[参考文献】
邓璐娟，张侃谕，龚幼民．智能控制技术在农业工程中的应
用．现代化农业，2003(12)：1～3
申茂向等．荷兰设施农业的考察与中国工厂化农业建设的思
考．农业工程学报，2000，16(5)
人工智能是20世纪计算机科学发展的重大成就，在许多领域有着广泛的应用。以下是我整理的人工智能的毕业论文范文的相关资料，欢迎阅读!
摘要：人工智能是20世纪计算机科学发展的重大成就，在许多领域有着广泛的应用。论述了人工智能的定义，分析了目前在管理、教育、工程、技术、等领域的应用，总结了人工智能研究现状，分析了其发展方向。
关键词：人工智能;计算机科学;发展方向
中图分类号：TP18
文献标识码：A
文章编号：1672-8198(2009)13-0248-02
1 人工智能的定义
人工智能(Artificial Intelligence，AI)，是一门综合了计算机科学、生理学、哲学的交叉学科。“人工智能”一词最初是在1956年美国计算机协会组织的达特莫斯(Dartmouth)学会上提出的。自那以后，研究者们发展了众多理论和原理，人工智能的概念也随之扩展。由于智能概念的不确定，人工智能的概念一直没有一个统一的标准。著名的美国斯坦福大学人工智能研究中心尼尔逊教授对人工智能下了这样一个定义“人工智能是关于知识的学科――怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。”而美国麻省理工学院的温斯顿教授认为“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”童天湘在《从“人机大战”到人机共生》中这样定义人工智能：“虽然现在的机器不能思维也没有“直觉的方程式”，但可以把人处理问题的方式编入智能程序，是不能思维的机器也有智能，使机器能做那些需要人的智能才能做的事，也就是人工智能。”诸如此类的定义基本都反映了人工智能学科的基本思想和基本内容。即人工智能是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。
2 人工智能的应用领域
2.1 人工智能在管理及教学系统中的应用
人工智能在企业管理中的应用。刘玉然在《谈谈人工智能在企业管理中的应用》一文中提到把人工智能应用于企业管理中，认为要做的工作就是搞清楚人的智能和人工智能的关系，了解人工智能的外延和内涵，搭建人工智能的应用平台，搞好企业智能化软件的开发工作，这样，人工智能就能在企业决策中起到关键的作用。
人工智能在智能教学系统中的应用。焦加麟，徐良贤，戴克昌(2003)在总结国际上相关研究成果的基础上，结合其在开发智能多媒体汉德语言教学系统《二十一世纪汉语》的过程中累积的实践经验，介绍了智能教学系统的历史、结构和主要技术，着重讨论了人工智能技术与方法在其中的应用，并指出了当今这个领域上存在的一些问题。
2.2 人工智能专家系统在工程领域的应用
人工智能专家系统在医学中的应用。国外最早将人工智能应用于医疗诊断的是MYCIN专家系统。1982年，美国Pittsburgh大学Miller发表了著名的作为内科医生咨询的Internist 2I内科计算机辅助诊断系统的研究成果，1977年改进为Internist 2Ⅱ，经过改进后成为现在的CAU-CEUS，1991年美国哈佛医学院Barnett等开发的DEX-PLAIN，包含有2200种疾病和8000种症状。我国研制基于人工智能的专家系统始于上世纪70年代末，但是发展很快。早期的有北京中医学院研制成“关幼波肝炎医疗专家系统”，它是模拟著名老中医关幼波大夫对肝病诊治的程序。上世纪80年代初，福建中医学院与福建计算机中心研制的林如高骨伤计算机诊疗系统。其他如厦门大学、重庆大学、河南医科大学、长春大学等高等院校和其他研究机构开发了基于人工智能的医学计算机专家系统，并成功应用于临床。
人工智能在矿业中的应用。与矿业有关的第一个人工智能专家系统是1978年美国斯坦福国际研究所的矿藏勘探和评价专家系统PROSPECTOR，用于勘探评价、区域资源估值和钻井井位选择等。20世纪80年代以来，美国矿山局匹兹堡研究中心与其它单位合作开发了预防煤矿巷道底臌、瓦斯治理和煤尘控制的专家系统;弗尼吉亚理工学院及州立大学研制了模拟连续开采过程中开采、装载、运输、顶板锚固和设备检查专家系统Consim;阿拉斯加大学编写了地下煤矿采矿方法选择专家系统。
2.3 人工智能在技术研究中的应用
人工智能在超声无损检测中的应用。在超声无损检测(NDT)与无损评价(NDE)领域中，目前主要广泛采用专家系统方法对超声损伤(UT)中缺陷的性质，形状和大小进行判断和归类;专家在传统超声无损检测与智能超声无损检测之间架起了一座桥梁，它能把一般的探伤人员变成技术熟练。经验丰富的专家。所以在实际应用中这种智能超声无损检测有很大的价值。
人工智能在电子技术方面的应用。沈显庆认为可以把人工智能和仿真技术相结合，以单片机硬件电路为专家系统的知识来源，建立单片机硬件配置专家系统，进行故障诊断，以提高纠错能力。人工智能技术也被引入到了计算机网络领域，计算机网络安全管理的常用技术是防火墙技术，而防火墙的核心部分就是入侵检测技术。随着网络的迅速发展，各种入侵手段也在层出不穷，单凭传统的防范手段已远远不能满足现实的需要，把人工智能技术应用到网络安全管理领域，大大提高了它的安全性。马秀荣等在《简述人工智能技术在网络安全管理中的应用》一文中具体介绍了如何把人工智能技术应用于计算机网络安全管理中，起到了很好的安全防范作用。
3 人工智能的发展方向
3.1 人工智能的发展现状
国外发展现状。目前，AI技术在美国、欧洲和日本发展很快。在AI技术领域十分活跃的IBM公司。已经为加州劳伦斯・利佛摩尔国家实验室制造了号称具有人脑的千分之一的智力能力的“ASCII White”电脑，而且正在开发的更为强大的新超级电脑――“蓝色牛仔(blue jean)”，据其研究主任保罗・霍恩称，预计“蓝色牛仔”的智力水平将大致与人脑相当。麻省理工学院的AI实验室进行一个的代号为cog的项目。cog计划意图赋予机器人以人类的行为，该实验的一个项目是让机器人捕捉眼睛的移动和面部表情，另一个项目是让机器人抓住从它眼前经过的东西，还有一个项目则是让机器人学会聆听音乐的节奏并将其在鼓上演奏出来。由于人工智能有着广大的发展前景，巨大的发展市场被各国和各公司所看好。除了IBM等公司继续在AI技术上大量投入，以保证其领先地位外，其他公司在人工智能的分支研究方面，也保持着一定的投入比例。微软公司总裁比尔・盖茨在美国华盛顿召开的AI(人工智能)国际会议上进行了主题演讲，称微软研究院目前正致力于AI的基础技术与应用技术的研究，其对象包括自我决定、表达知识与信息、信息检索、机械学习、数据采集、自然语言、语音笔迹识别等。
我国人工智能的研究现状。很长一段时间以来，机械
和自动控制专家们都把研制具有人的行为特征的类人性机器人作为奋斗目标。中国国际科技大学在国家863计划和自然科学基金支持下，一直从事两足步行机器人、类人性机器人的研究开发，在1990年成功研制出我国第一台两足步行机器人的基础上，经过科研10年攻关，于2000年11月，又成功研制成我国第一台类人性机器人。它有人一样的身躯、四肢、头颈、眼睛，并具备了一定的语言功能。它的行走频率从过去的每六秒一步，加快到每秒两步;从只能平静地静态不行，到能快速自如的动态步行;从只能在已知的环境中步行，到可在小偏差、不确定环境中行走，取得了机器人神经网络系统、生理视觉系统、双手协调系统、手指控制系统等多项重大研究成果。
3.2 人工智能发展方向
在信息检索中的应用。人工智能在网络信息检索中的应用，主要表现在：①如何利用计算机软硬件系统模仿、延伸与扩展人类智能的理论、方法和技术，包括机器感知、机器思维、机器行为，即知识获取、知识处理、知识利用的过程。②由于网络知识信息既包括规律性的知识，如一般原理概念，也包括大量的经验知识，这些知识不可避免地带有模糊性、随机性、不可靠性等不确定性因素，对其进行推理，需要利用人工智能的研究成果。
基于专家系统的入侵检测方法。入侵检测中的专家系统是网络安全专家对可疑行为的分析后得到的一套推理规则。一个基于规则的专家系统能够在专家的指导下，随着经验的积累而利用自学习能力进行规则的扩充和修正，专家系统对历史记录的依赖性相对于统计方法较小，因此适应性较强，可以较灵活地适应广普的安全策略和检测要求。这是人工智能发展的一个主要方向。
人工智能在机器人中的应用。机器人足球系统是目前进行人工智能体系统研究的热点，其即高科技和娱乐性于一体的特点吸引了国内外大批学者的兴趣。决策系统主要解决机器人足球比赛过程中机器人之间的协作和机器人运动规划问题，在机器人足球系统设计中需要将人工智能中的决策树、神经网络、遗传学的等算法综合运用，随着人工智能理论的进一步发展，将使机器人足球有长足的发展。
4 结语
由上述的讨论我们可以看到，目前人工智能的应用领域相当广泛。无论是学术界还是应用领域对人工智能都高度重视。人工智能良好的发展和应用前景，要求我们必须加大研究和投入力度，以使人工智能的发展能为人类服务。
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车辆自动变速器及其控制技术和自动巡航控制技术都是智能汽车
非常重要的内容,是目前我国智能汽车发展急需解决的核心技术之一。论文选择在我国很有发展前景的集自动巡航控制和电控机械式自动变速器于一体的复合控制系
统作为研究对象,针对系统研制开发中的一些关键技术难题进行了研究。
论文主要由六部分内容组成:
(1)概括介绍了智能汽车及其先进的控制系统的主要内容、现状和发展方向;介绍了目前智能汽车自动变速器的主要类型、发展过程和特点;阐述了AMT国内外
的研究现状和发展趋势及我国AMT目前需要解决的技术问题;介绍了自动巡航控制技术及其目前应用现状;阐述了论文研究方向提出的背景、课题的来源和论文的
主要研究内容以及研究的意义。
(2)阐述了作者参与研制开发的AMT控制系统具有的基本功能和设计要求;介绍了该系统的结构、主要组成部分和基本工作原
理,并针对AMT系统设计中的几个关键内容:电子控制单元ECU设计;液压动力源设计;离合器、选换挡及节气门控制单元的设计;AMT控制系统的抗干扰设
计;AMT控制系统的故障诊断和容错控制设计,详细阐述了作者的设计思想和研究成果,独立自主地设计和研制出了与桑塔纳2000型轿车适配的、具有自主知
识产权的、便于国产化的AMT硬件系统。目前整个硬件系统已运行四年多时间、汽车在各种路况下已行驶10万多公里,试验证明所设计的硬件系统不仅满足了整
个控制系统的要求,而且具有较高的可靠性和性能价格比。
(3)阐述了模糊控制和仿人智能控制的基本思想和重要的理论基础知识;分析了他们的特点和适用范
围;概括了模糊控制系统和仿人智能控制系统的设计内容和设计方法;并针对模糊控制的不足之处,将仿人智能控制技术与模糊控制相结合,提出了一种仿人智能模
糊控制器,给出了该控制器的结构和控制算法。仿真分析和实际应用证明,仿人智能模糊控制器的设计不需要对象精确的数学模型,且实现比较简单,实时控制效果
好。它具有响应速度快、超调小、鲁棒性强等优点,具有一定的应用价值。
(4)针对作者研制的电液式节气门执行器的控制问题进行了研究。分析了被控对象的控
制技术难点;介绍了电液式节气门执行器的控制系统结构,提出了基于多模态的仿人智能控制器,给出了控制器的结构和控制算法,以及在桑塔纳2000样车上获
得的试验测试结果;为了进一步提高电液式节气门执行器位置控制系统的性能,又将作者提出的仿人智能模糊控制应用于该系统,给出了基于查表法的仿人
智<WP=6>能模糊控制器的设计方法和单片机实现的控制程序框图。通过实车试验测试结果和几年的实际应用表明,仿人智能模糊控制技术应用于
电液式节气门执行器的位置控制系统,可以很好地保证执行器的快速性和平稳性,可以获得较高的位置控制精度,完全能够满足工程应用要求。
(5)阐述了AMT
车辆自动巡航控制的定义和研究AMT车辆自动巡航智能控制技术的重要意义;详细论述了作者参与研制的AMT车辆自动巡航智能控制系统的组成和具有的主要功
能;研究分析了国内外在自动巡航控制方面所采取的一些控制策略及其优缺点,在此基础之上,根据作者研制的具有巡航控制功能的AMT系统的特点以及作者对智
能控制的研究成果,提出了节气门位置控制内环采用仿人智能模糊控制,车速控制外环采用模糊控制的新型双闭环自动巡航智能控制系统。给出了控制系统结构和控
制器的设计方法。实车试验测试结果表明,采用作者提出的双闭环自动巡航智能控制系统,在自动巡航控制过程中,不仅消除了游车现象,而且节气门控制响应快、
无抖动现象,巡航控制的各项功能都能实现并达到较高的控制精度。
(6)论文的最后一章对全文的主要研究内容进行了总结,介绍了论文的主要研究成果、主要创新点和论文存在的不足以及今后继续研究的方向。
机电系统可以写plc，变频控制等等。当时也不会，还是学长给的文方网，写的《复杂机电系统机电耦合分析与解耦控制技术》，给了很详细的数据分析，相当靠谱
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