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温室是现代农业发展的重点之一,也是设施农业的重要组成部分,它能在多变的自然条件下为作物生长提供一个适宜的环境,从而缩短作物的生长周期,增加经济效益。温度和湿度是温室内最重要的两个环境因子,它们之间存在着强耦合、非线性关系,增加了控制的难度。通过对国内外设施农业现状以及温室温、湿度控制算法的总结,本文设计实现了智能温室监控系统。
温室小气候建模是实现温室控制的关键之一。本文首先分析了温室环境主要热力学过程,分别建立了温室小气候温度、湿度模型。根据模型反映的信息,把潜热交换量作为温湿度解耦的中间变量。此外,为实现在温室整体监控结构上分布控制、集中管理,本文对智能温室监控系统进行了整体结构的设计,包括模块化的温室因子采集器和控制器等,并对其硬件进行选型以及控制器、采集器中的数据进行了处理。
本文通过对温湿度耦合关系的分析,设计了基于模糊PID的温湿度控制器。其中,温湿度解耦控制器是依据湿度变化对温度的影响,将湿度变化时所产生的空气热量值反馈到温度控制的输入量中,使温度在原来设定的基础上得到了一定量的补偿后再通过控制器进行调控。同时本文还采用了将模糊控制器与PID控制器相结合,使系统即有PID控制精度高的优点,又具有模糊控制的灵活、适应性强等特点。利用:MATLAB软件仿真,对系统控制器进行了仿真,仿真结果反映出温湿度解耦控制器的动态响应曲线效果好,超调量小,稳态精度高,能达到理想控制效果。
采用面向对象技术,运用Visual Studio2008作为程序开发的环境,用PostgreSQL数据库对各种数据进行存储。用C#语言进行软件编程,根据实际要求构建了相应的系统监控平台。采用模块化结构设计,实现了系统状态设置、控制参数设定、实时采集监控、实时数据曲线、历史数据的查询以及控制等功能。
最后,论文对所取得的成果和结论进行了总结,并对未来工作进行了展望。