管窥智能化生态农业大棚管控系统设计范文

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1系统控制

系统在节水喷灌方面，基于三菱FX2NPLC采用智能化多模式喷灌技术，通过人机界面设置作物不同生长时期需水量曲线，土壤湿度传感器测定的土壤湿度输入到数据采集模块，PLC读取AD值，与设置的不同作物在不同生长时期的需水量对比，采用具有专家思想的分段控制算法和优化PID算法，达到适时、按需精确灌溉的目的。在参数设置方面，系统可同时采用触摸屏和上位机组态界面进行人机监控，根据作物生长周期，设置不同的参数，并显示参数曲线。针对各种农作物的温、湿度要求的不同，采用空气温湿度传感器对空气温湿度进行采集，控制通风风扇，对空气的温湿度进行控制。

1.1优化PID控制

在对土壤湿度进行控制方面，使用优化后的PID算法，将当前值与设定值进行比对，计算出偏差值，系统设计的优化PID控制算法软件实现流程图。由于土壤湿度值范围比较复杂，所以系统采用优化的PID算法来控制湿度值，采用PID算法和模糊算法相结合的思想，模糊算法的特点是调节速度快，鲁棒性好，实现的是粗略控制，当采集湿度值与设定湿度值偏差较小的时候，利用PID算法对偏差值进行精确的微调控制，当偏差值较大，产生超调的时候，系统采用模糊算法使偏差值迅速达到偏差可调范围内，这样对PID算法进行优化就能使系统快速精确的达到偏差最小，给农作物及时增减喷洒量，精确控制农作物土壤湿度环境。

1.2专家分段控制

用户也可以选择分段控制的方法来控制喷洒量，分段控制是利用湿度差值的不同情况的不同对待，系统把湿度差值分成一个个段，在不同的段里给定不同的给水频率，系统设定当采集的湿度值与设定湿度值之差小于20%的时候，系统设定关闭水泵，当它们之差大于70%时，系统设定最大喷洒量。其余湿度段设定不同的频率，系统对不同分段的给定喷洒频率的不同，有效地确保了植物在缺水严重的情况下的快速及时的补水，在水流量过大时，及时停止，变量喷洒，按需喷洒，在保证作物最佳生长环境的同时减少了水资源和电能的浪费，分段控制流程

2系统监控管理

由于系统需要设定不同农作物的不同的模式，依据在不同模式下对采集来的湿度值进行监控，与适宜作物生长的设定湿度值进行对比，并把结果返回给主控制器，系统采用触摸屏对喷灌系统进行现场监控，同时设计上位机监控界面进行集中监控管理。这样，采用监控管理模块就可以减少人力物力的浪费，并实时的了解农作物生长的环境情况。监控管理模块主要分为以下几个界面：登录主界面，农作物的模式选择界面，分为耐涝模式、湿度适中模式、喜旱模式，在不同模式下又细化了常见农作物的参考模式；在进入某一模式后，画面中有实时历史趋势曲线、报表、报警等选项，方便用户进行查询；在界面中有此模式下可以进行PID控制和分段控制两种模式，选择不同控制模式后，用户可以选择农作物处于何种生长时期，不同生长时期对于湿度的要求也不同，系统给定了在此模式下的参考设定湿度值，用户也可以自己设定湿度值；设定好这些参数后，监控系统就开始智能化执行监控，按照规定的生长周期天数进行自动依次生长时期设定，在特定生长时期内根据农作物所需湿度进行监控，如果湿度不适宜，就相应反馈给主控制器，对设备进行调整。这样，用户进行远程监控就可以很好的管理农业生产。

3结语

文章针对传统农业生产的弊端进行智能化管控系统设计，根据不同农作物的生长需要，进行多模式控制设计。该系统能够调节不同气候环境对农作物所造成影响，使用优化PID控制或专家分段控制，精确控制作物供水，保证作物的最佳生长环境。在监控系统方面可以通过监控家门实时监视作物成长各环境参数，实现智能全自动控制。该系统由PLC主控，配置有现场总线接口，根据作物种植面积可灵活扩展，以节约系统成本。

作者：胡玲艳单位：大连大学信息工程学院