基于LabVIEW的LED光源植物生长环境测控系统的研究

发布时间：2017-05-19 07:13

  本文关键词：基于LabVIEW的LED光源植物生长环境测控系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：农业作为我国的第一产业,是国民经济的基础,大力发展科技农业有其重要性和必要性,其关系到我国的粮食安全。设施农业能友好的解决我国粮食安全及其他问题,设施农业是现代农业自动化方向的发展趋势。由于植物生长环境的复杂性,给我们在环境控制方面带来了很大的困难。在植物生长环境测控系统中,亟需找到一种最为合理的控制策略,在既能节约能源的同时,又能保证植物快速的生长。如何在设施农业中解决能量消耗过大的问题,也是我们亟需解决的问题。本课题通过对设施农业关键技术的学习和研究,模拟出了一个基于LED光源的植物生长环境测控系统——植物生长柜。通过对植物生长发育的深入研究,在植物生长柜中模拟出了一个小型的植物生长系统。在植物生长柜的设计中,主要运用了LED光源、传感变送器、数据采集、虚拟仪器等技术,可实现对植物生长柜内的温度、湿度、光照强度和CO2浓度等环境参数的自动测量。本课题重点研究了温度、湿度、光照度以及CO2浓度四个环境因子对植物生长的影响,结合各环境因子的变化特点及相互关系,综合环境参数模型给出了较为合理的控制策略。通过分析植物生长柜内的热平衡和物质平衡,建立了生长柜内热量平衡和物质平衡方程,为环境控制策略以及控制算法研究奠定了基础。本系统采用Lab VIEW软件设计和数据采集卡的硬件设计相结合,搭建了基于LED光源的植物生长环境测量系统,本系统还应用到了LED光源,传感变送器以及数据采集卡等硬件。本课题以作物产量作为最大目的,结合LabVIEW软件测控平台,引入了层次分析法,分别得出了温度、湿度、光照度与植物产量的关系;通风设备、供暖设备、加湿设备、LED生长灯、滴灌五种控制措施与温度、湿度、光照度之间的关系,建立了控制措施与植物产量之间的关系。在植物适应的生长环境下,最大程度的提高农业生产效率和节约农业生产成本是我们追求的目标。以小油菜作为实验研究对象,结合相关参考文献对小油菜给出适合的控制策略,并在LabVIEW软件测控平台中输入相关环境的控制参数。在小油菜整个培养过程中,LabVIEW测控平台实时测控生长柜中小油菜各环境参数,并将所测结果保存到数据库中。实验结果分析得出,各环境因子都达到预期的结果,植物生长柜内各环境参数能按照设定的控制策略自动调整。通过生长柜培育出的小油菜长势良好,能说明在LED提供光源条件下,设计的植物生长环境测控系统能很好的满足植物对生长环境的要求。
【关键词】：LED LabVIEW 数据采集 层次分析 植物生长柜
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题的研究背景及意义9
• 1.2 课题的研究现状与发展趋势9-11
• 1.2.1 国外设施农业发展现状9-10
• 1.2.2 国内设施农业的发展趋势10
• 1.2.3 植物生长环境测控系统的发展趋势10-11
• 1.3 植物生长柜测控系统平台运用的技术11
• 1.3.1 LED光源技术在农业中应用11
• 1.3.2 虚拟仪器技术11
• 1.4 论文主要内容与组织结构11-13
• 第2章 植物LED生长灯的设计13-24
• 2.1 LED基本概念13-14
• 2.1.1 LED的发光原理13
• 2.1.2 LED的特性13-14
• 2.2 LED器件的选定14-18
• 2.2.1 LED光源的分类14-16
• 2.2.2 所选LED器件的光电参数16-17
• 2.2.3 阵列式LED组合灯具设计17-18
• 2.3 植物LED照明控制系统设计18-22
• 2.3.1 植物LED驱动电路18-19
• 2.3.2 负载连接方式19-21
• 2.3.3 基于DD312驱动LED电路21-22
• 2.3.4 PWM脉冲调制技术22
• 2.4 植物LED生长灯设计实物图22
• 2.5 本章小结22-24
• 第3章 植物生长环境参数的模型分析24-36
• 3.1 植物生长柜环境系统的控制对象分析24-29
• 3.1.1 温度对植物生长的影响24-26
• 3.1.2 湿度对植物生理活动的影响26
• 3.1.3 光照强度对植物生长的影响26-28
• 3.1.4 CO_2浓度对植物生理活动的影响28
• 3.1.5 四个环境因子对植物光合作用的综合影响28-29
• 3.2 植物生长柜的环境模型建立29-34
• 3.2.1 植物生长柜的热量平衡方程30-34
• 3.2.2 植物生长柜物质平衡方程34
• 3.3 本章小结34-36
• 第4章 植物生长环境测控系统的设计与实现36-45
• 4.1 系统的总体控制方案36
• 4.2 生长柜测控系统的硬件设计36-39
• 4.2.1 传感变送器的选用36-38
• 4.2.2 数据采集卡的选用38-39
• 4.3 基于Lab VIEW平台的软件设计39-44
• 4.3.1 系统的用户管理模块40
• 4.3.2 系统的主要功能模块40-41
• 4.3.3 系统数据处理模块41-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第5章 植物生长环境测控系统实验验证45-54
• 5.1 小油菜生长各阶段最优组合参数45-46
• 5.2 生长柜环境参数优先级控制46-49
• 5.2.1 生长柜内环境因子间的关系46
• 5.2.2 测控平台的层次分析方法46-47
• 5.2.3 构造判断矩阵关计算相对权47-49
• 5.3 植物生长柜生长测试实验49-50
• 5.3.1 小油菜参数选取49-50
• 5.4 生长柜温湿度跟踪控制的实验结果及分析50-52
• 5.4.1 植物生长柜中小油菜的长势50-51
• 5.4.2 实验结果分析51-52
• 5.5 本章小结52-54
• 第6章 结论54-56
• 6.1 工作总结54
• 6.2 下一步工作说明54-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-60
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文60

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本文编号：378041