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1系統(tǒng)控制
系統(tǒng)在節(jié)水噴灌方面，基于三菱FX2NPLC采用智能化多模式噴灌技術(shù)，通過人機(jī)界面設(shè)置作物不同生長時期需水量曲線，土壤濕度傳感器測定的土壤濕度輸入到數(shù)據(jù)采集模塊，PLC讀取AD值，與設(shè)置的不同作物在不同生長時期的需水量對比，采用具有專家思想的分段控制算法和優(yōu)化PID算法，達(dá)到適時、按需精確灌溉的目的。在參數(shù)設(shè)置方面，系統(tǒng)可同時采用觸摸屏和上位機(jī)組態(tài)界面進(jìn)行人機(jī)監(jiān)控，根據(jù)作物生長周期，設(shè)置不同的參數(shù)，并顯示參數(shù)曲線。針對各種農(nóng)作物的溫、濕度要求的不同，采用空氣溫濕度傳感器對空氣溫濕度進(jìn)行采集，控制通風(fēng)風(fēng)扇，對空氣的溫濕度進(jìn)行控制。
1.1優(yōu)化PID控制
在對土壤濕度進(jìn)行控制方面，使用優(yōu)化后的PID算法，將當(dāng)前值與設(shè)定值進(jìn)行比對，計算出偏差值，系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化PID控制算法軟件實現(xiàn)流程圖。由于土壤濕度值范圍比較復(fù)雜，所以系統(tǒng)采用優(yōu)化的PID算法來控制濕度值，采用PID算法和模糊算法相結(jié)合的思想，模糊算法的特點是調(diào)節(jié)速度快，魯棒性好，實現(xiàn)的是粗略控制，當(dāng)采集濕度值與設(shè)定濕度值偏差較小的時候，利用PID算法對偏差值進(jìn)行精確的微調(diào)控制，當(dāng)偏差值較大，產(chǎn)生超調(diào)的時候，系統(tǒng)采用模糊算法使偏差值迅速達(dá)到偏差可調(diào)范圍內(nèi)，這樣對PID算法進(jìn)行優(yōu)化就能使系統(tǒng)快速精確的達(dá)到偏差最小，給農(nóng)作物及時增減噴灑量，精確控制農(nóng)作物土壤濕度環(huán)境。
1.2專家分段控制
用戶也可以選擇分段控制的方法來控制噴灑量，分段控制是利用濕度差值的不同情況的不同對待，系統(tǒng)把濕度差值分成一個個段，在不同的段里給定不同的給水頻率，系統(tǒng)設(shè)定當(dāng)采集的濕度值與設(shè)定濕度值之差小于20%的時候，系統(tǒng)設(shè)定關(guān)閉水泵，當(dāng)它們之差大于70%時，系統(tǒng)設(shè)定最大噴灑量。其余濕度段設(shè)定不同的頻率，系統(tǒng)對不同分段的給定噴灑頻率的不同，有效地確保了植物在缺水嚴(yán)重的情況下的快速及時的補(bǔ)水，在水流量過大時，及時停止，變量噴灑，按需噴灑，在保證作物最佳生長環(huán)境的同時減少了水資源和電能的浪費(fèi)，分段控制流程
2系統(tǒng)監(jiān)控管理
由于系統(tǒng)需要設(shè)定不同農(nóng)作物的不同的模式，依據(jù)在不同模式下對采集來的濕度值進(jìn)行監(jiān)控，與適宜作物生長的設(shè)定濕度值進(jìn)行對比，并把結(jié)果返回給主控制器，系統(tǒng)采用觸摸屏對噴灌系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控，同時設(shè)計上位機(jī)監(jiān)控界面進(jìn)行集中監(jiān)控管理。這樣，采用監(jiān)控管理模塊就可以減少人力物力的浪費(fèi)，并實時的了解農(nóng)作物生長的環(huán)境情況。監(jiān)控管理模塊主要分為以下幾個界面：登錄主界面，農(nóng)作物的模式選擇界面，分為耐澇模式、濕度適中模式、喜旱模式，在不同模式下又細(xì)化了常見農(nóng)作物的參考模式；在進(jìn)入某一模式后，畫面中有實時歷史趨勢曲線、報表、報警等選項，方便用戶進(jìn)行查詢；在界面中有此模式下可以進(jìn)行PID控制和分段控制兩種模式，選擇不同控制模式后，用戶可以選擇農(nóng)作物處于何種生長時期，不同生長時期對于濕度的要求也不同，系統(tǒng)給定了在此模式下的參考設(shè)定濕度值，用戶也可以自己設(shè)定濕度值；設(shè)定好這些參數(shù)后，監(jiān)控系統(tǒng)就開始智能化執(zhí)行監(jiān)控，按照規(guī)定的生長周期天數(shù)進(jìn)行自動依次生長時期設(shè)定，在特定生長時期內(nèi)根據(jù)農(nóng)作物所需濕度進(jìn)行監(jiān)控，如果濕度不適宜，就相應(yīng)反饋給主控制器，對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。這樣，用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控就可以很好的管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
3結(jié)語
文章針對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的弊端進(jìn)行智能化管控系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)不同農(nóng)作物的生長需要，進(jìn)行多模式控制設(shè)計。該系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)不同氣候環(huán)境對農(nóng)作物所造成影響，使用優(yōu)化PID控制或?qū)＜曳侄慰刂疲_控制作物供水，保證作物的最佳生長環(huán)境。在監(jiān)控系統(tǒng)方面可以通過監(jiān)控家門實時監(jiān)視作物成長各環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)智能全自動控制。該系統(tǒng)由PLC主控，配置有現(xiàn)場總線接口，根據(jù)作物種植面積可靈活擴(kuò)展，以節(jié)約系統(tǒng)成本。
作者：胡玲艷單位：大連大學(xué)信息工程學(xué)院