设施农业自动控制系统是什么

设施农业智能化控制系统设计—西红柿生产控制设施农业智能化控制系统设计— 西红柿生产控制设施农业智能化控制系统—西红柿生产控制摘要设施农业是指通过自动化控制方式，调节温室内的温度、湿度、通风、光照等环境因子，营造出最适宜农作物生长的环境状态，以实现高产、高效为目的的现代农业生产。

由于温室是一个复杂多变的非线性、大滞后的动态环境系统，很难采用传统的PID控制算法去建立数学模型，因而，本文采用了模糊控制算法对温室环境进行综合控制。

本文研究的主要内容如下：（1）分析了主要环境因子对农作物生长的影响，总结出西红柿生长在不同浓度等环境状态。

时期所需最适宜的温度、湿度、光照度和CO2（2）温室系统的模糊控制策略采用查表算法，使用温度误差作为模糊控制器的输入量，天窗、遮阳网、风机和湿帘等作为系统的输出控制量，系统选用三角隶属函数，并按照模糊控制规则进行相关设计。

（3）温室结构采用了上下位机联级控制模式，上位机控制界面用VB程序编写，实现数据存储、实时数据显示、发送控制参数等功能。

下位机完成温室浓度和土壤水分等参数的检测和控制。

内温度、湿度、CO2（4）完成了温室中传感器的布局和选型，及传感器输出电流电压转换接口电路的设计。

研究了温室输出执行机构的操作规则与传感器输入量之间的对应关系。

通过实践表明，基于上下位机模式的温室控制系统，将单片机技术、串行通信技术和传感检测技术综合运用，温室系统得到了较好的控制效果。

关键词: 智能温室模糊控制设施农业西红柿Agricultural facilities intelligent control system -tomato production controlABSTRACTAgricultural facilities is which through automated control adjust the temperature inside the greenhouse, humidity, ventilation, light and other environmental factors, to create the most suitable environmental conditions for crop growth, in order to achieve productive and efficient for the purpose of modern agricultural production. Because the greenhouse is a complex and dynamic environment system, it is difficult to set up mathematical model to control using the traditional way of PID. For the fuzzy control algorithm, equation of state objects is not required, which is also suitable for controlling the nonlinear, time-varying delay system. Therefore, fuzzy control algorithm is adopted to control greenhouse, and for example in summer Greenhouse control, by fuzzy control algorithm to achieve effective and reasonable control of the ambient temperature.(1) By analyzing the effects of major environmental factors on the growth of crops, the tomatoes grown in different periods required is summed up for the optimum temperature, humidity, light intensity and CO2 concentration and other environmental status.(2) Greenhouse makes use of look-up table algorithm in fuzzy control strategy, temperature error as the fuzzy controller input, and sunroof, shade net, fans and wet curtain, etc., as the system’s output. Greenhouse system selects triangle membership function, and in accordance with the relevant rules of fuzzy control design.(3) Greenhouse structure is using the up and down PC control mode, PC control interface with VB programming, which has the function of data storage, real-time data display, transmission control parameters and other functions. The lower PC complete testing and control the greenhousetemperature, humidity, COconcentration and soil moisture and other2parameters.(4) Sensor layout and selection is completed in greenhouse, and the sensor output current-voltage conversion circuit of the interface design also. The correspondence is studied between the operating rules and the sensor actuator in the greenhouse.Through practice shows that greenhouse system has been better control effect, based on lower and upper PC in greenhouse control system, the MCU technology, serial communication technology and integrated use of sensing technology.KEY WORDS: Intelligent Greenhouse; Fuzzy Control; Agricultural facilities; Tomato production摘要 (1)第一章绪论 (7)1.1 选题背景和意义 (7)1.2 国内外设施农业现状及发展趋势 (8)1.2.1 国外现状及发展趋势 (8)1.2.2 国内现状及发展趋势 (8)1.3 课题的提出和研究内容 (10)1.3.1 课题来源 (10)1.3.2 课题研究内容 (10)第二章温室环境因子研究及模糊控制 (11)2.1 温室环境因子的研究 (11)2.1.1 温度对作物生长的影响 (11)2.1.2 水分对作物生长的影响 (12)2.1.3 光照度对作物生长的影响 (13)浓度对作物生长的影响 (14)2.1.4 CO22.2 模糊控制算法的设计与实现 (14)2.2.1 模糊控制的基本原理 (15)2.2.2 模糊控制器的设计步骤 (16)2.2.3 模糊控制器结构的确定 (16)2.2.4 模糊化 (17)2.2.5 模糊控制规则的制定 (21)2.2.6 模糊推理决策算法的设计 (22)2.2.7控制量的解模糊化 (23)2.3 本章小结 (24)第三章控制系统方案的总体设计 (25)3.1 控制系统方案研究 (25)3.2 控制系统总体结构 (27)3.3 数据采集系统设计 (28)3.3.1 温湿度采集系统设计 (29)3.3.2 光照度采集系统设计 (31)浓度采集系统设计 (32)3.3.3 CO23.3.4 土壤水分采集系统设计 (33)3.4 温室执行机构设计 (34)3.4.1 温湿度控制机构 (34)3.4.2 补光机构 (36)3.4.3 CO补给 (37)23.5 本章小结 (38)第四章下位机系统设计 (39)4.1 下位机系统硬件电路设计 (39)4.1.1 单片机系统 (39)4.1.2 显示电路 (41)4.1.3 串行通信电路 (42) (45) (47) (48)4.2 下位机系统软件设计 (50)4.2.1 软件设计内容 (50)4.2.2 下位机系统主程序设计 (50)4.2.3 时钟子程序设计 (51)4.2.4 数据采集子程序设计 (51)4.2.5 通信子程序设计 (54)4.3 本章小结 (55)第五章上位机系统软件设计 (57)5.1 上位机设计构想 (57)5.2 上位机界面设计 (57)5.2.1 主界面窗口 (58)5.2.2 子界面窗口 (58)5.3 本章小结 (61)第六章系统现场测试 (62)第七章结论与展望 (65)参考文献 (66)附录A 时钟子程序 (71)致谢 (75)攻读学位期间发表论文情况 (76)第一章绪论1.1 选题背景和意义设施农业是指采用现代化工程技术手段，对作物生长环境进行必要的干预控制，以达到完全或部分摆脱对自然环境的依赖，实现农作物高效生产的一种农业控制方式。

设施农业复习资料一、名词解释1 温室是指采用透光覆盖材料作全部或局部围护构造材料，可供冬季或其它不适宜栽培植物的寒冷季节(或地区)栽培植物的设施。

2 聚氯乙烯〔PVC〕塑料薄膜：它是在PVC 树脂中参加增塑剂，稳定剂，功能性助剂，经压延成膜的一类塑料薄膜。

3 渗灌：是通过埋在土壤外表以下的渗管或渗头等将水灌到土中的一种灌溉系统。

这种灌溉系统作业时不会影响耕作，且灌水不易蒸发。

4 临界控制：指温室只具备加热器与通风设备，当温度低于某一临界值时，起动加热器，当温度高于某一临界值时，起动通风设备，在上下临界值之间不进展控制，这种温室环境控制称为临界控制。

5 保温面积比：温室的建筑面积及外围护构造面积的比值称为保温面积比。

6 精量播种生产线：该生产线包括基质筛选—基质混拌—基质提升混装料箱—穴盘装料—基质刷平—基质压穴—精量播种—穴盘覆土—基质刷平—喷水等工艺过程，播种准确性高于95%，可播种除黄瓜外的各种蔬菜种子，播种速度为6盘/分。

7 无滴膜〔双防农膜〕：在PVC 或PE原料中参加耐老化及流滴剂等功能性助剂而制成的农膜。

这种膜同时具有防老化与流滴特性，耐侯性、透光性与保温性好，是目前性能较全、使用广泛的农膜品种。

8 温室透光率：指透进温室内的光亮占室外光亮的百分率。

9 环境控制：指利用各种手段来影响温室内部的环境条件，最终目标是提供作物生长适宜的条件。

10 滴灌：又称滴水灌溉，是通过出水孔口非常小的滴头或滴水带把水一滴一滴均匀而缓慢的滴在作物根部的土壤中。

11温室气肥：指二氧化碳肥料。

12 自动控制中的闭环系统：指具有控制结果返回信息的自动控制系统。

13 设施农业：是用一定设施与工程技术手段改变自然环境，在环境可控条件下，按照动植物生长发育要求的最正确环境〔光照、温度、湿度、营养等〕，以最少资源投入，进展生产的现代农业。

14 连栋温室：将两栋以上的单栋温室在屋檐处连接起来，去掉相连接处的侧墙，加上檐沟〔天沟〕而构成的温室称为连栋温室。

自动控制系统是指通过使用传感器、执行器和控制器等设备，实现对一定过程或系统的自动化监测、分析和调节，从而控制系统的行为、性能和输出。

下面是对自动控制系统原理与应用的简述：1. 原理：自动控制系统的基本原理是反馈控制。

它包括四个主要组成部分：输入（参考信号或设定值）、输出（被控对象的测量值）、误差信号（输入与输出之间的差异）、控制器。

基于误差信号，控制器会根据预先设定的算法和策略，生成相应的控制命令，通过执行器作用于被控对象，从而实现系统输出的调节和稳定。

2. 反馈调节：自动控制系统中的核心是反馈回路，它使得系统能够根据实际输出情况进行动态调节。

通过比较输出与设定值的差异，系统可以及时感知并纠正偏差，使得输出能够稳定在目标值附近。

3. 控制器类型：自动控制系统中常见的控制器类型包括比例控制器（P控制器）、比例积分控制器（PI控制器）和比例积分微分控制器（PID控制器）。

这些控制器根据误差信号的大小和变化率，调节控制命令的输出，以实现系统响应的快速性、稳定性和精度。

4. 应用领域：自动控制系统广泛应用于工业、交通、能源、农业和生活等各个领域。

在工业领域，自动控制系统被用于控制和调节生产过程中的温度、压力、流量、速度等参数。

在交通领域，自动控制系统被用于交通信号灯、轨道交通、航空航天等实现交通流量的优化和安全性的提升。

在能源领域，自动控制系统被用于电力系统的稳定运行和能源供应的优化。

在农业领域，自动控制系统被用于智能化的农业设施控制和农业机械的自动化操作。

在生活领域，自动控制系统被用于家庭中的智能家居系统、自动化的机器人和电子设备等。

5. 优势和挑战：自动控制系统的优势包括提高生产效率、降低能源消耗、减少人工干预，增强安全性和精确性。

然而，设计和实施自动控制系统也面临一些挑战，例如系统建模的复杂性、参数调节的困难性、系统故障的可能性等。

总而言之，自动控制系统通过实现自动化的监测、分析和调节，使得系统能够稳定、高效地运行，并在多个应用领域中发挥重要作用。

室科 学 生产 的预 定参 数 存 在 存 储 与 时 钟 芯 片 中 ， 时 同 各监 测点 的温 湿度 值 也 存 储 其 中 ， 统 时 间 也 由该模 系 块提供 ； 固态 继 电器 控 制 外 围 的风 扇 、 帘 等 温 湿 度 水
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２１ ０ ０年 １ ０月
农 机 化 研 究
第 １ ０期
力 和看门狗 ， 资源丰富 ， 方便开发 、 设计 与应 用。配置 复位 和振 荡外 围电路 ， 构成 了本 系统 的控制 核心 。 便
系统 主 频 配 置 为 ４ ｚ ＭＨ 。微 控 制 器 模 块 的 主 要 功 能
户 终端 （ 即手 机 用 户 ） 可通 过 短 信 查 询 温 室 现 场 的温 湿 度 等 值 ， 时 在 预 定 的时 间 或 现 场 出现 异 常 时 ， 同 主 控 制盒会 自动发 送 短信 到指 定 用 户 手 机 ， 醒 用 户 及 提
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０一Ｏ 一２ ｌ １ 基金项 目：重庆市 自然科 学基金重点项 目（ Ｓ Ｃ ０ ９ Ａ１０ ） Ｃ Ｔ ２ ０ Ｂ ０ ６ 作者简 介：赵 虎 （ ９ ４一） 男 ， 庆人 ， １７ ， 重 讲师 ， 士研 究生 ， Ｅ— 博 （ ｍａ ）ｉ ｒ０ １８ １３ １１。 ｉ ｔ ｅｔ０ ＠ ６ ．０１ ｌ ｇ １ ２１ 通 讯作 者 ：王三 根 （ ９ ４一） 男 ， 庆人 ， １５ ， 重 教授 ， 士 生 导师 ， Ｅ— 博 （
有 广泛 的应用 前 景 。 关 键词 ：设施 农 业 ；普 适 农业 系 统 ；Ｓ Ｔ ０；Ｔ ３ Ｈ １ Ｃ ５；Ｒ Ｍ１ Ｆ ２
中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ３ ５； １ ６ Ｐ ７ ． ￥ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１ ０ １ ８ ２ １ １ ０ ６ ｏ ０ ３— ８ Ｘ（ ０ ０）０— １０一 ４