精準配肥控制系統(tǒng)的設計與研究.pdf

1、我國灌溉水資源匱乏，化肥污染嚴重，為保持農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對灌溉施肥的控制與管理技術的研究越來越受到重視。隨著科學技術的快速發(fā)展，更多的新技術在農(nóng)業(yè)灌溉施肥中得到廣泛應用。國內(nèi)外對農(nóng)業(yè)灌溉施肥的控制與管理技術都做了許多研究。但與國外優(yōu)秀技術進行對比，國內(nèi)的研究起步較晚且技術相對落后，存在著較大程度的差距。雖然國外的設備較為成熟，但因作物生長因素、氣候環(huán)境、土壤條件等差異，難以滿足中國的實際需求；再者，國內(nèi)研究主要局限于實驗室，并且系統(tǒng)造

2、價昂貴。故有必要設計一套物美價廉的水肥配制控制系統(tǒng)滿足社會需要。
　　本研究通過對系統(tǒng)結構、控制算法、軟硬件設計等方面的研究，設計了一套精準配肥控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)水肥溶液的濃度值和酸堿度，配制出適合農(nóng)作物生長需求的水肥溶液，從而提高作物的產(chǎn)量、質(zhì)量并節(jié)約能源、保護環(huán)境。
　　首先，通過分析電動比例調(diào)節(jié)閥和傳感器的工作原理，建立了電動比例調(diào)節(jié)閥和傳感器的數(shù)學模型，再結合被控系統(tǒng)的組成結構，以此建立被控系統(tǒng)的數(shù)學模型。其次，基于

3、被控系統(tǒng)的數(shù)學模型，設計了精準配肥控制系統(tǒng)的模糊PID控制器，進行仿真實驗，并與傳統(tǒng)PID控制器進行對比分析，仿真結果說明模糊PID控制器比傳統(tǒng)PID控制器能使被控系統(tǒng)獲得更好的性能。
　　最后，本文對精準配肥控制系統(tǒng)進行了軟硬件設計。根據(jù)“硬件在回路”的控制思想，本控制系統(tǒng)主要包括：一臺作為控制處理中心的上位機（包括Simulink模型和監(jiān)控中心）、一臺作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的單片機STM32F103及電源模塊、傳感器模塊和執(zhí)行機構。

4、其中，電源模塊為整個系統(tǒng)提供能源，并通過DC/DC降壓電路滿足系統(tǒng)各部分的工作電壓。選用CM-230K電導率EC傳感器、pH電極、流量傳感器和BP801型壓力變送器對水肥溶液的參數(shù)進行采集，利用STM32F103單片機處理采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機分析。上位機將采集數(shù)據(jù)傳遞至Simulink模型中推理運算，經(jīng)模糊推理后，將推理結果經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送至單片機，控制執(zhí)行機構的閥門開度，進而調(diào)節(jié)水肥溶液的EC值或pH值，直至配