多能源供给体系农业大棚控制系统设计
发布时间：2023-02-08 19:28
针对黑龙江省齐齐哈尔地区农业大棚存在的问题,冬季大棚供热费用高、大棚用电不方便以及现有监控布线麻烦,占用土地资源等问题,而利用无线传感器技术、嵌入式技术以及模糊控制算法可以很好的解决农业大棚中的问题。考虑到该地区丰富的太阳能和风力的自然资源,设计基于齐齐哈尔地区鲜明地域特色的农业大棚控制系统。为了解决农业大棚存在的问题,本文应用无线传感器技术、嵌入式技术以及模糊控制算法,设计并实现了多能源供给体系农业大棚控制系统。其中主要包括:农业大棚多能源供给体系、控制算法的设计与实现、Zigbee节点的设计、ARM终端应用程序的开发和Qt界面的设计。本文首先介绍了总体设计,搭建了一个多能源供给体系农业大棚的模型。主要利用太阳能、风能、循环水和沼气等异质多能源供给,实现了农业大棚的多能源供给,在没有市电的情况下,满足大棚的基本用电需求。同时根据作物在不同生长阶段所需的光线不同,系统还设计了红蓝LED补光。之后针对农业大棚环境具有非线性,大延时及严重滞后的特点。对农业大棚环境的控制更不容易,针对这个特殊的问题,研究设计了模糊自整定PID控制算法,并经MATLAB仿真分析,证明该算法具有良好的动态和稳态...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 农业大棚能源供给和温室控制现状
1.2.1 国外研究现状与发展趋势
1.2.2 国内研究现状与发展趋势
1.2.3 齐齐哈尔地区农业大棚能源供给与控制现状
1.3 研究内容
2 多能源供给体系农业大棚控制系统总体设计
2.1 农业大棚能源需求分析
2.1.1 太阳能、风能供电互补系统设计
2.1.2 多能源体系农业大棚的搭建
2.2 农业大棚控制功能需求分析
2.2.1 温度对作物影响与控制
2.2.2 湿度对作物影响与控制
2.2.3 光照对作物影响与控制
2.2.4 二氧化碳对作物的影响与控制
2.3 主控平台及嵌入式选型
2.4 系统总体结构设计
2.4.1 控制系统设计
2.4.2 系统功能设计
2.5 本章小结
3 农业大棚控制算法的设计及实现
3.1 传统PID控制
3.1.1 传统PID控制原理
3.1.2 传统PID控制实现
3.2 模糊控制
3.2.1 模糊理论
3.2.2 模糊工作原理
3.3 农业大棚模糊自整定PID控制系统设计与实现
3.3.1 农业大棚模糊自整定PID系统原理
3.3.2 控制器参数设计规则
3.3.3 模糊PID参数的模糊化
3.3.4 模糊控制规则的确立
3.3.5 解模糊化
3.4 实验仿真与分析
3.5 算法实现
3.6 本章小结
4 系统硬件电路设计
4.1 农业大棚环境信息硬件设计
4.2 接口电路设计
4.2.1 JTAG接口电路设计
4.2.2 采集节点供电电路设计
4.2.3 LCD显示屏接口设计
4.2.4 ARM与Zigbee接口电路设计
4.3 采集节点电路设计
4.4 控制节点电路设计
4.5 本章小结
5 系统软件设计
5.1 系统软件总体架构
5.2 无线传感器组网
5.3 Zigbee无线传感器网络节点软件设计
5.3.1 数据采集接收节点软件设计
5.3.2 控制节点软件设计
5.3.3 协调器节点软件设计
5.4 嵌入式平台的搭建
5.4.1 交叉编译器的安装与配置
5.4.2 Qt的移植
5.4.3 内核的裁剪与移植和根文件系统的制作
5.4.4 SQlite数据库的建立
5.5 ARM应用程序的开发
5.6 交互界面设计
5.7 本章小结
6 系统测试
6.1 系统模型硬件测试
6.2 软件测试
6.2.1 采集与传输部分测试
6.2.2 控制部分测试
6.2.3 串口数据收发测试
6.3 Qt界面显示
6.4 整体效果
6.5 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读硕士学位期间学术成果情况
致谢
本文编号：3738242
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 农业大棚能源供给和温室控制现状
1.2.1 国外研究现状与发展趋势
1.2.2 国内研究现状与发展趋势
1.2.3 齐齐哈尔地区农业大棚能源供给与控制现状
1.3 研究内容
2 多能源供给体系农业大棚控制系统总体设计
2.1 农业大棚能源需求分析
2.1.1 太阳能、风能供电互补系统设计
2.1.2 多能源体系农业大棚的搭建
2.2 农业大棚控制功能需求分析
2.2.1 温度对作物影响与控制
2.2.2 湿度对作物影响与控制
2.2.3 光照对作物影响与控制
2.2.4 二氧化碳对作物的影响与控制
2.3 主控平台及嵌入式选型
2.4 系统总体结构设计
2.4.1 控制系统设计
2.4.2 系统功能设计
2.5 本章小结
3 农业大棚控制算法的设计及实现
3.1 传统PID控制
3.1.1 传统PID控制原理
3.1.2 传统PID控制实现
3.2 模糊控制
3.2.1 模糊理论
3.2.2 模糊工作原理
3.3 农业大棚模糊自整定PID控制系统设计与实现
3.3.1 农业大棚模糊自整定PID系统原理
3.3.2 控制器参数设计规则
3.3.3 模糊PID参数的模糊化
3.3.4 模糊控制规则的确立
3.3.5 解模糊化
3.4 实验仿真与分析
3.5 算法实现
3.6 本章小结
4 系统硬件电路设计
4.1 农业大棚环境信息硬件设计
4.2 接口电路设计
4.2.1 JTAG接口电路设计
4.2.2 采集节点供电电路设计
4.2.3 LCD显示屏接口设计
4.2.4 ARM与Zigbee接口电路设计
4.3 采集节点电路设计
4.4 控制节点电路设计
4.5 本章小结
5 系统软件设计
5.1 系统软件总体架构
5.2 无线传感器组网
5.3 Zigbee无线传感器网络节点软件设计
5.3.1 数据采集接收节点软件设计
5.3.2 控制节点软件设计
5.3.3 协调器节点软件设计
5.4 嵌入式平台的搭建
5.4.1 交叉编译器的安装与配置
5.4.2 Qt的移植
5.4.3 内核的裁剪与移植和根文件系统的制作
5.4.4 SQlite数据库的建立
5.5 ARM应用程序的开发
5.6 交互界面设计
5.7 本章小结
6 系统测试
6.1 系统模型硬件测试
6.2 软件测试
6.2.1 采集与传输部分测试
6.2.2 控制部分测试
6.2.3 串口数据收发测试
6.3 Qt界面显示
6.4 整体效果
6.5 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读硕士学位期间学术成果情况
致谢
本文编号：3738242
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