基于多参数联合控制的智能温室大棚控制系统的研究与实现

摘要

温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度等参数直接影响到作物的正常生长。如果某些参数超过极限值，作物会停止生长，甚至绝产，造成不可挽回的损失，因此对温室大棚内部环境参数的精确采集和实时调控具有重要的意义。现有温室大棚调控系统存在测量误差较大、调控滞后、稳定性差、成本高和自动化程度低等问题。所以研究基于多参数的联合控制算法和设计成本低、自动化程度高的智能温室大棚控制系统具有重要的经济效益和社会效益。 智能温室大棚控制系统的关键在于大棚内部环境参数的精确采集和控制算法的有效性。为了精确获取到大棚内部的环境参数信息，设计了适合温室大棚特点的环境参数采集装置；针对采集到的各种参数，结合工程实际，提出了基于多参数联合控制的模糊控制算法。论文取得的主要成果如下： 1.为了更加准确的获取环境参数，结合温室大棚的实际环境和结构，设计了基于ZigBee模块的无线采集装置。采用电池供电，采集节点的布置更加灵活，极大地提高了测量的准确度。已采集的参数表明，该设计的装置能较好的完成大棚内部环境参数的采集工作。 2.为了提高系统对温室参数调控的有效性，借鉴已有的数学模型，设计了基于多参数联合控制的模糊控制算法。结合工程实际和种植经验，设计了各设备的模糊控制表。通过和人工调节进行对比实验发现，该算法有运算时间短，调控响应快，且超调现象不明显等优点。 3.为了提高本系统的自动化程度，设计了LABVIEW上位机软件、手机APP,同时该系统还搭建了GPRS网络和远程服务器，便于用户实现远程监控和智能管理。 4.设计了智能温室大棚控制系统的硬件总体方案和算法的软件流程。为了验证系统的有效性，制作了两个大棚模型。最后借助模型对系统的稳定性、可控性、有效性和响应速度等进行了实验分析。实验结果表明设计的控制系统达到了设计指标，完全满足温室大棚智能管理的需要。 最后对全文进行了总结，并对下一步的研究工作进行了展望。

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