太阳能农业大棚智能控制系统的研究

【摘要】：农业大棚是设施农业的重要组成部分,它利用高新技术为作物生长创造一个适宜的大棚小气候,以达到提高作物的产量和质量的目的,是一种能够生产反季节蔬菜的农业设施。农业大棚环境控制系统是农业大棚的核心,目前的农业大棚环境控制系统普遍存在控制因子单一、功能简单和智能化程度低等不足。因此,研究和开发一套多因子综合控制、功能齐全和能够远程监控的智能化农业大棚控制系统具有非常重要的现实意义。本文设计了一套太阳能农业大棚远程监控系统,该系统通过3G/WiFi无线网络可以实现远程视频查看农业大棚环境和采集显示大棚内的温度、湿度和光照,并采用模糊控制算法对这三个环境因子进行综合控制,使农业大棚为作物提供一适宜的生长环境。除了执行设备外,数据采集和视频远程监控均采用太阳能供电。本系统采用C/S架构,以ARM为服务端,以PC为远程监控中心,主要包括服务端软硬件设计和远程监控中心软件设计两部分内容。在太阳能供电模块中,本系统采用改进型的扰动观察法来对太阳能电池板输出进行最大功率点跟踪和分阶段的充电法对蓄电池进行充电,以提高蓄电池的充电效率。服务端以ARM11为处理器,以linux系统为软件开发平台,设计了TTL/RS485电平转换模块和编写了RS485总线多点数据传输协议,使底层采集的多组环境数据可以通过RS485总线传输到服务端；通过USB摄像头对大棚环境进行图像数据采集,利用ARM 11自身的硬件编码能力对视频数据进行H.264编码,然后采用RTP协议对数据进行分包,最后通过3G/WiFi无线网络将RTP包传输到远程监控中心。远程监控中心以VS2005为软件开发环境,对接收到的环境数据进行疏失数据剔除和采用模糊算法对环境因子进行多因子综合调节,并将结果反馈回农业大棚进行控制；对接收到的视频RTP包重组为NALU包,采用FFmpeg库进行解码,最后利用DirectDraw技术显示在界面上。经测试表明,本系统运行正常、稳定性较好。该系统对同一环境因子进行多点数据采集,提高了数据来源的准确性。由于对数据进行疏失数据剔除和采用模糊控制算法进行控制,能取得较好的控制效果。通过远程视频查看农业大棚的环境,可以使用户足不出户即可对大棚环境了如指掌。因此,本系统对我国农业大棚的智能控制的发展提供了一定的参考价值。 【关键词】：农业大棚 远程监控 模糊控制 太阳能 ARM11
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S625.3;TP273
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-12
• 1.1 研究背景和意义8-9
• 1.2 国内外发展概况9-11
• 1.3 论文的主要研究内容及章节安排11-12
• 第二章 系统总体设计及相关技术简介12-21
• 2.1 系统整体架构12-13
• 2.2 总体功能设计13-14
• 2.3 相关技术简介14-20
• 2.3.1 RS485总线通信技术14-15
• 2.3.2 视频监控和编码技术15-16
• 2.3.3 控制算法的选择16-18
• 2.3.4 太阳能最大功率点跟踪技术18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 模糊控制算法设计21-31
• 3.1 模糊控制算法原理简介21-22
• 3.2 疏失数据剔除22
• 3.3 大棚内环境因子研究22-24
• 3.4 多输入多输出模糊控制器的设计24-30
• 3.5 本章小结30-31
• 第四章 系统硬件设计31-41
• 4.1 系统硬件结构31-32
• 4.2 服务端硬件开发平台简介32-34
• 4.2.1 ARM简介32
• 4.2.2 开发板简介32-34
• 4.2.3 3G模块介绍34
• 4.3 太阳能供电模块设计34-37
• 4.3.1 太阳能充电电路设计35-36
• 4.3.2 稳压电路设计36-37
• 4.4 TTL/RS485接口电平转换模块设计37-38
• 4.5 环境数据采集节点模块设计38-39
• 4.5.1 传感器选择38
• 4.5.2 环境数据采集节点电路设计38-39
• 4.6 设备控制模块电路设计39-40
• 4.7 本章小结40-41
• 第五章 系统软件设计41-65
• 5.1 服务端软件设计41-56
• 5.1.1 服务端软件平台41-43
• 5.1.2 太阳能充电控制软件设计43-45
• 5.1.3 RS485多点数据传输软件设计45-48
• 5.1.4 视频数据采集和处理软件设计48-56
• 5.2 远程监控中心软件设计56-64
• 5.2.1 远程监控中心软件开发环境56
• 5.2.2 视频显示软件设计56-59
• 5.2.3 模糊控制软件设计59-61
• 5.2.4 监控中心界面设计61-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第六章 系统测试65-70
• 6.1 农业大棚环境控制系统整体测试65-66
• 6.2 远程视频监控测试66-67
• 6.3 环境数据采集稳定性测试67
• 6.4 疏失数据剔除方法测试67-68
• 6.5 太阳能充电测试68-69
• 6.6 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-76
• 附录76-78
• 致谢78-79
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文79

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