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文檔簡介
1、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(shí)際需求;再者,國內(nèi)研究主要局限于實(shí)驗(yàn)室,并且系統(tǒng)造
2、價(jià)昂貴。故有必要設(shè)計(jì)一套物美價(jià)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(jì)等方面的研究,設(shè)計(jì)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
3、被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了精準(zhǔn)配肥控制系統(tǒng)的模糊PID控制器,進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),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(jì)。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(jī)(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(jī)STM32F103及電源模塊、傳感器模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
4、其中,電源模塊為整個(gè)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(jī)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(jī)分析。上位機(jī)將采集數(shù)據(jù)傳遞至Simulink模型中推理運(yùn)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(jī),控制執(zhí)行機(jī)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
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