基于模糊控制的灌溉參數(shù)檢測系統(tǒng)

基于模糊控制的灌溉參數(shù)檢測系統(tǒng)

1我國農(nóng)業(yè)自動化的現(xiàn)狀現(xiàn)在，中國大多數(shù)農(nóng)民都是手工管理溫室。這樣很容易被打斷。此外，人工灌溉。我國農(nóng)業(yè)大棚多為中、小規(guī)模乃至極小規(guī)模,所以,若想實現(xiàn)大棚內(nèi)的自動化,也只能需要針對中、小規(guī)模的廉價的自動化系統(tǒng)。雖然國內(nèi)有一些農(nóng)業(yè)自動化系統(tǒng),但這些也僅是在少數(shù)大規(guī)模的農(nóng)場使用,不適合我國農(nóng)村的現(xiàn)狀。本系統(tǒng)是針對國內(nèi)目前農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀,權(quán)衡了多方面而設(shè)計的。其初步實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)大棚的自動化管理,而且其不僅適合農(nóng)業(yè)大棚,對其稍作改動,也可供其它需實現(xiàn)自動檢測與控制的系統(tǒng)使用。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1系統(tǒng)框架圖的制作2.2偏差以及偏差變化率(1)測試大棚內(nèi)的瞬時溫度、空氣濕度及土壤濕度并顯示。(2)根據(jù)檢測到的各參數(shù)與設(shè)定值的偏差以及偏差變化率對電爐、噴泵及滴泵進行控制,實現(xiàn)對棚內(nèi)的溫濕度的調(diào)節(jié)。(3)如果三項參數(shù)中有一項參數(shù)偏離給定值太多,系統(tǒng)將發(fā)出報警并反復(fù)檢測參數(shù)并顯示。(4)自診斷、自恢復(fù)及報警電路用于檢測系統(tǒng)運行是否正常,如果出現(xiàn)異常,例如“死循環(huán)”或“亂飛”則報警并使系統(tǒng)自動復(fù)位。3硬件系統(tǒng)包括:處理機部分、存儲器部分、模擬量輸入通道接口、開關(guān)量輸出通道接口、鍵盤顯示器電路、自診斷、自恢復(fù)電路、傳感器檢測電路等。3.1a/d轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換系統(tǒng)本系統(tǒng)采用了8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。因為本系統(tǒng)檢測的溫度范圍屬于常溫,故采用8位A/D轉(zhuǎn)換器已經(jīng)滿足需要。而且空氣濕度及土壤濕度信號雖然是百分數(shù),但采用8位二進制數(shù)表示也已夠用。3.2開關(guān)量輸出通道接口本系統(tǒng)的開出通道共10條,采用光電隔離技術(shù),分別控制三個電爐,三個噴灌泵,三個滴灌泵和一個報警電路。3.3增加pc口線本系統(tǒng)采用3個七段LED顯示器及1個八段LED顯示器,八段顯示器可以顯示小數(shù)點兒。鍵盤、LED顯示器放在一起,皆受8155芯片控制。系統(tǒng)中只設(shè)置了12個鍵,如果增加PC口線,即可增加鍵數(shù),如果只用4位LED的話,最多可用4x6=24個鍵。鍵盤的列掃描線由A口提供,行掃描線由PC0、PC1、PC2提供。列掃描線從左到右的編號為0、1、2、3,行掃描線順序從PC0——PC2,12個鍵的編號為0——B,兩個高值鍵備用。12個鍵的鍵值相應(yīng)為0,1,...0AH,0BH。LED顯示器采用掃描顯示方式。3.4獨立診斷和恢復(fù)因為系統(tǒng)總是循環(huán)運行的,每一次的循環(huán)時間是固定的,當(dāng)診斷電路檢測到系統(tǒng)運行超時,就報警并自動復(fù)位。報警由程序控制蜂鳴器電路實現(xiàn)。3.5空氣濕度檢測溫度傳感器采用AD590,在應(yīng)用中調(diào)節(jié)該傳感器使1℃對應(yīng)的數(shù)字量為04H,便于進行溫度的標(biāo)度變換。如圖2。使用陶瓷濕度傳感器H104檢測大棚內(nèi)空氣濕度。在應(yīng)用中調(diào)節(jié)該傳感器使1%RH對應(yīng)的數(shù)字量為02H,便于進行空氣濕度的標(biāo)度變換。(電路復(fù)雜,由于篇幅限制,暫不畫出)土壤濕度檢測電路采用濕敏電阻,在應(yīng)用中調(diào)節(jié)該傳感器及其電路使每1%對應(yīng)的數(shù)字量為04H,便于進行土壤濕度的標(biāo)度變換。如圖3。4棚內(nèi)三項灌溉參數(shù)的模糊控制由于本系統(tǒng)所要控制的大棚內(nèi)溫度、空氣濕度和土壤濕度參數(shù)只要求在某一范圍即可,并不需要嚴格要求各參數(shù)在某一值。例如,在現(xiàn)在應(yīng)用的這個大棚里,其技術(shù)指標(biāo)如下:溫度:給定植±3℃土壤濕度:給定植±4%空氣濕度:給定植±3%RH所以,采用模糊控制方法更有效。在控制棚內(nèi)的三項灌溉參數(shù)時,可根據(jù)專家經(jīng)驗,采用模糊化方法。故本系統(tǒng)采用了模糊控制策略,也適應(yīng)棚主的工作經(jīng)驗,且可以節(jié)省能源。本系統(tǒng)在控制各參數(shù)時,都是通過調(diào)整三個同樣的爐、泵來達到目的的。這樣不僅有效而且更安全可靠。因為用單一爐、泵控制時,若發(fā)生故障,易造成影響收成的損失,而本控制方式大大降低了這種可能性。為了使控制更確切可靠,本系統(tǒng)采用二維模糊控制。模糊控制器的輸入為偏差和偏差變化率兩個變量。溫度模糊控制器的偏差隸屬度函數(shù)圖形采用三角形,給出相應(yīng)的隸屬度值如表1。同樣溫度偏差變化率隸屬度函數(shù)圖形及輸出控制量也采用三角形,相應(yīng)的隸屬度函數(shù)值不詳細列出了。控制規(guī)則如表2。根據(jù)控制規(guī)則及隸屬度函數(shù),最終推導(dǎo)出的大棚內(nèi)溫度模糊控制查詢表如表3。根據(jù)棚主的經(jīng)驗,棚內(nèi)三項灌溉參數(shù)的模糊控制規(guī)則很相象。這樣,本系統(tǒng)為了簡化編程,易于控制,使三組開關(guān)量輸出通道采用了同樣的模糊規(guī)則,最終的模糊控制查詢表如表3。5現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)6單一爐、泵控制本系統(tǒng)已經(jīng)投入運行,運行狀況良好。系統(tǒng)經(jīng)濟、可靠、靈活、穩(wěn)定,而且易于維護和擴展。由于都是通過調(diào)整三個同樣的