智能雾培试验台控制系统的研究及开发

摘要

雾培是从无土栽培技术发展中脱颖而出的。首先，在雾培系统中，研究人员尝试了不同种类的雾化器，虽然注意到不同的雾化器造成了液滴粒径大小的差异，但雾滴粒径大小如何影响雾培作物的生长和有什么影响，尚不清楚。其次，在雾培控制系统上，如何检测雾培环境下的多因素及如何调控等也是个问题。最后，如何控制不同大小雾滴的雾化量和如何控制喷雾时机也值得探讨。
　　针对雾滴粒径大小如何影响雾培作物生长这一问题，本文设计了可以生成多种粒径雾滴的试验台，主要是由超声雾化片组和压力式喷头来生成不同的雾滴粒径，并做了相应的雾培试验。
　　对雾培的作物而言，光照强度、温度、湿度、时间等因素将直接影响作物生长状况，为了检测和控制雾培环境参数，本文设计了一套基于STC15系列单片机雾培试验台智能控制系统。此雾培控制系统通过控制器A检测栽培室环境参数（温度、光照强度、温度），经过无线模块与控制器B进行数据传输。之后，根据采集的信息，控制器A和控制器B进行相应的调控，使之成为数据采集、控制、数据传输等功能完善的智能控制系统。
　　考虑到雾培作物根域环境的时间、温度、湿度、光强等多因素，同时多因素之间的相互影响，为了能够得出有效的控制方法。针对雾培作物所处环境的光照是动态变化的，结合外部天气及时间因素，提出一种划分不同光照强度等级与时间段进行拟合控制超声雾化片及压力式喷头的方法，这样能控制超声雾化片和压力式喷头的雾化强度及雾化时间。针对雾培作物根系温湿度环境，本文提出了温度和湿度耦合调控，先实时采集雾培器的温度、湿度，根据模糊控制思想将温度进行模糊化，同时将经过分级后的湿度分别与模糊化的温度耦合，再通过风扇和超声雾化片及压力喷头等来调节栽培室的温度、湿度，使作物根系处于适宜的环境下。
　　针对如何控制雾化量，即为了区分不同状况下的雾化量，本文提出了超声雾化片分组雾化原理，设计了超声雾化片分组控制电路，由设定的控制策略来决定超声雾化片的等级，即超声雾化片同时工作的片数。

目录

第一章 绪 论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状及存在的问题

1.3 本论文研究内容

1.4 本章小结

第二章 雾培试验台和控制系统的总体设计

2.1 雾培试验台结构设计

2.2 控制系统的总体设计

2.3 本章小结

第三章 雾培控制系统的硬件设计

3.1 控制系统硬件设计

3.2 控制系统硬件相关软件

3.3 本章小结

第四章 雾培环境控制方法及程序算法

4.1 雾培的环境因素及控制变量

4.2 雾培的控制策略

4.3 采集及控制策略算法程序软件设计

4.4 本章小结

第五章 雾培控制系统及试验

5.1 雾培试验台的超声雾化片实验

5.2 雾培试验台的光照实验

5.3 雾培系统作物根域温度试验

5.4 雾培试验

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 完成的主要工作

6.2 进一步的研究与展望

参考文献

致谢

读研期间参加的科研项目与研究成果