水肥一体化精量控制器设计

发布时间：2020-08-17 12:20

【摘要】：目前,我国水资源总量不足,时空分布不均匀,干旱缺水严重制约农业发展。推广普及水肥一体化等农业节水技术,是保障国家粮食安全、促进转变农业发展方式的必由之路。本课题是新型设施农业机械装备研发与开发项目中的一部分。论文通过对系统结构、控制算法、无线通讯方式、软硬件设计的研究,设计一套基于物联网的水肥一体化控制器。水肥一体化控制器以STM32F103ZET6微处理器为核心,辅以电源电路、Wi-Fi通讯电路、外部存储电路、模拟量采集电路、采集流量电路、控制接口电路等外围结构电路构成。控制器能够基于Wi-Fi技术实现以下功能:远程对温室群进行管理;同时将数据存储到云端服务器;能够按照温室里的农作物需求精确控制两条肥路配比施肥等性能要求。在温室内,通过3个感知节点采集温室环境参数,经过灌溉控制器向云端服务器上传这3个感知节点的数据。在温室中进行yeelink、OneNET、腾讯云服务器选择试验,最后OneNET云端服务器作为远程监控和存储的云端平台。软件方面使用μC/OS-II操作系统对采集模拟量、Wi-Fi通讯、输出控制量任务、扫描矩阵键盘等任务模块进行管理,使该控制系统具有较好的实时性。为了更精确的控制水肥流量比例,本文使用RBF-PID模型对单路或双路肥路的施肥泵进行控制,通过仿真试验和实际试验结果说明RBF-PID模型比传统PID模型能使被控制系统获取更加稳定、精度更高等性能,能够满足水肥一体化控制系统要求,具有较广泛的应用前景。
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S224
【图文】：

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图 2-1 远程监控水肥灌溉系统的设计方案Fig2-1 The remote monitoring of water and fertilizer irrigation system design（1）数据采集利用感知节点采集温室内的环境参数，同时通过灌溉控制器上接口采集 EC 值、PH 值、液位值、流量值。（2）数据传输使用 Wi-Fi 模块进行通讯。它的主要任务是完成接收感知节点，并将多个感知节点的数据上传到云端服务器。同时可以通过云端服务器远灌溉控制器上的开关量。（3）控制任务是首先通过按一定采集周期采集两条肥路的流量，其次，在根在单片机内部控制算法输出控制量，最后驱动器接收控制量后控制两个施肥速，从而达到设定流量比例。本章小结本章主要对课题研究所涉及的先关技术理论进行说明，在本系统的硬件和软要求进行了讨论，设计了基于物联网的灌溉系统总体框架。

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水肥一体化精量控制器设计3 水肥一体化控制器硬件设计要由以下几部分组成：最小系统电路、W供电电路、采集电导率、PH 值、流量值是通过串口通讯，因此直接与单片机的相现与多个感知节点通讯，并且实现与云端定时器功能的引脚，将控制接口与驱动器转串口接口电路用于调试程序和打印程序成丢失数据，增加存储芯片达到保护重要-1 所示，PBC 电路图与控制器实物分别为

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通过 Wi-Fi 模块实现与多个感知节点通讯，并且实现与云端服务器进行数据交互。控制接口使用具有定时器功能的引脚，将控制接口与驱动器相连，从而达到控制施肥泵的目的。USB 转串口接口电路用于调试程序和打印程序输出信息。为了防止控制系统运行异常造成丢失数据，增加存储芯片达到保护重要数据的目的。控制器硬件整体框图如图 3-1 所示，PBC 电路图与控制器实物分别为如图 3-2 和图 3-3所示。图 3-1 控制器硬件结构框图Fig. 3-1 The master controller hardware block diagram

【参考文献】