基于PLC和MB+的灌溉施肥模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、目前，我國農(nóng)田灌溉施肥仍處于人工或半自動化階段，灌溉水利用率較低，浪費嚴(yán)重；化肥使用沒有節(jié)制，導(dǎo)致土壤鹽堿化程度加大。農(nóng)村沼氣池的沼氣只是用于照明和煮飯，沼液隨灌溉水漫灌到田里，沼氣池資源沒有得到充分利用。另外，農(nóng)田勞作還占用大量勞動力。作為農(nóng)業(yè)大省的山東，上述現(xiàn)象更為嚴(yán)重。隨著科技的發(fā)展，在山東的許多地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)半自動化，聊城市的東古城農(nóng)場就有一套半自動化灌溉施肥系統(tǒng)，不過該系統(tǒng)只能實現(xiàn)對農(nóng)作物進(jìn)行定期定量灌溉施肥，需要部分人工

2、操作，沼液只是做輔助肥料，不能很好地解決上述問題。
　　 為了更好地解決以上問題，使農(nóng)場實現(xiàn)全自動化灌溉施肥，本課題設(shè)計了一套自動化灌溉施肥控制系統(tǒng)。系統(tǒng)充分利用農(nóng)場現(xiàn)有的沼氣池資源，利用沼氣發(fā)電給系統(tǒng)提供電源，經(jīng)過濾后的沼液作主要施肥肥料，人畜糞便和莊稼秸稈作沼氣池的原料。本課題設(shè)計的控制系統(tǒng)主要是通過土壤濕度傳感器和電導(dǎo)率傳感器分別采集土壤濕度信號和電導(dǎo)率信號；作為主控制器的Quantum PLC根據(jù)采集的濕度值和電導(dǎo)率值，

3、利用模糊控制算法做出模糊控制決策，得到控制輸出量，然后利用該控制量對執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電磁閥和泵等)的開關(guān)時間進(jìn)行控制，實現(xiàn)自動灌溉施肥。系統(tǒng)通過Modbus Plus(簡稱MB+)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)PLC和上位機(jī)的有線遠(yuǎn)程通信。工作人員可以通過上位機(jī)的人機(jī)界面和工藝流程動畫界面設(shè)定和修改檢測變量的設(shè)定值，選擇灌溉施肥模式和區(qū)域，設(shè)定灌溉施肥時間，實時查看農(nóng)田各區(qū)域的濕度值和電導(dǎo)率值，還可以對現(xiàn)場設(shè)備的工作情況進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)還能實現(xiàn)越限報警和下雨報警。<

4、br>　　 本課題主要完成了以下工作：完成了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。完成了系統(tǒng)Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以及網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)控層、網(wǎng)絡(luò)層、控制層和現(xiàn)場層四個層面的硬件設(shè)計。完成了模糊控制器的設(shè)計，主要包括模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，輸入量和輸出量的選擇，輸入量的模糊化，模糊控制規(guī)則的制定，模糊推理，輸出量的模糊判決，以及模糊控制決策表的建立。完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計，主要包括系統(tǒng)主程序的設(shè)計，采集模塊的軟件設(shè)計，模糊控制程序的設(shè)計，上位機(jī)監(jiān)

5、控界面的設(shè)計，以及通訊模塊的軟件設(shè)計。完成了系統(tǒng)的仿真測試與實驗分析，利用MATLAB中的Simulink工具箱對模糊控制器的控制效果進(jìn)行了仿真；利用Unity pro軟件對上位機(jī)監(jiān)控界面進(jìn)行了模擬仿真，對程序進(jìn)行了調(diào)試；搭建了實驗平臺，對控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試運行，并分析了實驗測得的數(shù)據(jù)。
　　 實驗結(jié)果證明本課題設(shè)計的控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，通訊正常，控制精度達(dá)到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。實現(xiàn)了節(jié)水、節(jié)能、節(jié)肥的全自動施肥灌溉，有效的利用了沼氣池資