基于作物莖流和FPGA的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、溫室作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的典型代表，在解決我國蔬菜供應(yīng)、增加農(nóng)民收入等方面發(fā)揮著重要的作用。溫室環(huán)境是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一，因此設(shè)計一種柔性溫室硬件控制器不僅可以降低成本，而且可以為后期的二次開發(fā)提供更好的平臺。本文采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA作為核心器件，前級采用作物莖流儀采集作物生長參數(shù)，控制器中采用信息集成的方法，設(shè)計了一種溫室實時控制系統(tǒng)，主要工作如下:
　　1.在分析國內(nèi)外溫室環(huán)境控制系統(tǒng)以及溫室環(huán)境因子對溫室作物生

2、長參數(shù)影響的基礎(chǔ)上，結(jié)合課題的要求，提出并確定了以FPGA、莖流儀和驅(qū)動電路相結(jié)合的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)及試驗的整體方案。
　　2.完成了整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計。硬件系統(tǒng)主要包括電源模塊、FPGA核心模塊以及繼電器驅(qū)動模塊。電源模塊由開關(guān)電源提供FPGA模塊以及繼電器驅(qū)動模塊工作所需的工作電壓;FPGA核心模塊完成數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、傳輸以及控制邏輯的產(chǎn)生;控制邏輯的高低電平經(jīng)繼電器驅(qū)動模塊驅(qū)動溫室內(nèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動作。
　　3.

3、完成了整個FPGA核心模塊的程序以及上位機(jī)監(jiān)控界面的設(shè)計。FPGA核心模塊包括以下6個功能模塊:數(shù)據(jù)采集模塊、分頻模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、超限報警模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊以及溫室環(huán)境控制模塊。使用硬件描述語言VerilogHDL進(jìn)行模塊化設(shè)計，最后在頂層模塊中例化各底層模塊，完成系統(tǒng)的程序設(shè)計，并對完成的系統(tǒng)進(jìn)行編譯、綜合。上位機(jī)監(jiān)控界面使用VC6.0進(jìn)行設(shè)計，包括參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制命令發(fā)送模塊、當(dāng)前信息顯示和信息存儲模塊。

4、　　4.使用FPGA專業(yè)仿真軟件Modelsim，對編譯、綜合通過后的程序進(jìn)行時序仿真，驗證系統(tǒng)的功能。成功通過仿真之后，將此系統(tǒng)移入到溫室中進(jìn)行試驗驗證，驗證此溫室環(huán)境控制系統(tǒng)在夏季溫室中的降溫效果。試驗表明，此系統(tǒng)可以根據(jù)溫室環(huán)境的變化，實時地給出控制策略，使溫室內(nèi)環(huán)境平穩(wěn)變化，為作物生長提供適宜的環(huán)境。
　　5.應(yīng)用專業(yè)的統(tǒng)計分析軟件MINITAB，對黃瓜的莖流速率和葉面溫度及其影響因子之間的關(guān)系做相關(guān)性分析，得出相關(guān)性的大