墒情无线监测系统与滴灌模糊控制方法研究

发布时间：2017-05-16 00:12

  本文关键词：墒情无线监测系统与滴灌模糊控制方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着生活水平的不断提高和工业的不断发展,造成地下水资源短缺,节水灌溉对解决水资源的供需矛盾具有重要的意义。我国旱田大部分还是采用传统的漫灌方式,水分的利用率比较低,灌溉方式和设备比较落后,自动化程度不高,依靠引进设备,成本过高,不适合我国国情。因此,针对目前灌溉存在的不足,以大豆滴灌为研究对象,研制了墒情无线监测系统,进行了滴灌阈值控制试验,并以采集数据为样本,仿真试验了滴灌模糊控制器。主要研究内容如下:(1)研究分析了目前常用节水灌溉控制方法和灌溉方式。根据试验单位对节水灌溉系统的实际需求,确定了节水灌溉系统研究方案。墒情无线监测系统由上位机远程监控中心、下位机控制器和采集节点三部分组成。现场滴灌控制采用阈值控制方法,并进行了滴灌模糊控制仿真试验。(2)完成了墒情无线监测系统的研制,上位机主要完成数据的监测、存储和查询等功能,并通过GPRS200无线模块实现与下位机控制器的远程通信。下位机控制器主要负责采集田间环境参数和灌溉控制。采集节点主要负责土壤湿度的采集和数据的传送。下位机控制器和采集节点通过XL4463无线模块进行数据的传输,并遵循Modbus通信协议。(3)进行了系统田间试验,验证系统采集数据的精准度和阈值控制灌溉效果。将采集的数据和实际测量值进行对比分析,试验结果表明:两者土壤湿度误差在-0.35%~0.21%。数据具很高的精准度。采用阈值方法进行控制时,从低于下限值开始灌溉,达到上限值时停止灌溉后,土壤湿度值从22.12%上升为28.24%,超出作物生长最适宜的湿度(24%-26%)范围,产生很大的超调量,无法为作物提供适宜的土壤湿度环境。(4)根据大豆分枝期对水分的需求,设计了模糊控制器的灌溉系统,以土壤湿度偏差和土壤湿度偏差的变化率作为模糊控制器的决策因子,通过模糊推理输出灌溉量。并用Matlab软件中Simulink仿真和模糊逻辑工具箱对模糊控制算法进行仿真,仿真结果表明,当土壤湿度为22%,湿度偏差为3%,偏差变化率为2%时,输出的灌溉量可以使土壤的湿度达到25.34%,满足作物生长的土壤湿度。因此本系统能够科学有效的对田地中的土壤湿度进行调控,满足作物生长对土壤水分的需求水平,对提高大豆作物产量与品质具有重要意义,同时也能够达到节水的目的。
【关键词】：墒情 滴灌 无线传感器 模糊控制 大豆
【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S275.6;S126
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.3 研究的技术路线14-15
• 1.4 主要研究内容15-17
• 第二章 节水灌溉系统的总体设计17-24
• 2.1 节水灌溉系统的需求分析17-18
• 2.2 节水灌溉系统控制策略选择18
• 2.3 灌溉方式的选择18-20
• 2.4 大豆的水分需水规律特点20
• 2.5 灌溉系统的总体设计20-22
• 2.5.1 上位机21-22
• 2.5.2 下位机控制器22
• 2.5.3 采集节点22
• 2.6 本章小结22-24
• 第三章 墒情监测与节水灌溉系统设计24-42
• 3.1 节水灌溉系统的硬件设计24-33
• 3.1.1 嵌入式微处理器模块25-26
• 3.1.2 无线通讯模块26-29
• 3.1.3 控制电路模块29-30
• 3.1.4 液晶显示模块30
• 3.1.5 传感器模块30-32
• 3.1.6 电源模块32-33
• 3.2 节水灌溉系统的软件设计33-40
• 3.2.1 无线通信模块的协议设计33-35
• 3.2.2 下位机控制器的软件设计35-36
• 3.2.3 采集节点的软件设计36-37
• 3.2.4 上位机的软件设计37-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第四章 田间试验42-49
• 4.1 试验环境与材料42-43
• 4.2 试验数据采集与分析43-45
• 4.2.1 试验方法43
• 4.2.2 试验数据分析43-45
• 4.3 灌溉试验45-46
• 4.4 本章小结46-49
• 第五章 模糊节水灌溉控制器设计与仿真49-63
• 5.1 模糊控制概述49-50
• 5.1.1 模糊控制的发展49
• 5.1.2 模糊控制器的组成49-50
• 5.2 节水灌溉系统的模糊控制器50-56
• 5.2.1 节水灌溉系统的模糊控制器设计50-55
• 5.2.2 模糊规则的制定55
• 5.2.3 输出清晰化55-56
• 5.3 系统仿真56-61
• 5.3.1 模糊控制器的编辑57-59
• 5.3.2 Simulink仿真59
• 5.3.3 系统仿真结果与分析59-61
• 5.4 本章小结61-63
• 第六章 结论63-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 个人简历69

【参考文献】

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1 范学佳;赵斌;衣淑娟;董m厦

本文编号：369198