基于温度预测算法的智能粮仓温度预警系统

发布时间：2021-02-28 06:55

　　为了提高基层农业信息化水平,大大改善对农业设施的监控效率,结合温室温度预测控制算法,实现了以FPGA为处理器的智慧粮仓内环境预警监控系统。该系统通过Verilog HDL硬件描述语言在FPGA内部设计各个功能模块,由FPGA芯片完成对传感器的驱动并建立通信链路,通过存储器操作指令控制传感器读取、转换温度数据,最后利用调整后的温室温度预测算法对任意时刻后的仓内温度进行预测,判断预测值是否超过预设报警值,同时由开发板上的数码管和LED显示实时温度以及预警信号。实验分为白天和夜晚两组,分别验证不同环境下的预测结论。实验结果表明,该系统实现了分辨率为0.062 5℃的温度监控显示,并能够较为精准地对20 s后的温度进行预判,预测误差小于±0.5℃,系统本身的功能和性能是有效可靠的。 

【文章来源】：计算机技术与发展. 2020,30(09)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

第二个指令周期

文中设计的系统由FPGA数据处理模块、温度采集模块、显示(报警)模块组成。FPGA芯片采用Altera EP4CE115F29C7芯片,FPGA对总线上的采集模块进行初始化并按照规定的时序读取并处理(识别符号位、温度转换)采集的数据[13]。传感器则选用数字温度传感器DS18B20负责温度数据的采集工作,通过单总线与FPGA芯片建立通信并接收FPGA的各项操作指令,将转换后的温度数据传输到FPGA。总线上可挂载若干传感器,通过ROM搜索算法识别各传感器ID,并对数据分别处理。由开发板上的数码管和LED作为显示和报警模块。图1是温度预警系统硬件框图,本节将介绍具体的温度预警系统电路设计并重点阐述FPGA对传感器的驱动以及数据分析预警这两个部分。该系统以Altera公司的Cyclone IV EP4C115F29 C7芯片为处理器,通过ROM指令和功能指令实现处理器与传感器之间通信,传输和接收信令,在外部控制逻辑的控制下完成特定的任务,最后将结果交给显示逻辑。除此之外,FPGA还会对采集到的数据进行分析,预测下一时刻的温度是否达到或超过报警值。

DS18B20的内部结构

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于复数神经网络的智能温室温度预测研究[J]. 徐宇,冀荣华.  中国农机化学报. 2019(04)
[2]智慧粮仓数据采集处理系统设计[J]. 徐淑英.  信息通信. 2018(10)
[3]软件定义无线传感器网络研究综述[J]. 黄美根,黄一才,郁滨,周伟伟.  软件学报. 2018(09)
[4]温室温度约束模型预测控制研究[J]. 周伟,汪小旵.  新疆农业科学. 2014(06)
[5]基于FPGA的农林业环境监测机器人系统设计[J]. 胡刚毅,荣剑,岳晓光.  农机化研究. 2013(07)
[6]基于SHT11的粮仓温湿度测控系统的设计[J]. 王武礼,杨华.  仪表技术与传感器. 2010(09)

硕士论文
[1]基于作物茎流和FPGA的温室环境控制系统设计[D]. 柳爱珍.南京农业大学 2013
[2]农业养殖智能系统中温度数据采集与分析[D]. 沈涛.浙江海洋学院 2013



本文编号：3055487