基于灰色理论与嵌入式技术的灌溉控制系统设计与研究

摘要

节水灌溉中精量控制水、肥的灌溉量不仅能够提高资源的利用率，而且能降低肥料对土地的伤害。因此，高效的水、肥精良投入是现阶段农业灌溉亟需解决的难题。综合国内外关于温室大棚灌溉控制技术的研究现状及技术水平，设计并研发了基于灰色理论与嵌入式技术的温室大棚控制系统。主要研究内容如下：
　　第一，为适应我国现阶段温室大棚的实际应用情况，以及我国现代化温室大棚的控制实施特点，为寻求控制过程更加智能化、信息化、准确化，构建了温室大棚灌溉控制系统的总体结构。
　　第二，结合灰色预测理论、模糊控制与方法以及PID应用特点等自动化控制技术进行了深入分析与数学建模，以温室大棚内灌溉用水作为控制对象建立灰色预测模糊PID控制模型，利用MATLAB软件中的Simulink模块进行数学建模与仿真。并将灰色预测模糊 PID数学模型进行程序编程，结合嵌入式技术将控制程序嵌入STM32控制器中，搭建了水肥配比控制平台。
　　第三，为满足对温室大棚内诸多控制对象及环境因子的监测，经系统化的分析后采用STM32控制器作为本课题的核心控制器，并对系统的外围控制电路进行了设计；采用μC/OS-Ⅲ实时操作系统调用各子任务，并根据优先级级别进行抢占式任务分配；采用μC/GUI对人机交互界面进行设计与开发。并根据实际需求分析设计多类可移动式传感器，实现对大棚内外环境因子，及多种作物生长参数进行实时监测。
　　第四，为实现温室大棚能具有远程控制的功能，为进一步摆脱空间对水肥灌溉控制的限制，本文基于GPRS技术开发了安卓手机远程控制应用，实现手机远程灌溉控制和数据查询。通过·NET Framework开发平台对温室大棚灌溉控制系统的服务器端进行了程序设计。
　　最后，在经过大量实验后，基于灰色理论与嵌入式技术的温室大棚灌溉控制系统已在乌鲁木齐县投入实际应用，运行结果表明，该系统操作简便、功能齐全，具有较高的推广价值。

目录

第一章 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 温室大棚灌溉控制技术研究现状

1.3 课题来源

1.4 本文研究内容与技术路线

1.5 论文的结构安排

第二章 灌溉控制系统相关技术研究

2.1 灌溉控制系统的需求分析

2.2 灌溉控制系统的总体控制方案

2.3 核心控制理论分析

2.4 灰色理论技术

2.5 嵌入式控制技术

2.6 本章小结

第三章 控制策略研究及实现

3.1 控制策略研究

3.2 算法验证及分析

3.3 精量水肥控制器设计

3.4 本章小结

第四章 系统硬件设计

4.1 系统硬件平台总体结构

4.2 主控芯片的选型

4.3 STM32核心控制硬件设计

4.4 温室大棚信息采集电路设计

4.5 本章小结

第五章 系统软件设计

5.1 系统软件工作原理简介

5.2 核心控制器任务操作原理

5.3 手机端应用程序设计

5.4 服务器端程序设计

5.5 核心控制器硬件平台展示

5.6 核心控制板功能测试

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 论文工作总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间获得成果

致谢

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