發(fā)布時(shí)間：2020-10-28 17:59

　　 水體流動(dòng)是養(yǎng)殖池塘水質(zhì)凈化的基礎(chǔ),高效率的水動(dòng)力形成裝備研發(fā)及其優(yōu)化控制具有重要意義。本文基于池塘養(yǎng)殖的發(fā)展現(xiàn)狀和水質(zhì)調(diào)控需求所設(shè)計(jì)的低能耗偏心式水動(dòng)力裝備,根據(jù)增氧和水動(dòng)力平衡運(yùn)行需要對(duì)控制算法進(jìn)行了研究,最終設(shè)計(jì)出軟硬件控制系統(tǒng)。偏心式水動(dòng)力裝備控制系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心,通過(guò)溶解氧、溫度及pH值進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境反饋,利用固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電。該控制系統(tǒng)采用LCD顯示屏、蜂鳴報(bào)警器、按鍵作為人機(jī)交互方式,通過(guò)SD卡實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ),利用4G上傳網(wǎng)上平臺(tái)。在上海市光明集團(tuán)東風(fēng)農(nóng)場(chǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖基地進(jìn)行了水動(dòng)力裝備控制系統(tǒng)的集成控制試驗(yàn),結(jié)果表明水動(dòng)力裝備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較好的穩(wěn)定性和可靠性,具有進(jìn)一步在池塘養(yǎng)殖行業(yè)推廣的價(jià)值。本論文的研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下:(1)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。對(duì)偏心式水動(dòng)力裝備提水、破水、推水的工作原理進(jìn)行了分析,就水動(dòng)力形成和增氧平衡工作進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算,確定了包含水質(zhì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通訊、電機(jī)狀態(tài)反饋、報(bào)警模式、強(qiáng)弱電安全控制等功能模塊組成的系統(tǒng)。根據(jù)基本控制計(jì)算能力需要,以STM32F427芯片為核心進(jìn)行控制板卡設(shè)計(jì)。(2)控制需求分析和控制算法設(shè)計(jì)。進(jìn)行多個(gè)目標(biāo)協(xié)調(diào)控制機(jī)制研究,分析偏心式水動(dòng)力裝備增氧、水動(dòng)力形成方式,結(jié)合生物膜填料有效工作時(shí)對(duì)水動(dòng)力形成的需求,考慮能耗問(wèn)題,設(shè)計(jì)了單參數(shù)、三參數(shù)和時(shí)間參數(shù)等不同控制模式�；诔靥廖镔|(zhì)能量循環(huán)規(guī)律,利用DO(溶氧)、溫度、pH值作為輸入,氨氮作為輸出,采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)氨氮進(jìn)行預(yù)測(cè)并納入控制系統(tǒng)。(3)控制板卡硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。根據(jù)控制對(duì)象為380V、1.5kW的交流電機(jī)工作要求,結(jié)合板卡設(shè)計(jì)規(guī)則,對(duì)硬件核心系統(tǒng)包括CPU、FLASH存儲(chǔ)(1M)、SRAM存儲(chǔ)(192KB)、晶振(25MHz)、定時(shí)器、Reset等進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)與模擬,對(duì)基于RS458接口的DOS-600溶氧和DPS-600PH傳感器、SD數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與SIM900A型通訊系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)等對(duì)各模塊電路進(jìn)行原理設(shè)計(jì),進(jìn)一步完成PCB圖設(shè)計(jì)、電路板加工和調(diào)試。(4)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。依據(jù)硬件基礎(chǔ),搭建算法總體架構(gòu),包含多個(gè)目標(biāo)協(xié)調(diào)控制不同工作模式的構(gòu)建,自主標(biāo)定和數(shù)據(jù)判別能力的傳感器數(shù)據(jù)讀取、存儲(chǔ)及遠(yuǎn)程通訊的程序設(shè)計(jì),用YB19264-ZA型LCD屏呈現(xiàn)出5層菜單不同界面的人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì),LCD屏分4行顯示,每行可顯示12個(gè)漢字。此外,人機(jī)交互系統(tǒng)還包括6個(gè)按鍵的程序設(shè)計(jì)。使用KeilμVision 5軟件對(duì)各模塊程序進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化,完成控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)。(5)控制系統(tǒng)綜合性試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析。選擇上海市光明集團(tuán)東風(fēng)水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)為試驗(yàn)基地,基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),包括雷電等惡劣天氣條件下的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性驗(yàn)證等。試驗(yàn)完成的主要結(jié)果包括:(1)驗(yàn)證了偏心式水動(dòng)力裝備及其控制系統(tǒng)投入使用后的系統(tǒng)運(yùn)行可靠性,利用控制算法及預(yù)測(cè)算法獲取了長(zhǎng)周期的水質(zhì)數(shù)據(jù),氨氮參數(shù)等;(2)經(jīng)實(shí)際試驗(yàn),在3～5mg/L溶氧指標(biāo)要求下,本系統(tǒng)能耗比手動(dòng)控制的水動(dòng)力設(shè)備降低25%以上,氨氮指標(biāo)試驗(yàn)塘相對(duì)于對(duì)照塘上風(fēng)口平均降低24.8%,下風(fēng)口平均降低16.25%。(3)基于池塘能量循環(huán)原理采用生物膜填料進(jìn)行水質(zhì)凈化,并結(jié)合水質(zhì)采樣的分析結(jié)果,證明了偏心式水動(dòng)力裝備控制系統(tǒng)在池塘水質(zhì)凈化方面起到了良好的效果。
【學(xué)位單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：S969
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 概述
    1.2 課題研究的背景和意義
    1.3 國(guó)內(nèi)外水動(dòng)力裝備控制技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.4 課題研究的思路與內(nèi)容
        1.4.1 課題研究的思路
        1.4.2 課題研究的內(nèi)容
    1.5 課題解決的關(guān)鍵問(wèn)題
第二章 水動(dòng)力裝備控制機(jī)理研究
    2.1 引言
    2.2 水動(dòng)力裝備結(jié)構(gòu)原理
    2.3 池塘物質(zhì)能量循環(huán)原理
    2.4 水動(dòng)力裝備控制系統(tǒng)構(gòu)建
    2.5 本章小結(jié)
第三章 水動(dòng)力裝備控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
    3.1 引言
    3.2 裝備控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
        3.2.1 水動(dòng)力裝備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.2.2 控制系統(tǒng)主要硬件的選型設(shè)計(jì)
    3.3 控制系統(tǒng)的硬件板卡開(kāi)發(fā)
        3.3.1 控制板卡原理圖設(shè)計(jì)
        3.3.2 控制板卡PCB圖設(shè)計(jì)
        3.3.3 控制板卡樣板的印刷與制作
    3.4 控制系統(tǒng)硬件板卡輔助模塊
        3.4.1 控制盒設(shè)計(jì)
        3.4.2 配電箱設(shè)計(jì)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 水動(dòng)力裝備控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試
    4.1 引言
    4.2 系統(tǒng)整體軟件功能設(shè)計(jì)
    4.3 人機(jī)交互系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
        4.3.1 各顯示界面及按鍵設(shè)計(jì)
        4.3.2 SD卡存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的程序設(shè)計(jì)
        4.3.3 4G數(shù)據(jù)傳輸上位機(jī)的程序設(shè)計(jì)
    4.4 系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì)
        4.4.1 溶氧單參數(shù)控制算法設(shè)計(jì)
        4.4.2 BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法仿真
    4.5 軟件程序調(diào)試優(yōu)化及初步實(shí)驗(yàn)
    4.6 本章小結(jié)
第五章 偏心式水動(dòng)力裝備控制系統(tǒng)的效果試驗(yàn)
    5.1 引言
    5.2 控制系統(tǒng)綜合控制效果試驗(yàn)
        5.2.1 試驗(yàn)要點(diǎn)
        5.2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備
        5.2.3 試驗(yàn)過(guò)程
        5.2.4 試驗(yàn)分析
        5.2.5 試驗(yàn)總結(jié)
    5.3 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者在�？蒲谐晒�
    1 發(fā)表論文
    2 獲獎(jiǎng)榮譽(yù)
    3 專(zhuān)利成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2860419