水肥一體化技術是現(xiàn)代溫室農(nóng)業(yè)中節(jié)水節(jié)肥的重要手段之一,目前,國內(nèi)生產(chǎn)的輕簡水肥一體化設備雖然成本低,但存在控肥精度和水肥配比精度低等問題。大型水肥一體化設備的控肥精度和水肥配比精度雖高于輕簡水肥一體化設備,但操控和維護設備人員須具備一定專業(yè)知識,在農(nóng)業(yè)的實際推廣應用過程中,設備暴露出成本過高、操作復雜、移動性差、維護難度大等問題,造成大型精準水肥一體化設備在溫室農(nóng)業(yè)中難以大規(guī)模推廣。現(xiàn)代控制技術、移動互聯(lián)網(wǎng)技術等快速發(fā)展,智能開源硬件更新?lián)Q代,綜合運用這些技術,針對上述問題,開展針對低成本、高精度、操作簡易、可遠程控制的輕簡水肥一體化控制系統(tǒng)相關研究。具體研究內(nèi)容如下:1、研發(fā)了輕簡水肥一體化控制系統(tǒng)。根據(jù)溫室環(huán)境灌溉施肥作業(yè)流程,設計系統(tǒng)總體控制方案,系統(tǒng)分為上位機控制系統(tǒng)和下位機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。上位機以Raspberry Pi 3B為控制核心,設計硬件控制電路并進行軟件實現(xiàn),可對溫室灌溉施肥作業(yè)過程的潤濕、水肥配比、施肥、清洗環(huán)節(jié)進行精準控制。下位機以Arduino為控制核心,設計硬件控制電路并進行軟件實現(xiàn),通過采集水速、肥速,并實時上傳到上位機系統(tǒng),可為上位機系統(tǒng)執(zhí)行控制算法提供精... 

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外水肥一體化設備研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外水肥一體化技術研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)水肥一體化技術研究現(xiàn)狀
        1.2.3 我國水肥一體化技術挑戰(zhàn)
    1.3 研究內(nèi)容與結構安排
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 結構安排
2 系統(tǒng)總體方案設計
    2.1 系統(tǒng)整體設計
        2.1.1 溫室灌溉施肥需求分析
        2.1.2 系統(tǒng)控制原理
        2.1.3 系統(tǒng)控制模式
        2.1.4 系統(tǒng)整體控制流程設計
    2.2 系統(tǒng)關鍵技術
        2.2.1 樹莓派處理器控制技術
        2.2.2 Arduino微控制器控制技術
        2.2.3 PWM實時調控算法
        2.2.4 單神經(jīng)元PID控制算法
        2.2.5 App遠程控制技術
    2.3 系統(tǒng)分析
        2.3.1 低成本性分析
        2.3.2 簡易可操作性分析
        2.3.3 精準性分析
        2.3.4 可維護性分析
    2.4 本章小結
3 系統(tǒng)控制理論與算法設計
    3.1 系統(tǒng)控制過程
    3.2 流量控制算法
        3.2.1 流量計算公式
        3.2.2 確定調整系數(shù)
    3.3 眾數(shù)方法
    3.4 潤濕時間控制算法
    3.5 PWM實時調控水肥比例算法
    3.6 施肥時間控制算法
    3.7 清洗時間控制算法
    3.8 本章小結
4 單神經(jīng)元自適應PID控制策略
    4.1 單神經(jīng)元PID原理
    4.2 單神經(jīng)元自適應PID調控策略
        4.2.1 控制過程
        4.2.2 單神經(jīng)元PID控制算法流程
    4.3 單神經(jīng)元自適應PID仿真試驗
        4.3.1 系統(tǒng)辨識
        4.3.2 Simulink仿真
        4.3.3 單神經(jīng)元自適應PID系統(tǒng)仿真分析
    4.4 本章小結
5 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
    5.1 控制系統(tǒng)設計
    5.2 系統(tǒng)硬件設計
        5.2.1 上位機硬件控制
        5.2.2 下位機硬件控制
    5.3 系統(tǒng)軟件設計
        5.3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境配置
        5.3.2 上位機軟件實現(xiàn)
        5.3.3 下位機軟件實現(xiàn)
    5.4 控制單元數(shù)據(jù)通信
        5.4.1 樹莓派與液晶顯示屏通信
        5.4.2 樹莓派與Arduino通信
        5.4.3 Arduino與App通信
    5.5 App遠程控制設計
        5.5.1 農(nóng)戶需求分析
        5.5.2 App整體設計
        5.5.3 App適用的系統(tǒng)環(huán)境
        5.5.4 App與Arduino數(shù)據(jù)通信
        5.5.5 App功能設計
    5.6 本章小結
6 系統(tǒng)安裝與試驗驗證
    6.1 輕簡水肥一體化控制系統(tǒng)安裝
        6.1.1 施肥管路組裝
        6.1.2 控制電路組裝
    6.2 系統(tǒng)驗證前準備試驗
        6.2.1 霍爾流量傳感器調試試驗
        6.2.2 眾數(shù)算法驗證
        6.2.3 PWM增量與肥速關系
    6.3 PWM實時調控算法驗證
    6.4 單神經(jīng)元自適應PID控制算法驗證
    6.5 本章總結
7 總結與展望
    7.1 總結
    7.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間取得的成果


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于物聯(lián)網(wǎng)的水肥精準管控系統(tǒng)設計[J]. 王高弟,白皓然,宋晨勇,郭若皓,付小波,張凱,付杰.  農(nóng)機化研究. 2020(08)
[4]基于作物生長環(huán)境監(jiān)測的大田水肥一體化系統(tǒng)設計[J]. 蔣再揚,王貝貝,李明放,劉文輝.  農(nóng)業(yè)工程技術. 2019(27)
[5]設施蔬菜水肥一體化技術[J]. 楊文杰,別之龍,黃遠.  長江蔬菜. 2019(16)
[6]基于模糊PID控制器的水溫控制系統(tǒng)仿真[J]. 張森,李靜.  工業(yè)控制計算機. 2019(07)
[7]基于Raspberry Pi的室內(nèi)智能灌溉系統(tǒng)設計與研究[J]. 譚燕,秦風元.  節(jié)水灌溉. 2019(07)
[8]基于智能控制的直流電機PWM調速[J]. 田軍,楊磊,薛榮.  價值工程. 2019(18)
[9]水肥一體化智能管理系統(tǒng)設計[J]. 趙進,張越,趙麗清,程簫,白雪峰.  中國農(nóng)機化學報. 2019(06)
[10]水肥一體機EC傳感器安裝特性試驗研究[J]. 吳爭光,楊琳.  灌溉排水學報. 2019(S1)

碩士論文
[1]面向老年人的Android手機健康助手APP的設計與實現(xiàn)[D]. 郭敏.江蘇大學 2019
[2]改進型文丘里混肥器的設計與實現(xiàn)[D]. 李歡.河北農(nóng)業(yè)大學 2019
[3]農(nóng)業(yè)水肥一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D]. 姜浩.蘭州理工大學 2019
[4]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的PID控制系統(tǒng)研究與設計[D]. 李捷菲.吉林大學 2019
[5]基于Raspberry Pi的智能灌溉系統(tǒng)設計及其研究[D]. 許銘鋆.廣州大學 2019
[6]基于最小二乘支持向量機和自適應控制算法的電液伺服系統(tǒng)研究[D]. 劉萌.北京交通大學 2019
[7]蘋果園水肥灌溉決策控制系統(tǒng)設計與研究[D]. 李嵩.新疆大學 2019
[8]設施化農(nóng)業(yè)中液體微噴控制策略的研究[D]. 鄭世健.西南科技大學 2019
[9]農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)精準灌溉系統(tǒng)策略及協(xié)議的設計與研究[D]. 張博凡.寧夏大學 2019
[10]基于物聯(lián)網(wǎng)的水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)研究[D]. 呂途.華北水利水電大學 2019



本文編號：3698436