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《河北科技大学》 2016年
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基于无线网络的大棚作物周围信息参数自动调控系统研究

李凯  
【摘要】：温室大棚是一种高效的农业生产方式,通过调控温室内气候环境,为作物生长创造有利条件,实现了作物的反季节种植,提高了作物的质量及生产效率。传统温室的生产管理,大部分以人工控制为主。随着科技的进步和发展,传统温室大棚的种植模式已经无法满足农业生产发展的需要,正是在这样的背景下,立足于我国温室大棚的现阶段状况,开展温室大棚自动调控系统的研究。根据温室环境自身非线性和大延阻性等特点,传统经典控制方式难以适用,因而采用模糊控制理论调控温室环境。论文依据专家经验,综合考虑温度、湿度、土壤墒情和光照度对温室环境的影响,确定模糊控制的输入和输出、隶属度函数,制定精确的模糊控制规则,建立以西门子S7-200 PLC为载体的模糊控制器,配合DTU无线模块、各类传感器和执行机构,实现了温室调控系统的自动闭环控制。利用King View组态设计上位机人机界面,配合S7-200下位机和DTU模块的GPRS无线传输功能,研发具有数据釆集、监控和历史数据查询、手动/自动控制转换功能的温室环境调控系统。使用MATLAB对控制系统进行仿真,试验数据结果表明,系统能够快速调整到环境参数设定值,抗干扰能力强,反应灵敏。温室调控系统基于模糊控制理论,综合考虑温室内各环境因子和作物生物特性,通过测试,该系统对温室环境控制效果比较理想。
【关键词】：温室大棚 模糊控制 组态 PLC DTU无线模块
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S625;TP273
【目录】：
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 绪论9-15
  • 1.1 课题研究背景9-10
  • 1.2 国内外温室大棚环境信息自动调控系统发展状况10-11
  • 1.2.1 国外温室大棚环境信息自动调控系统发展状况10
  • 1.2.2 国内温室大棚环境信息自动调控系统发展状况10-11
  • 1.3 存在的问题11
  • 1.4 本课题研究的目的与意义11-12
  • 1.5 本课题主要研究内容12-13
  • 1.5.1 研究的内容12
  • 1.5.2 技术路线12-13
  • 1.6 本章小结13-15
  • 第2章 GPRS无线传输技术15-19
  • 2.1 GPRS概述15
  • 2.2 GPRS系统结构15-16
  • 2.3 GPRS的数据传输16
  • 2.4 GPRS技术特点16-17
  • 2.5 本章小结17-19
  • 第3章 温室大棚系统总体设计19-25
  • 3.1 温室大棚环境特点分析19
  • 3.2 温室大棚环境参数和调控原则19-22
  • 3.2.1 温度对植物生长的影响19
  • 3.2.2 温度调控原则19-20
  • 3.2.3 湿度对植物生长的影响20
  • 3.2.4 湿度调控原则20
  • 3.2.5 光照对植物生长的影响20-21
  • 3.2.6 光照调控原则21
  • 3.2.7 土壤墒情对植物生长的影响21
  • 3.2.8 土壤墒情调控原则21-22
  • 3.3 系统的总体设计22-23
  • 3.3.1 系统的工作原理22
  • 3.3.2 系统的设计目标22-23
  • 3.4 系统的总体结构23-24
  • 3.5 本章小结24-25
  • 第4章 温室大棚模糊控制系统设计25-37
  • 4.1 温室大棚系统特点25
  • 4.2 模糊控制理论25-26
  • 4.2.1 模糊控制理论简介25
  • 4.2.2 模糊控制系统的组成25-26
  • 4.3 温室环境模糊控制器设计26-34
  • 4.3.1 模糊控制器语言变量设计26-27
  • 4.3.2 输入变量27-28
  • 4.3.3 隶属函数的确定28-30
  • 4.3.4 输出变量30-31
  • 4.3.5 模糊控制规则31-32
  • 4.3.6 模糊推理32
  • 4.3.7 解模糊化32-34
  • 4.4 温室大棚环境控制系统仿真34-36
  • 4.5 本章小结36-37
  • 第5章 温室环境调控系统硬件设计37-57
  • 5.1 PLC的优点37-38
  • 5.2 PLC的选型及配置38-43
  • 5.3 GPRS DTU无线模块的选型及配置43-48
  • 5.3.1 GPRS DTU简介及优点43-44
  • 5.3.2 GPRS DTU参数配置44-48
  • 5.4 传感器模块的选型48-50
  • 5.4.1 空气温湿度传感器48-49
  • 5.4.2 光照度传感器49
  • 5.4.3 土壤墒情传感器49-50
  • 5.5 执行机构的选择50-55
  • 5.5.1 天窗机构50-51
  • 5.5.2 遮阳网机构51-52
  • 5.5.3 通风机构52
  • 5.5.4 喷雾加湿机构52-53
  • 5.5.5 灌溉机构53
  • 5.5.6 补光机构53-54
  • 5.5.7 加热机构54-55
  • 5.6 本章小结55-57
  • 第6章 温室环境调控系统软件设计57-71
  • 6.1 温室调控系统PLC软件设计57-61
  • 6.1.1 PLC控制系统I/O分配57-59
  • 6.1.2 PLC程序设计59-61
  • 6.2 GPRS DTU软件设计61-66
  • 6.3 组态界面设计66-68
  • 6.4 系统仿真68-69
  • 6.5 本章小结69-71
  • 总结71-73
  • 参考文献73-77
  • 攻读硕士学位期间所发表的论文77-79
  • 致谢79

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