地热水产养殖温度监控系统研究

摘要

随着经济与社会的高速发展，能源越来越紧缺，开发利用可再生能源，提高能源利用率对我国经济的持续发展具有重要意义。地热作为一种十分珍贵的可再生矿产能源，具有分布广、成本低、可直接利用、环境污染小等优点，储量丰富，在我国各省市自治区均有分布。本文利用地热水作为热源，研究设计了一种单片机实现的水产养殖温度自动监控系统，不但可以降低养殖对其他燃料的需求，同时对于节约能源、保护环境起到了积极的作用。 该系统是以AT89C52单片机为核心，并与变频器、继电器、数字温度传感器DS18820、数模转换器等器件结合起来，共同构成了地热水产养殖温度监控系统，以养殖池中的水温为设定参数，根据水温偏离设定值的程度由单片机控制电机的转速，来实现地热水流量的调节，从而实现养殖池水温的闭环调节。 本文首先通过对地热应用于水产养殖的工艺过程分析，结合水温控制原理与实现过程，提出了本课题的总体设计方案，确定了地热水用于养殖的工艺流程。在控制算法的选择上，本文结合智能控制领域模糊控制与预测控制的优点，采用模糊预测控制算法，克服了系统大惯性、时滞等的影响，并且利用MATLAB工具对算法进行辅助设计。最后对系统软硬件模块化设计进行了详细介绍。另外，本文对系统的抗干扰措施也进行了较为详细的论述。 通过对控制器进行的模拟试验与分析，表明系统运行情况正常，各功能模块功能的实现可行，采集的温度数据精确性较高，能满足控制的要求，系统控制算法能够实现既定的控制过程。当然，除此之外，该系统电路简单、成本低，稍做修改还可以应用于采用其他热源的、类似调定水温控制的过程中，这大大的扩大了该系统的应用范围，在地热水产养殖应用中具有一定的实际意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题提出的背景及研究的意义

1.2自动监控应用于水产养殖的意义

1.3国内外的研究现状及发展趋势

1.3.1地热应用于水产养殖的现状

1.3.2水产养殖应用自动化技术的现状及发展趋势

1.4本课题的研究内容

本章小结

2地热水产养殖温度监控系统总体设计

2.1地热水产养殖系统的工艺过程

2.2水温控制原理与实现过程

2.2.1水温控制的原理

2.2.2水温控制的实现过程

2.2.3变频调速节能原理

2.3监控系统总体概述

2.4养殖池温度场分布与传感器布置

2.4.1养殖池的热分析

2.4.2养殖池温度场分布

2.4.3传感器的布置

2.5控制参数测量的实现

2.5.1温度传感器DS18820的选择

2.5.2 DS18820的封装

2.5.3 DS18820的64位ROM

2.5.4 DS18820的内部存储器

2.6主要元器件的选取

2.6.1单片机的选取

2.6.2数据存储的扩展芯片

2.6.3串行I／O口的扩展

2.6.4数模转换器件的选取

本章小结

3温度监控系统的模糊预测控制

3.1模糊预测控制

3.1.1预测控制概述

3.1.2模糊控制概述

3.1.3模糊预测控制概述

3.2系统模糊预测控制原理与结构

3.2.1系统模糊预测控制原理

3.2.2模糊预测控制系统结构

3.3系统预测模型

3.4模糊控制器原理

3.5模糊控制器设计

3.5.1精确量的模糊化

3.5.2建立模糊控制规则

3.5.3模糊推理与解模糊化

3.5.4模糊控制查询表的建立

3.6系统算法仿真分析

本章小节

4监控系统设计

4.1系统主要硬件电路设计

4.1.1单片机系统电路

4.1.2数据采集电路

4.1.3数模转换输出DAC0832接口电路

4.1.4开关量控制电路

4.1.5显示模块电路

4.1.6按键接口电路

4.1.7超限报警提示电路

4.1.8串口通讯电路

4.2系统主要程序设计

4.2.1系统主程序设计

4.2.2数据采集程序

4.2.3模糊预测控制程序

4.2.4显示驱动程序

4.2.5温度设定子程序

本章小结

5系统抗干扰与试验分析

5.1系统抗干扰措施

5.1.1硬件抗干扰

5.1.2软件抗干扰

5.2系统试验分析

5.2.1试验概述

5.2.2系统控制器运行情况的总体试验

5.2.3温度信号采集试验

5.2.4系统控制算法的模拟试验

本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

附录