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基于WSN的嵌入式温室监控系统相关控制问题的研究

程文锋  
【摘要】:目前,我国设施农业整体的现代化水平还很低,国内大量使用着的温室都采用简易温室控制系统,甚至完全靠手工操控。随着经济水平和农业生产技术水平的提高,有调控设施的温室比例在逐年增加,传统设施农业向现代设施农业转变的需求日益迫切。 温室控制系统的适用性问题正阻碍着温室产业的发展,大量的温室需要成本低、可靠性高、操作便利、适用性强的智能型温室控制系统。本课题采用嵌入式系统代替工控机,用无线传感网络取代有线网络,从根本上消除了传统温室控制系统存在的适用性问题。本课题主要完成的研究工作为:设计了基于无线传感网络的嵌入式温室监控系统硬件架构和系统功能;根据无线传感网络的特点研究了结合一致性检验、分批估计和自适应加权平均的温室采样数据融合算法;针对WSN采样数据较长时间的离散滞后造成反馈延迟,从而引起系统控制不稳定的问题,提出了采用递推灰色预测和样条插值算法消除WSN反馈数据离散延迟问题的新方法;研究了温室动态质能平衡方程数学模型,并在此基础上建立了Simulink环境下的温室仿真模型,通过大量温室仿真实验验证了温室模型的合理性和灰色预测插值控制方法的有效性;研究了实用的温湿度解耦控制算法,采用反馈前馈线性化解耦方法,将非线性的MIMO系统变成了两个独立的SISO一阶线性系统,求出了使温湿度控制完全解耦的温度和湿度调控量并进行了仿真实验。 本文提出的方法解决了阻碍WSN在嵌入式温室实时监控系统中应用的几个关键问题。提出的灰色预测插值处理WSN反馈数据的方法能在不提高WSN采样率的情况下保证良好的采样数据实时性;建立的温室仿真模型可以很方便的进行各种条件下的温室仿真实验;采用的数据融合方法能有效提高WSN采样精度,反馈前馈线性化温湿度解耦控制方法计算较为简单,也很容易应用于嵌入式平台的温室监控系统中。


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