设施农业智能化控制系统设计——西红柿生产控制

摘要

设施农业是指通过自动化控制方式，营造出最适宜农作物生长的环境状态，以实现高产、高效为目的的现代农业生产。由于温室是一个复杂多变的非线性、大滞后的动态环境系统，很难采用传统的PID控制算法去建立数学模型，因而，本文采用了模糊控制算法对温室环境进行综合控制。本文研究的主要内容如下:
　　(1)分析了主要环境因子对农作物生长的影响，总结出西红柿生长在不同时期所需最适宜的温度、湿度、光照度和CO2浓度等环境状态。
　　(2)温室系统的模糊控制策略采用查表算法，使用温度误差作为模糊控制器的输入量，天窗、遮阳网、风机和湿帘等作为系统的输出控制量，系统选用三角隶属函数，并按照模糊控制规则进行相关设计。
　　(3)温室结构采用了上下位机联级控制模式，上位机控制界面用VB程序编写，实现数据存储、实时数据显示、发送控制参数等功能。下位机完成温室内温度、湿度、CO2浓度和土壤水分等参数的检测和控制。
　　(4)完成了温室中传感器的布局和选型，及传感器输出电流电压转换接口电路的设计。研究了温室输出执行机构的操作规则与传感器输入量之间的对应关系。
　　通过实践表明，基于上下位机模式的温室控制系统，将单片机技术、串行通信技术和传感检测技术综合运用，温室系统得到了较好的控制效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外设施农业现状及发展趋势

1．2．1 国外现状及发展趋势

1．2．2 国内现状及发展趋势

1．3 课题的提出和研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 课题研究内容

第二章 温室环境因子研究及模糊控制

2．1 温室环境因子的研究

2．1．1 温度对作物生长的影响

2．1．2 水分对作物生长的影响

2．1．3 光照度对作物生长的影响

2．1．4 CO2浓度对作物生长的影响

2．2 模糊控制算法的设计与实现

2．2．1 模糊控制的基本原理

2．2．2 模糊控制器的设计步骤

2．2．3 模糊控制器结构的确定

2．2．4 模糊化

2．2．5 模糊控制规则的制定

2．2．6 模糊推理决策算法的设计

2．2．7 控制量的解模糊化

2．3 本章小结

第三章 控制系统方案的总体设计

3．1 控制系统方案研究

3．2 控制系统总体结构

3．3 数据采集系统设计

3．3．1 温湿度采集系统设计

3．3．2 光照度采集系统设计

3．3．3 CO2浓度采集系统设计

3．3．4 土壤水分采集系统设计

3．4 温室执行机构设计

3．4．1 温湿度控制机构

3．4．2 补光机构

3．4．3 CO2补给

3．5 本章小结

第四章 下位机系统设计

4．1 下位机系统硬件电路设计

4．1．1 单片机系统

4．1．2 显示电路

4．1．3 串行通信电路

4．1．4 超限报警电路

4．1．5 执行机构驱动电路

4．1．6 4-20mA电流电压转换电路

4．2 下位机系统软件设计

4．2．1 软件设计内容

4．2．2 下位机系统主程序设计

4．2．3 时钟子程序设计

4．2．4 数据采集子程序设计

4．2．5 通信子程序设计

4．3 本章小结

第五章 上位机系统软件设计

5．1 上位机设计构想

5．2 上位机界面设计

5．2．1 主界面窗口

5．2．2 子界面窗口

5．3 本章小结

第六章 系统现场测试

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 进一步研究方向

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表论文情况