發(fā)布時間：2017-06-25 06:05

  本文關(guān)鍵詞：精準(zhǔn)配肥控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國灌溉水資源匱乏,化肥污染嚴(yán)重,為保持農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,對灌溉施肥的控制與管理技術(shù)的研究越來越受到重視。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,更多的新技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉施肥中得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外對農(nóng)業(yè)灌溉施肥的控制與管理技術(shù)都做了許多研究。但與國外優(yōu)秀技術(shù)進(jìn)行對比,國內(nèi)的研究起步較晚且技術(shù)相對落后,存在著較大程度的差距。雖然國外的設(shè)備較為成熟,但因作物生長因素、氣候環(huán)境、土壤條件等差異,難以滿足中國的實際需求;再者,國內(nèi)研究主要局限于實驗室,并且系統(tǒng)造價昂貴。故有必要設(shè)計一套物美價廉的水肥配制控制系統(tǒng)滿足社會需要。本研究通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制算法、軟硬件設(shè)計等方面的研究,設(shè)計了一套精準(zhǔn)配肥控制系統(tǒng),通過調(diào)節(jié)水肥溶液的濃度值和酸堿度,配制出適合農(nóng)作物生長需求的水肥溶液,從而提高作物的產(chǎn)量、質(zhì)量并節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。首先,通過分析電動比例調(diào)節(jié)閥和傳感器的工作原理,建立了電動比例調(diào)節(jié)閥和傳感器的數(shù)學(xué)模型,再結(jié)合被控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu),以此建立被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。其次,基于被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計了精準(zhǔn)配肥控制系統(tǒng)的模糊PID控制器,進(jìn)行仿真實驗,并與傳統(tǒng)PID控制器進(jìn)行對比分析,仿真結(jié)果說明模糊PID控制器比傳統(tǒng)PID控制器能使被控系統(tǒng)獲得更好的性能。最后,本文對精準(zhǔn)配肥控制系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件設(shè)計。根據(jù)“硬件在回路”的控制思想,本控制系統(tǒng)主要包括:一臺作為控制處理中心的上位機(包括Simulink模型和監(jiān)控中心)、一臺作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的單片機STM32F103及電源模塊、傳感器模塊和執(zhí)行機構(gòu)。其中,電源模塊為整個系統(tǒng)提供能源,并通過DC/DC降壓電路滿足系統(tǒng)各部分的工作電壓。選用CM-230K電導(dǎo)率EC傳感器、pH電極、流量傳感器和BP801型壓力變送器對水肥溶液的參數(shù)進(jìn)行采集,利用STM32F103單片機處理采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機分析。上位機將采集數(shù)據(jù)傳遞至Simulink模型中推理運算,經(jīng)模糊推理后,將推理結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送至單片機,控制執(zhí)行機構(gòu)的閥門開度,進(jìn)而調(diào)節(jié)水肥溶液的EC值或pH值,直至配制出設(shè)定濃度或酸堿度的水肥溶液。采用Matlab/GUI圖形化用戶編程界面創(chuàng)建的精準(zhǔn)配肥系統(tǒng)監(jiān)控中心界面對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示,使數(shù)據(jù)監(jiān)測更加一目了然。經(jīng)試驗表明:該精準(zhǔn)配肥控制系統(tǒng)能夠配制出設(shè)定濃度或酸堿度的水肥溶液,其最大誤差絕對值小于5%,滿足實際控制要求。且系統(tǒng)界面友好易于操作,能實時顯示水肥溶液的各項參數(shù)和執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài),能滿足精準(zhǔn)配肥的實際需要。
【關(guān)鍵詞】：精準(zhǔn)配肥 模糊PID控制器 Simulink模型 實時監(jiān)測
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S224.2;TP273
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 第1章 文獻(xiàn)綜述9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 水肥一體化精準(zhǔn)配肥控制技術(shù)概述10
• 1.3 國外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.4 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.5 存在的問題及發(fā)展趨勢13-15
• 第2章 緒論15-17
• 2.1 研究目的及意義15
• 2.2 研究主要內(nèi)容15-17
• 第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計17-23
• 3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計17-18
• 3.2 執(zhí)行機構(gòu)數(shù)學(xué)建模18-20
• 3.2.1 直流電動機數(shù)學(xué)建模18-20
• 3.2.2 線性滯后環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)建模20
• 3.2.3 執(zhí)行機構(gòu)數(shù)學(xué)模型20
• 3.3 傳感器模塊數(shù)學(xué)建模20-21
• 3.3.1 EC傳感器數(shù)學(xué)建模20-21
• 3.3.2 pH傳感器數(shù)學(xué)建模21
• 3.4 被控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型21-23
• 第4章 模糊PID控制器設(shè)計及系統(tǒng)仿真研究23-35
• 4.1 PID控制算法23-24
• 4.2 模糊控制器設(shè)計24-29
• 4.2.1 模糊控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計25
• 4.2.2 模糊化25-27
• 4.2.3 模糊控制規(guī)則設(shè)計27-28
• 4.2.4 解模糊28-29
• 4.3 模糊PID控制器設(shè)計29-32
• 4.4 系統(tǒng)仿真研究32-35
• 第5章 精準(zhǔn)配肥控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計35-55
• 5.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計35-36
• 5.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計36-50
• 5.2.1 電源模塊36-37
• 5.2.2 傳感器選型37-40
• 5.2.3 控制器設(shè)計40-46
• 5.2.4 執(zhí)行機構(gòu)選型46-50
• 5.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計50-55
• 5.3.1 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境和仿真工具50
• 5.3.2 控制系統(tǒng)流程圖50-51
• 5.3.3 軟件程序設(shè)計51
• 5.3.4 監(jiān)控中心設(shè)計51-55
• 第6章 實驗研究與分析55-63
• 6.1 系統(tǒng)性能測試55-57
• 6.2 配肥精度測試57-63
• 第7章 總結(jié)與展望63-65
• 7.1 總結(jié)63-64
• 7.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 致謝69-71
• 發(fā)表論文及參加課題一覽表71

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：481003