基于模糊控制的茶园微滴灌监控系统的研究与应用

发布时间：2020-10-12 01:47

　　 目前在我国,农业灌溉用水比重非常大,但用水效率却不高。有些农业生产区域过量灌溉导致农产品产量降低、品质下降、损害土壤养分,有些地方则严重缺水使得作物无法正常生长。我国安徽黄山地区特产猴魁茶叶,当地种植大量茶树,区域内降水量充足,但灌溉的效率仍然并不高,茶园种植管理仍有待改进。本文的实验选用喷灌和滴灌结合的灌溉方式,能适应各种复杂地形,很适合茶树的种植灌溉。随着物联网技术的发展,农业生产的信息化发展也成为必然趋势。本文依托安徽黄山猴魁茶园实验基地,将无线传感网络应用于茶园实时信息的采集,设计基于模糊控制的智能灌溉决策控制器,开发了茶园微滴灌监控系统平台,实现了茶园环境信息和茶树生长信息的实时监控,基本实现了茶园的智能化管理,为当地茶产业的可持续发展提供支撑。茶园微滴灌监控系统结合了无线传感网络技术和模糊控制技术,依据茶学专家系统的支持,开发了远程监控平台,实现了实时远程监控茶树的智能灌溉和茶园的信息化管理。论文的主要研究内容包括三方面:(1)茶园环境信息采集。该部分主要设计了茶园多传感器的分布网络和采集信息的实时远程传输。根据茶学专家系统分析茶树的生长环境,结合茶树生长相关的关键因素,布置相应的多点及不同深度的传感器对茶树生长信息包括土壤信息和气象信息进行采集,利用中央控制器编写采集程序,使用GPRS远程传输模块对采集到的信息进行远程传输,最终由系统监控平台实时显示。(2)茶园灌溉模糊控制器的设计。模糊控制是智能控制技术的一种,以茶学专家知识作为决策的依据之一,用模糊推理的方法制定智能灌溉决策规则,实现茶园的智能灌溉。模糊控制器的设计主要包括输入和输出变量的选取、变量的模糊化处理、隶属函数的选择、解模糊化处理,最终获得精确的控制规则。(3)茶园微滴灌监控系统平台的开发。系统平台开发的目的是为采集信息的实时显示提供支持,后台服务器应用MySQL作为接收和存储信息的数据库,根据茶园生产、管理的关键信息设计前端展示内容,并用直观的曲线图显示各项信息的实时数据和历史变化趋势,为灌溉模糊控制器的优化和茶园的科学管理提供信息化支持。
【学位单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S571.1;S274.2
【部分图文】：

山太平猴魁茶园，茶园位于黄山北麓，常年长需求。实验基地占地约 1 亩，已配备了基本了基础。无线传感网络部分主要是采集茶园的传感器、中央控制器、GPRS 传输模块。多组器节点。将多传感器布于茶树种植区，分别采集度、土壤 pH 值，及茶树生长环境的光照强度在植物根系附近布置灌溉管道带对茶树进行灌现滴灌和喷灌的灌溉设备[44-45]。本文中央处理器制器，置于传感网络的中心位置，用于采集传感息和气象信息两方面，经由中央控制器中的 GP控平台。监控平台通过模糊控制算法对采集到的，并对作物生长过程中的环境信息进行实时监长情况，并通过网络实现信息共享。如图 2-1 所。

温湿度传感器相同。正常工作环境为温度-40~80℃，湿度：0~200RH。该传感器的量范围为 0~200,000 lx，并可自动转换量程。该传感器密封性能好、测量精准性高、有较强的可靠性。茶园环境常年湿度较高，光照和雨水充足，故选用该型号传感器适宜长期放置于室外，以保证参数采集的准确性和稳定性。使用时，将传感器固定中央处理器支架顶端，保证其不被异物遮挡，能准确测量光照强度。（4）气象信息。气象信息测量选用阳光气象科技有限公司 PC-4 自动气象数据采集站设备，采集的信息参数主要包括空气温度、空气湿度、降雨量等。该气象站体积小、功耗低，用 RS485 数据传输方式，稳定性较高，适宜室外使用，方便安装。使用时将气象站安装于中央处理器旁 20 厘米处固定支架端，用于监测茶园相关环境信息。2.3 信息采集和传输采集到的数据流向如图 2-2 所示，土壤信息和气象信息分别由传感网络采集后通过 GPRS 模块无线传输至远程监控平台。最终由系统监控平台远程显示采集到的项环境信息数据，完成数据的采集和传输。

图 2- 4 数据双向传输模拟实验流程Fig.2-4 The experimental process of data bidirectional transmission实验步骤如下：（1）布置传感器。将各个传感器置于有不同属性的环境中，例如不同深度、湿度、温度的土壤，不同深度、温度的水中，不同光照强度的环境中，以确保传感器可以在不同量程范围内正常工作。（2）控制器编写采集、控制程序。多传感器采集程序，选择对多从站地址的轮询访问进行参数采集，为测试传感器的灵敏度，设置较短的采集时间间隔。（3）程序运行监控。运行的结果可以通过计算机本地监控和系统平台远程监控两种方式显示。本地监控通过 RJ45 接口将控制器与计算机连接，设置 IP 地址为同一网段，即可上传数据至计算机。远程监控通过 GPRS 传输模块传输至设置的服务器地址和相应的端口，后台接收后进行解析、存储，保存至数据库，再由系统平台显示。（4）结果验证。通过系统平台远程发送操作指令给控制器，可以改变执行器的启、停状态，再通过手动改变执行器的状态监测系统平台数据库中的相应变量的变化，以实现数据的双向传输。采集信息的模拟量信息状态和数字量信息状态均可以通过计
【参考文献】

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本文编号：2837451