基于物联网的设施农业温室大棚智能控制系统研究

发布时间：2017-04-26 20:13

  本文关键词：基于物联网的设施农业温室大棚智能控制系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本课题来源于太原市科技支撑新农村建设项目“设施农业温室大棚自适应控制系统与示范”(项目编号:120157),是针对当前我国温室大棚环境调控水平落后、运行管理依赖经验、网络化程度低等问题提出的,这些问题严重制约了温室大棚生产效率的提高。因此,本文基于物联网技术,设计和开发了一种温室大棚智能控制系统,实现温室大棚主要环境参数的在线监测、执行机构的自动控制,以及温室大棚的科学管理,达到温室大棚自动化、智能化、网络化和科学化生产的目标,对于提升我国温室大棚生产力,提高温室大棚现代化水平具有重要意义。主要研究内容如下:通过深入分析温室大棚环境参数特点和控制要求,在物联网技术框架内制定了温室大棚的总体控制方案,分为感知层、传输层和应用层,整个系统由单套集控系统、多套现场控制系统以及通讯网络组成,集控系统对各现场控制系统进行集中管理和控制,现场控制系统可脱离网络单独运行,满足不同规模水平温室大棚的控制需求。现场控制系统作为环境感知节点和智能化控制终端,处于物联网感知层,依据温室大棚现场实际环境情况,设计了以PLC为核心的现场控制系统。通过传感器检测空气温湿度、光照强度、二氧化碳浓度和土壤湿度信息;综合手动控制和自动控制方法控制执行机构动作;采用触摸屏实现温室大棚现场的人机交互;借助短信报警控制器实现远程监控。系统通讯网络处于物联网传输层,依据传输层的设计要求,构建了温室现场局域网和远程广域网相结合的数据传输体系。现场局域网采用基于以太网的有线传输方式;远程广域网采用互联网与GSM移动通信相结合的传输技术,实现感知层数据的可靠传输和广泛互联。集控系统处于物联网应用层,主要实现感知层数据的各类处理过程,包括数据存储、数据预处理、智能控制和人机交互。基于Lab VIEW软件开发了温室大棚集中监控管理平台,通过OPC服务器与现场控制器进行数据交换;以SQL Server软件为开发平台建立了温室大棚数据库系统,实现运行数据的科学管理;提出了一种综合软件补偿、分布图法和取平均值法的数据预处理方法,消除数据误差的影响;提出了一种温湿度变结构模糊控制方法,改善控制系统稳态性能,通过LabVIEW环境下的PID和模糊控制工具包实现了模糊控制器的设计;开发了集中监控管理平台数据采集、实时监测、控制输出、参数设置和数据管理过程的人机交互界面,提高管理效率。设计并搭建了温室试验平台,在试验平台上进行了控制系统的调试与试验。调试与试验结果表明:系统的硬件设计合理,通讯网络稳定,集中监控管理平台各项功能正常,提出的数据预处理方法和智能控制方法效果良好,将环境参数稳定在合理水平,满足设施农业温室大棚的现代化管理需求。
【关键词】：温室大棚 物联网 变结构模糊控制 智能控制 LabVIEW
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S625;TP273
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 农业物联网简介14-15
• 1.4 本文的研究目标和主要研究内容15-17
• 第二章 温室大棚智能控制系统总体方案设计17-23
• 2.1 温室大棚环境参数及特点17-19
• 2.2 系统总体方案设计19-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 温室大棚现场控制系统设计23-39
• 3.1 现场控制系统硬件结构23
• 3.2 现场控制系统硬件设备选型23-29
• 3.2.1 可编程逻辑控制器选型23-25
• 3.2.2 触摸屏选型25-26
• 3.2.3 传感器选型26-29
• 3.2.4 短信报警控制器选型29
• 3.3 配套设备电气控制系统设计29-32
• 3.3.1 开关式设备电气控制系统30-31
• 3.3.2 正反转设备电气控制系统31-32
• 3.4 温室大棚现场信息传输方案32-33
• 3.5 现场控制系统软件设计33-37
• 3.5.1 PLC程序设计33-34
• 3.5.2 触摸屏软件设计34-36
• 3.5.3 短信报警控制器软件设计36-37
• 3.6 本章小结37-39
• 第四章 温室大棚集中监控管理平台设计39-53
• 4.1 集中监控管理软件平台39-40
• 4.2 集中监控管理平台数据采集40-41
• 4.3 系统数据库设计41-45
• 4.3.1 系统数据库建立42-43
• 4.3.2 LabVIEW对数据库的操作方法43-45
• 4.4 集中监控管理平台界面设计45-51
• 4.4.1 主界面45-46
• 4.4.2 数据采集界面46-47
• 4.4.3 实时监测界面47-48
• 4.4.4 控制输出界面48-49
• 4.4.5 数据管理界面49
• 4.4.6 参数设置界面49-51
• 4.5 网络发布51
• 4.6 本章小结51-53
• 第五章 温室大棚智能控制算法53-69
• 5.1 数据预处理53-55
• 5.2 模糊控制原理55-56
• 5.3 变结构模糊控制56-57
• 5.4 模糊控制器设计57-64
• 5.4.1 模糊控制器1的设计57-62
• 5.4.2 模糊控制器2的设计62-64
• 5.5 LabVIEW开发环境下变结构模糊控制器实现64-67
• 5.5.1 LabVIEW PID和模糊逻辑工具包简介64-65
• 5.5.2 模糊控制器的实现65-66
• 5.5.3 变结构模糊控制策略实现66-67
• 5.6 本章小结67-69
• 第六章 系统调试与试验69-79
• 6.1 温室试验平台介绍69-73
• 6.2 系统运行测试73-75
• 6.3 系统控制性能测试75-78
• 6.4 本章小结78-79
• 第七章 结论与展望79-81
• 7.1 结论79-80
• 7.2 工作展望80-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-87
• 作者在攻读硕士学位期间的研究成果87

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