基于工控机的温室模糊控制系统

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1、基于工控机的温室模糊控制系统

2、第1...我国正逐步提高农业的自动控制水平，特别是蔬菜的温室种植已经在各地被广泛采用和重视。但现有的温室大多采用人工控制，无法很好的跟随蔬菜的生长过程，实时地进行调节。为了提高我国的温室技术水平，上海和北京等地从荷兰引进了一些现代化的温室设备和控制系统。但这些设备和系统价格昂贵、运行成本高，在国内普及困难。另外，为了农业专家研究农作物的生长和发育过程，也需要一套能够用于研究的自动控制系统。本文将介绍以工控机为核心的温室模糊控制系统。1功能简介温室模糊控制系统具有以下功能：①根据农作物的生长要求，实现对温室空气温

3、度、空气湿度、地表温度、土壤湿度、光照度、土壤营养液浓度和CO2浓度等参数的实时控制；②以数据和图表的形式显示温室内外环境参数，并可查询历史记录；③显示执行机构的开、闭状态；④操作人员可以手动控制执行机构；⑤具有开放式平台，实时查询、修改温室控制参数，以便找出最佳控制策略；2硬件构成系统由传感器及变送器、执行机构、A/D数据采集卡、I/O卡、继电器输出卡和工控机等组成，如图1所示。图1温室控制系统组成框图传感器及变送器包括空气温湿度传感器、地表温度传感浓度传感器和配套变送器。用于将非电量信号转换为电量信号。同时转换为电流环信号，以便远距离传

4、输。执行机构包括风机、气泵、水帘、遮阴帘、电磁阀和侧窗等设备，用于调节温室参数。A/D采集卡采用YLY7202接口板，内含32个通道、12为A/D转换器。将电流环信号转换为电压信号，再转换为数字量。I/O卡采用YLY701接口板，内含32路光隔输入和32路光隔输出。用于驱动执行机构和反馈执行机构的状态。继电器卡采用固态继电器，输入端接I/O卡输出的直流信号，输出端接中间继电器线圈的交流220V信号，通过中间继电器接通接触器，驱动各执行机构。工控机采用研华工控机主机，主要完成对A/D采集卡的控制、根据输入参数确定输出、对I/O卡的控制、监测执

5、行机构的动作状态、实时显示图表等功能。3控制模式温室控制包含温度、湿度、光照度和浓度等多种参数，又有风机、侧窗、气泵、水帘和灯光等多种调节机构。同时，温室各参数又没有准确的传递函数。因此，温室控制是一种多输入、多输出的复杂控制。这里采用经过预处理的模糊控制实现对各种参数的实时调节。下面从三个方面说明预处理过程。(1)季节不同，调节措施不同。在春季和秋季，温度、湿度等参数可以通过侧窗、风机、水帘、遮阴帘进行调节。在冬季，温度、湿度参数可以通过暖气、水帘进行调节，而不能用风机和侧窗。因此，将控制分为冬季和其他季节两种模式。冬季调节措施有：暖气电

6、磁阀、气泵、水泵、水帘和补光灯；其他季节调节措施有：侧窗、风机、遮阴帘、水帘、气泵、水泵和补光灯。(2)不同生长时期，参数要求不同，控制模式不同。以番茄为例，整个生长过程分为：发芽期、幼苗期、开花期和结果期。番茄不同时期的参数要求见表1。因此，将控制再分为四个生长时期和每天的白天、前半夜、后半夜三个时段。在不同时期采用不同的隶属函数和调节措施。(3)不同参数，调节措施之间的关系。在补充CO2和温湿度变化不大时，侧窗、风机等不能打开。在光照不足时，遮阴帘不能拉上。因此，控制模式采用屏蔽方式。在充CO2时，屏蔽侧窗和风机；在光照不足时，屏蔽遮阴

7、帘；在室外温度较高时，屏蔽侧窗。经过以上处理，模糊控制共有冬季发芽期和其他季发芽等16种控制模式，风机屏蔽、侧窗屏蔽和遮阴帘屏蔽等三种屏蔽方式。表1番茄生长过程不同时期参数要求对照表4控制算法温室控制器采用模糊控制，现以其他季发芽期为例介绍控制算法：以温度为例，番茄发芽期适宜温度为25～30℃，最低温度为11℃，最高温度为35℃，温度和温差采用梯形和三角形隶属函数，隶属函数如图2和图3所示。根据隶属函数，温度和温差模糊集分为负、较负、零、较正和正5种。根据专家和试验，得出：如果T为负，且△T为负，则风机关，侧窗关；如果T为正，且△T为正，则

8、风机开，侧窗开；如果T为零，且△T为正，则风机关，侧窗开；……等25条控制规则。实际调节过程中，实时采集温度和温差信号，计算出温度和温差针对不同模糊集的隶属度，再根据25条控制规则，分别求出风机关、风机开、侧窗关、侧窗开的隶属度，取隶属度高者执行。其他参数调节算法为：湿度调节同温度，执行机构加上水帘；光照度调节采取遮阴帘屏蔽措施；如果室外温度或湿度大于室内，则屏蔽侧窗；其他参数调节方式类似。5结论基于模糊控制的温室智能控制系统能够对多个参数分别进行实时控制。经过近一年的试运行，控制精度能够满足农作物生长的要求。同时，良好的人机界面也促进了农

9、业专家对农作物生长过程的研究。