太陽能農(nóng)業(yè)大棚智能控制系統(tǒng)的研究

【摘要】：農(nóng)業(yè)大棚是設施農(nóng)業(yè)的重要組成部分,它利用高新技術為作物生長創(chuàng)造一個適宜的大棚小氣候,以達到提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量的目的,是一種能夠生產(chǎn)反季節(jié)蔬菜的農(nóng)業(yè)設施。農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境控制系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)大棚的核心,目前的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境控制系統(tǒng)普遍存在控制因子單一、功能簡單和智能化程度低等不足。因此,研究和開發(fā)一套多因子綜合控制、功能齊全和能夠遠程監(jiān)控的智能化農(nóng)業(yè)大棚控制系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文設計了一套太陽能農(nóng)業(yè)大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)通過3G/WiFi無線網(wǎng)絡可以實現(xiàn)遠程視頻查看農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境和采集顯示大棚內(nèi)的溫度、濕度和光照,并采用模糊控制算法對這三個環(huán)境因子進行綜合控制,使農(nóng)業(yè)大棚為作物提供一適宜的生長環(huán)境。除了執(zhí)行設備外,數(shù)據(jù)采集和視頻遠程監(jiān)控均采用太陽能供電。本系統(tǒng)采用C/S架構,以ARM為服務端,以PC為遠程監(jiān)控中心,主要包括服務端軟硬件設計和遠程監(jiān)控中心軟件設計兩部分內(nèi)容。在太陽能供電模塊中,本系統(tǒng)采用改進型的擾動觀察法來對太陽能電池板輸出進行最大功率點跟蹤和分階段的充電法對蓄電池進行充電,以提高蓄電池的充電效率。服務端以ARM11為處理器,以linux系統(tǒng)為軟件開發(fā)平臺,設計了TTL/RS485電平轉(zhuǎn)換模塊和編寫了RS485總線多點數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,使底層采集的多組環(huán)境數(shù)據(jù)可以通過RS485總線傳輸?shù)椒斩?；通過USB攝像頭對大棚環(huán)境進行圖像數(shù)據(jù)采集,利用ARM 11自身的硬件編碼能力對視頻數(shù)據(jù)進行H.264編碼,然后采用RTP協(xié)議對數(shù)據(jù)進行分包,最后通過3G/WiFi無線網(wǎng)絡將RTP包傳輸?shù)竭h程監(jiān)控中心。遠程監(jiān)控中心以VS2005為軟件開發(fā)環(huán)境,對接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)進行疏失數(shù)據(jù)剔除和采用模糊算法對環(huán)境因子進行多因子綜合調(diào)節(jié),并將結(jié)果反饋回農(nóng)業(yè)大棚進行控制；對接收到的視頻RTP包重組為NALU包,采用FFmpeg庫進行解碼,最后利用DirectDraw技術顯示在界面上。經(jīng)測試表明,本系統(tǒng)運行正常、穩(wěn)定性較好。該系統(tǒng)對同一環(huán)境因子進行多點數(shù)據(jù)采集,提高了數(shù)據(jù)來源的準確性。由于對數(shù)據(jù)進行疏失數(shù)據(jù)剔除和采用模糊控制算法進行控制,能取得較好的控制效果。通過遠程視頻查看農(nóng)業(yè)大棚的環(huán)境,可以使用戶足不出戶即可對大棚環(huán)境了如指掌。因此,本系統(tǒng)對我國農(nóng)業(yè)大棚的智能控制的發(fā)展提供了一定的參考價值。 【關鍵詞】：農(nóng)業(yè)大棚 遠程監(jiān)控 模糊控制 太陽能 ARM11
【學位授予單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：S625.3;TP273
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-12
• 1.1 研究背景和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展概況9-11
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排11-12
• 第二章 系統(tǒng)總體設計及相關技術簡介12-21
• 2.1 系統(tǒng)整體架構12-13
• 2.2 總體功能設計13-14
• 2.3 相關技術簡介14-20
• 2.3.1 RS485總線通信技術14-15
• 2.3.2 視頻監(jiān)控和編碼技術15-16
• 2.3.3 控制算法的選擇16-18
• 2.3.4 太陽能最大功率點跟蹤技術18-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第三章 模糊控制算法設計21-31
• 3.1 模糊控制算法原理簡介21-22
• 3.2 疏失數(shù)據(jù)剔除22
• 3.3 大棚內(nèi)環(huán)境因子研究22-24
• 3.4 多輸入多輸出模糊控制器的設計24-30
• 3.5 本章小結(jié)30-31
• 第四章 系統(tǒng)硬件設計31-41
• 4.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構31-32
• 4.2 服務端硬件開發(fā)平臺簡介32-34
• 4.2.1 ARM簡介32
• 4.2.2 開發(fā)板簡介32-34
• 4.2.3 3G模塊介紹34
• 4.3 太陽能供電模塊設計34-37
• 4.3.1 太陽能充電電路設計35-36
• 4.3.2 穩(wěn)壓電路設計36-37
• 4.4 TTL/RS485接口電平轉(zhuǎn)換模塊設計37-38
• 4.5 環(huán)境數(shù)據(jù)采集節(jié)點模塊設計38-39
• 4.5.1 傳感器選擇38
• 4.5.2 環(huán)境數(shù)據(jù)采集節(jié)點電路設計38-39
• 4.6 設備控制模塊電路設計39-40
• 4.7 本章小結(jié)40-41
• 第五章 系統(tǒng)軟件設計41-65
• 5.1 服務端軟件設計41-56
• 5.1.1 服務端軟件平臺41-43
• 5.1.2 太陽能充電控制軟件設計43-45
• 5.1.3 RS485多點數(shù)據(jù)傳輸軟件設計45-48
• 5.1.4 視頻數(shù)據(jù)采集和處理軟件設計48-56
• 5.2 遠程監(jiān)控中心軟件設計56-64
• 5.2.1 遠程監(jiān)控中心軟件開發(fā)環(huán)境56
• 5.2.2 視頻顯示軟件設計56-59
• 5.2.3 模糊控制軟件設計59-61
• 5.2.4 監(jiān)控中心界面設計61-64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 第六章 系統(tǒng)測試65-70
• 6.1 農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境控制系統(tǒng)整體測試65-66
• 6.2 遠程視頻監(jiān)控測試66-67
• 6.3 環(huán)境數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定性測試67
• 6.4 疏失數(shù)據(jù)剔除方法測試67-68
• 6.5 太陽能充電測試68-69
• 6.6 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻72-76
• 附錄76-78
• 致謝78-79
• 個人簡歷、在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文79

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