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

【摘要】：我國灌溉水資源匱乏,化肥污染嚴重,為保持農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,對灌溉施肥的控制與管理技術的研究越來越受到重視。隨著科學技術的快速發(fā)展,更多的新技術在農業(yè)灌溉施肥中得到廣泛應用。國內外對農業(yè)灌溉施肥的控制與管理技術都做了許多研究。但與國外優(yōu)秀技術進行對比,國內的研究起步較晚且技術相對落后,存在著較大程度的差距。雖然國外的設備較為成熟,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,國內研究主要局限于實驗室,并且系統(tǒng)造價昂貴。故有必要設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)結構、控制算法、軟硬件設計等方面的研究,設計了一套精準配肥控制系統(tǒng),通過調節(jié)水肥溶液的濃度值和酸堿度,配制出適合農作物生長需求的水肥溶液,從而提高作物的產量、質量并節(jié)約能源、保護環(huán)境。首先,通過分析電動比例調節(jié)閥和傳感器的工作原理,建立了電動比例調節(jié)閥和傳感器的數學模型,再結合被控系統(tǒng)的組成結構,以此建立被控系統(tǒng)的數學模型。其次,基于被控系統(tǒng)的數學模型,設計了精準配肥控制系統(tǒng)的模糊PID控制器,進行仿真實驗,并與傳統(tǒng)PID控制器進行對比分析,仿真結果說明模糊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,本文對精準配肥控制系統(tǒng)進行了軟硬件設計。根據“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)、一臺作為數據采集系統(tǒng)的單片機STM32F103及電源模塊、傳感器模塊和執(zhí)行機構。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進行采集,利用STM32F103單片機處理采集數據,數據傳輸模塊將數據發(fā)送至上位機分析。上位機將采集數據傳遞至Simulink模型中推理運算,經模糊推理后,將推理結果經過數據傳輸模塊發(fā)送至單片機,控制執(zhí)行機構的閥門開度,進而調節(jié)水肥溶液的EC值或pH值,直至配制出設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)建的精準配肥系統(tǒng)監(jiān)控中心界面對采集數據進行實時顯示,使數據監(jiān)測更加一目了然。經試驗表明:該精準配肥控制系統(tǒng)能夠配制出設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和執(zhí)行機構的工作狀態(tài),能滿足精準配肥的實際需要。
【關鍵詞】：精準配肥 模糊PID控制器 Simulink模型 實時監(jiān)測
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S224.2;TP273
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 第1章 文獻綜述9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 水肥一體化精準配肥控制技術概述10
• 1.3 國外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.4 國內研究現(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 研究主要內容15-17
• 第3章 系統(tǒng)總體設計17-23
• 3.1 系統(tǒng)總體結構設計17-18
• 3.2 執(zhí)行機構數學建模18-20
• 3.2.1 直流電動機數學建模18-20
• 3.2.2 線性滯后環(huán)節(jié)數學建模20
• 3.2.3 執(zhí)行機構數學模型20
• 3.3 傳感器模塊數學建模20-21
• 3.3.1 EC傳感器數學建模20-21
• 3.3.2 pH傳感器數學建模21
• 3.4 被控系統(tǒng)數學模型21-23
• 第4章 模糊PID控制器設計及系統(tǒng)仿真研究23-35
• 4.1 PID控制算法23-24
• 4.2 模糊控制器設計24-29
• 4.2.1 模糊控制器結構設計25
• 4.2.2 模糊化25-27
• 4.2.3 模糊控制規(guī)則設計27-28
• 4.2.4 解模糊28-29
• 4.3 模糊PID控制器設計29-32
• 4.4 系統(tǒng)仿真研究32-35
• 第5章 精準配肥控制系統(tǒng)軟硬件設計35-55
• 5.1 控制系統(tǒng)總體設計35-36
• 5.2 控制系統(tǒng)硬件設計36-50
• 5.2.1 電源模塊36-37
• 5.2.2 傳感器選型37-40
• 5.2.3 控制器設計40-46
• 5.2.4 執(zhí)行機構選型46-50
• 5.3 控制系統(tǒng)軟件設計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 軟件程序設計51
• 5.3.4 監(jiān)控中心設計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 總結與展望63-65
• 7.1 總結63-64
• 7.2 展望64-65
• 參考文獻65-69
• 致謝69-71
• 發(fā)表論文及參加課題一覽表71

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

本文編號：481003