多传感器数据融合的养殖环境监控系统模型设计

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1、多传感器数据融合的养殖环境监控系统模型设计在各种养殖环境中，要求测量参数的传感器比较多，控制精度要求也比较高，分析养殖环境的特点，设计出一种采用多传感器数年据融合的养殖监控系统模型。它不仅能够完成各参量的控制，还能根据季节灵活的调整阀值参数，并且更换不同传感器，就可实现多种场合的应用，给出了系统硬件和软件设计。并用实验分析表明系统测控性能稳定性。【关键词】PID控制多传感器环境监控STM321引言目前，国民对肉类制品的消费的益增长，传统的养殖难以满足这一需要，规模化养殖已全面形成，人们在消费的同时

2、不禁要问，消费的肉品是否安全，它们的生长环境怎样。动物的饲养环境是一个综合作用的结果，因此，对饲养环境的监控将是提升肉类品质的关键因素，为适用于养殖类环境的监控需要，解决各家不一致的环境监控问题，设计了多传感器融合的通用模型，它适应性强，覆盖面广，对于不能的环境，更换不同的传感器就可迅速安装，监控器对传感器观察数据进行精确算法处理，有效的解决了养殖环境监控的问题。2数据融合控制原理养殖环境系统是一个复杂的大系统。对于不同季节环境变化较大，这就很难有一个统一固定的测量参数来适应控制需求，为此，对于每

3、个季节，需事先测定好标准的适宜生长的养殖环境参数，并存到存储器上，再借助于经典PID控制理论，把每种测量的参数分别调控，和标准进行比较，以确定自整定系数比例，达到最佳监控状态。比例积分微分控制规律(PID)是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。养殖场需要控制的主要气体参数有温湿度、C02和NH3等，控制温湿度和气体浓度的主要设备是加热器和电动机设备，特别适宜用PID控制算法。

4、为了能够准确的测定气体参数值，为PID控制提供精确的控制，在数据采集环节采用数字滤波技术。设al，al，a2,a3,，an是一组采集的气体数据，S表示气体最后结果，采用平均递推算法可得到精确的结果。如果采样周期足够小，则利用改进后的公式近似计算，可以得到足够精确的结果，离散控制过程与连续过程十分接针对不同类传感器的多数据决策问题，在设计中可以根据不同季节的特点，采用不同的优先参数控制顺序，如冬季可以先通风排气再控制温度，而这些控制均可采用上述原理，稳定而不过冲，实现自动调节。3系统硬件结构设计监控

5、场舍环境系统由主控制器、温度传感器、温度传感器、光照传感器、二氧化碳气传感器、氨气传感器、继电器、驱动电路、显示模块构成。系统框图如图2。系统工作原理如下：除光照传感器用数字接口外，其它都用的是模拟接口，通过AD转换输入微控制器，显示部件根据需要可用LED或LCD来显示当前环境参数的测量值。驱动控制器根据控制算法输出控制量信号来驱动继电器和报警器的工作状态。根据环境的控制需要事先把报警和各参数的控制阀值存储在芯片内部，系统提供两套方案来控制，一是上位机经无线zigbee模块通信，另一种是由主控制器

6、自动控制，主控制器可以实时查询各测量值，控制继电器等动作，来达到对环境的实时监控［5］。对微控制器，可采用市场上应用十分广泛的SMT32系列单片机，它的典型特点是，2V-3.6V供电，容忍5V的I/O管脚。4控制软件设计控制器工作设置两种模式，第一是智能控制模式，预先用上位机或自身按键把测量的参数阀值在本在存储起来，掉电不丢失，然后控制器根据测量的实时数据和阀值进行比较，达到或超过阀值进自动启动控制设备来改善环境条件，如通风、加温、开窗等，工作流程图如图3所示。第二是时间模式，这种模式是先把每个控

7、制设备的开启和关闭时间根据环境需要预先设定在控制器存储器内，控制器根据时间来定时开启和关闭控制设备，这种模式特别适合在一段时间环境稳定的情况下使用。5运行结果为了验证整个系统每个参数的测控情况，在一组养猪场的幼猪小舍内，先用滤波算法对采集数据进行递推平均，以温度采集为例，设采集一组数据用al到alO表示，每组对应一个温度值（以15度为例），采集值与结果的其中一组数据如下：16.6、15.7、14.6、15.2、14.8、15.1、13.9、14.9、15.0,采用递推替换，得到结果是15.7,能很

8、好的去除干扰。从结果来看，平均波动范围在1度之内，这就证明测量是很精确的。而用PID控制算法，实现的控制曲线如下图所示，以设定28度为阀值，从曲线图上可以看出，温度实际量值在26到30度之间，即温度控制的波动范围大概在4度左右，对于一个空间较大的养场来说，到达到这们的控制效果已经十分想了，其它参数的测量和控制和温度的方法类似。如4所示。6结论本文以养殖场生活环境为例，建立了通用的测控模型，从控制算法到软硬件设计，提供了完整的设计方案，并以温度应用为例，采用数据递推滤波算法实现数据精