果园水肥一体化控制系统设计与实现

发布时间：2018-10-24 13:52

【摘要】：随着我国淡水资源的日益缺乏,农业化肥污染的日益严重,以及人们生活水平质量的日益提高,人们对于节约型、可持续性发展农业的要求也越来越高。在我国的许多农业地区,存在有大量的果树种植基地。目前这些种植基地大部分还是采用传统的灌溉施肥方式来对园区的果树进行灌溉施肥,而这种传统的作业方式不但会产生较大的用工成本,同时也浪费了很大一部分的淡水资源,以及农业化肥带来的环境污染。本文主要针对这种现状构建了一套基于PLC控制的果园水肥一体化控制系统,系统能够实现自动控制、手动控制和远程控制,在水肥的自动决策中,采用了模糊控制算法来进行决策系统的构建,充分结合了果园中的局部气象环境信息和人工种植经验来对水肥进行合理的控制;构建的数据中心能够使系统具备远程网络控制功能,大大增强了果园灌溉施肥作业的便利性。文章的最后还在现有系统设计的基础之上,对其气象环境监测系统这一部分进行了结构优化的探索,并采用偏最小二乘PLS算法和BP神经网络算法对系统中的数据进行了分析论证,分析结果表明,采用这种方法可以达到减少传感器数量投入和轻量化精简系统的目的。论文的主要研究内容有:(1)针对现代果园智能化施肥灌溉的需要,构建了一套基于PLC控制的水肥一体化控制系统。对土壤湿度传感器、土壤温度传感器、风速传感器、风向传感器、无线传输装置、数据转发中心等做了系统集成,实现了系统的本地手动控制、系统自动控制以及WEB端的远程控制的功能。(2)为了节约开发成本以及实现灵活的控制方式,系统采用上位机为主,下位机为辅助决策控制的方法,构建了基于组态王控制的上位机软件控制系统,所有的水肥控制逻辑指令均由上位机发送给下位机PLC来执行,从而控制电磁阀、水泵等执行机构的动作。对整个园区不同分区的果树设置了分时段控制,以保证不同区域对水肥的不同需求。(3)对水肥一体化控制系统的水肥决策系统进行了设计,主要针对水肥控制系统中的灌溉决策进行了设计说明,其中重点介绍了模糊控制的设计推理过程。在施肥方面,采用肥随水走的原理,在灌溉的过程中进行肥料的施撒。对于肥料的用量,利用已有的果园平行管理系统进行线上计算得出果园的具体配方施肥方案,然后在水肥一体化控制系统中直接进行定量的施撒。采用模糊推理的控制算法构建了决策系统,系统相比于采用传统控制算法的优点在于,能够将实际种植过程中的经验数据融合到控制系统中,用来对果园的灌溉施肥进行合理的指导。(4)通过一年的试运行,对系统的优化改造进行了初步的探讨,采用PLS对现有气象系统中的气象信息进行了数据分析,通过初始的17个气象因子的建模结果显示,R~2可以达到0.997,从各因子的贡献度得出了对蒸腾量影响最大且可以用较低成本获取的4个气象因子,最后用这4个因子进行了蒸腾量估算模型的建立。构建了以空气温度、最高温度、空气湿度、土壤湿度为输入,果树蒸腾量为输出的BP神经网络估算模型。从估算模型的数据分析结果来看,系统模型的R~2可以达到85.777%,可以满足实际过程中的使用要求,同时可以达到优化精简系统的目的。
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【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S66;TP273

【参考文献】

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本文编号：2291593