基于太阳能驱动的温室大棚监控系统研究

【摘要】：温室大棚是设施农业的一个重要分支，是现代化农业的重要体现，提高温室大棚的自动化管理是现代农业的一个重要课题。由于现有的温室连栋大棚存在直线跨度大，喷滴灌水阀节点多，手动控制效果不佳，供电布线不方便，供水过程不稳定，容易造成水资源浪费等诸多问题。针对以上问题，本文创新性提出了以太阳能电池板为供电电源，结合先进的传感器技术、无线通信技术、变频恒压技术等，设计一套基于太阳能供电的自动温室灌溉系统。 论文研究内容如下： (1)查阅国内外温室大棚监控系统的相关文献，调研长兴县吕山实验大棚基地，针对目前温室大棚监控存在的普遍问题，提出本论文监控系统的总体设计思路及框图。 (2)调研长兴县吕山实验大棚基地，与农业技术人员进行深入的探讨与交流，得到现有温室大棚普遍存在的三个问题：温室大棚基地监控系统布线困难，供电不便；喷滴灌电磁阀繁多，人工手动操作工作量大，遮阳棚卷帘机的展开与收拢依据相关技术人员的经验操作，不够精确智能；温室大棚管道供水不稳定，容易造成水资源的浪费等三个问题，提出了本论文监控系统的硬件和软件需求应用分析，设计系统的总体框图及太阳能驱动。 (3)为实现总体框图中的各个功能，设计硬件结构组成和软件功能流程，包括绘制电路板原理图及PCB板布局布线，选取相关硬件材料，编写以μCOS-Ⅱ为核心的嵌入式软件程序。 (4)针对温室大棚管道供水水压控制精度要求较高，着重研究并提出一套自适应模糊PID恒压供水系统，并进行相关MATLAB实验仿真。 (5)最后进行喷滴灌无线水阀控制系统实验和恒压供水系统实验。 【关键词】：设施农业 温室大棚 监控系统 恒压供水
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP277
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-12
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势9-11
• 1.2.1 国内外温室监控系统的研究现状9-11
• 1.2.2 国内外温室监控系统的发展趋势11
• 1.3 课题主要研究内容11-12
• 第2章 温室大棚监控系统需求分析及总体设计12-18
• 2.1 基于太阳能驱动的温室大棚监控系统的应用需求分析12-13
• 2.2 系统硬件需求分析13-14
• 2.3 系统软件需求分析14-15
• 2.4 监控系统总体设计及太阳能驱动15-17
• 2.4.1 监控系统的总体设计15
• 2.4.2 太阳能驱动设计15-17
• 2.5 本章小结17-18
• 第3章 温室大棚监控系统硬件与软件设计18-49
• 3.1 温室大棚监控系统硬件设计18-32
• 3.1.1 温室大棚监控系统设计18-19
• 3.1.2 稳压电源电路设计19-20
• 3.1.3 单片机及外围电路设计20-22
• 3.1.4 HMI触摸屏与无线通讯技术电路设计22-24
• 3.1.5 喷滴灌控制电路设计24-27
• 3.1.6 遮阳棚卷帘机控制电路设计27-28
• 3.1.7 变频恒压供水电路设计28-32
• 3.2 温室大棚监控系统软件设计32-48
• 3.2.1 主程序设计32
• 3.2.2 嵌入式实时操作系统程序设计32-36
• 3.2.3 恒压供水系统程序设计36-37
• 3.2.4 MCGS嵌入版监控系统设计37-44
• 3.2.5 温湿度传感器程序设计44-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第4章 温室大棚基地水泵站模糊PID恒压供水研究49-62
• 4.1 变频恒压供水控制原理49-51
• 4.1.1 供水系统基本特性49
• 4.1.2 变频恒压控制工作原理49-51
• 4.2 恒压供水PID控制设计51-53
• 4.2.1 PID控制原理简介51-52
• 4.2.2 温室大棚水泵站恒压供水PID控制设计52-53
• 4.3 模糊PID恒压供水控制的研究53-59
• 4.3.1 模糊PID控制原理53-55
• 4.3.2 温室大棚变频恒压供水系统Fuzzy-PID控制器的研究55-59
• 4.4 恒压供水系统的仿真59-61
• 4.4.1 供水系统近似模型59
• 4.4.2 MATLAB仿真结果及分析59-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 实验结果与分析62-72
• 5.1 监控系统室内调试测试62-65
• 5.2 监控系统实验基地测试65-66
• 5.3 模糊PID恒压供水实验66-70
• 5.3.1 压力比较试验及分析66-69
• 5.3.2 误差分析69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 附录一 部分C语言程序设计79-86
• 附录二 作者在读研期间发表的学术论文及参与的项目86

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