工厂化农业智能测控系统研究与应用

摘要

工厂化农业智能测控系统是适用于现代化温室的计算机自动控制系统，根据室内外环境的温度、湿度、风速、风向等气候条件，以及光强度、CO2浓度、土壤干燥度、营养液的pH值和Ec值等环境参数，采用多种设备和方式来控制温室内的温度、湿度、光强度、通风等因素，营造出适宜各种作物生长的最佳环境。该系统主要用于智能化温室，也可以用于观赏植物园以及日光温室的升级改造。 针对工厂化农业控制系统架构，根据控制参数、控制精度、温棚面积、智能化水平等的不同，设计了普及型、提高型、智能型等低、中、高端三类控制架构，即基于嵌入式技术的控制架构、基于工业计算机的控制架构、上位机+现场可编程控制器控制架构。由于工厂化农业控制系统是个多参数、非线性、大滞后的多输入多输出系统，因此系统控制策略基于农业专家系统，采用常规PID+自适应模糊控制、神经网络等人工智能测控技术相结合相补充的方式。针对农业用传感器工作环境恶劣，稳定性、一致性、容错能力要求高等特点，选择目前工厂化农业常用的温度、湿度、光强度三个环境参数，设计了基于CAN(ControllerAreaNetwork)现场总线的系列农业专用传感器。 同国外相关系统相比，设计上考虑了我国具体国情，以自主开发的温室控制专用软件平台为核心，构建支持现场总线和以太网技术的智能化控制系统。技术上紧密跟踪国际先进水平，同时核心技术为自主知识产权，性价比突出，目前国内研制开发温室自动控制系统的单位不少，但在控制软件平台和农业专用传感器开发方面还刚刚起步，因此技术优势较为明显。

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第一章绪论

1.1我国农业发展面临的制约因素

1.2工厂化高效农业的概念

1.3工厂化高效农业面临的发展机遇

1.4现代工厂化高效农业的发展状况

1.5本文研究的主要内容

第二章工厂化农业智能测控系统架构研究

2.1控制方案的设计

2.2控制方案的特点与比较

2.2.1从控制成本上考虑

2.2.2从可靠性上考虑

2.2.3从扩充能力上考虑

2.3控制系统的硬件设计

2.3.1基于上位机+前置PLC架构的控制系统硬件设计

2.3.2基于嵌入式架构的控制系统硬件设计

第三章工厂化农业智能测控系统控制策略与上位软件研究

3.1控制策略研究与设计

3.1.1大型温室系统控制策略设计

3.1.2仿真分析

3.2控制软件设计与编制

3.2.1上位机+前置PLC集散式控制架构控制软件设计

3.2.2嵌入式控制架构控制软件设计

第四章工厂化农业专用传感器的研究

4.1农业用光强度智能传感器的研究

4.1.1光强度传感器结构

4.1.2信号采集及处理

4.1.3数据处理算法设计

4.1.4试验结果

4.2温湿度传感器的设计

第五章应用情况与展望

5.1工厂化农业智能测控系统的应用介绍

5.2GCS智能化温室自动控制系统V1.2操作简介

5.2.1系统要求

5.2.2系统进入

5.2.3操作说明

5.3存在的问题

5.4结束语

参考文献

发表论文和参加科研情况

附录

致谢