基于茎直径生长速率的番茄营养生长期环境控制技术研究

发布时间：2017-06-24 12:09

  本文关键词：基于茎直径生长速率的番茄营养生长期环境控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对番茄营养生长期温室环境参数难以准确设定的问题,本文通过试验分析建立了番茄茎直径生长速率预测模型,并提出了一种基于茎直径生长速率的番茄营养生长期环境控制策略。采用成本较低的STM32F103ZET6单片机为核心控制器,并结合模糊PID控制算法完成了基于茎直径生长速率的番茄营养生长期环境控制器的软硬件设计。实验结果表明本文设计的温室环境控制器不仅可以使番茄处于良好的生长环境,同时可以充分利用自然光达到节约能源的目的。具体研究工作如下:(1)茎直径生长响应试验。作物茎直径变化来源于生长的变化,可以直接反应作物的生理状况和环境因素对作物的影响,而且茎直径生长的监测方法相对方便,对作物无损害性,可在线连续测量并记录数据。本文针对茎直径生长对光照、温度的响应做了光照试验和温度试验。光照试验分为三组,即无处理、一层遮光和两层遮光。温度试验分为四组,即20 C?、23 C?、26 C?和29 C?。(2)番茄茎直径生长速率预测模型的建立。茎直径生长速率是判断番茄营养生长期长势的重要参数之一。为提高对番茄长势的预测能力,提出了一种根据生理效应对番茄茎直径生长速率进行预测的方法。通过分析番茄茎直径、茎直径日变化率和茎直径小时变化率的变化规律,提出采用凌晨三点钟采集到的茎直径数据作为当天的茎直径表征值;通过研究茎直径生长速率对光照和温度的响应特点,采用线性回归方法建立基于生理效应(Physiological Responsiveness,PR)的番茄营养生长期茎直径生长速率预测模型,并对该模型进行了试验验证。该模型可以为合理的安排温室生产和管理提供理论依据和决策支持。(3)温室环境控制策略的研究。通过分析一定光照强度下达到最大光合效率的最适温度值以及茎直径生长速率对生理效应的响应规律,结合不同时间尺度的决策方法,提出一种基于茎直径生长速率的番茄营养生长期环境控制策略。即计算茎直径实际生长速率与预测生长速率的差值,求出(35)PR;结合天气预测信息,依据统计经验采用插值法估算每天可以达到的日'iPR,使其满足该阶段总的生理效应;根据当前气候条件,调整气候参数使其满足目标PR,并由此计算出当前的RTE和RLE,最后输出温室环境参数设定值。该控制策略有效解决了环境目标参数难以确定的问题,降低了生产能耗以及番茄出现徒长现象的几率。(4)温室环境控制器的设计。为了提高番茄营养生长期温室环境的控制效果,本文依据茎直径生长速率预测模型和温室环境控制策略,以STM32F103ZET6单片机为中央处理器,结合模糊PID控制算法的优点,设计了一种基于茎直径生长速率的温室环境控制器。介绍了控制器的硬件结构和主要功能,并完成了软硬件设计。试验结果表明该控制器对大滞后、强耦合、非线性的温室环境系统有良好的控制效果,并具有节约能源、提高经济效益等优点。
【关键词】：茎直径 生长速率 生理效应 控制策略 控制器
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S641.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景、目的和意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究目的和意义12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 温室环境、作物模型方面13-14
• 1.2.2 温室环境控制算法方面14-15
• 1.2.3 温室环境控制器方面15-16
• 1.3 存在问题16
• 1.4 主要研究内容16-18
• 第2章 材料与方法18-29
• 2.1 材料与方法18-21
• 2.1.1 试验基本情况18
• 2.1.2 试验理论依据18-19
• 2.1.3 栽培管理和环境数据19-20
• 2.1.4 番茄茎直径测定20-21
• 2.2 光照试验21-22
• 2.3 温度试验22-27
• 2.4 模型验证27-28
• 2.4.1 验证试验设计27-28
• 2.4.2 模型检验方法28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 基于生理效应的番茄茎直径生长速率预测模型29-37
• 3.1 模型描述29-31
• 3.1.1 相对热效应29-30
• 3.1.2 相对光效应30-31
• 3.1.3 PR计算方法31
• 3.2 试验结果与分析31-35
• 3.2.1 番茄茎直径变化规律分析31-33
• 3.2.2 光照对茎直径生长速率影响33-34
• 3.2.3 温度对茎直径生长速率影响34-35
• 3.3 茎直径生长速率预测模型35-36
• 3.3.1 茎直径生长速率预测模型的建立35
• 3.3.2 模型验证35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 温室环境控制策略研究37-53
• 4.1 番茄生长主要环境影响因子37-38
• 4.2 白天温室温度控制策略38-48
• 4.2.1 不同天气情况下温度与光照变化规律39-41
• 4.2.2 基于光照强度的温度适宜值41-43
• 4.2.3 基于茎直径生长速率的温度控制理论43-45
• 4.2.4 基于茎直径生长速率的番茄营养生长期环境控制策略45-48
• 4.3 夜间温度值确定48-49
• 4.4 肥料控制策略49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 温室环境控制器设计53-69
• 5.1 温室环境控制器组成53-55
• 5.2 温室环境控制器硬件电路设计55-59
• 5.3 温室环境控制器功能软件设计59-65
• 5.4 试验验证与结果分析65-68
• 5.4.1 试验原理与方法65-66
• 5.4.2 试验结果及分析66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第6章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-78
• 致谢78-79
• 已发表的论文、专利及参加的研究课题79-80
• 课题资助基金80

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