可控微环境气雾立体栽培监控系统设计与实现

作     者：申再贺 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马春燕;杨宇

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 090101[农学-作物栽培学与耕作学] 09[农学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0838[工学-公安技术] 0901[农学-作物学] 

主      题：气雾立体栽培 栽培塔 模糊PID LabVIEW 

摘      要：针对目前南、北极地科考以及雪域边防哨所等特殊环境和特殊需求下的新鲜蔬菜供应困难问题,对新型气雾立体栽培模式进行研究,并结合现代自动控制技术,研发可控微环境气雾立体栽培监控系统,探索新型智能化栽培模式。系统能够实现环境参数的自动采集和执行设备的智能控制,并实现气雾立体栽培的智能化和科学化管理,使作物的生长摆脱恶劣环境的束缚。本文在总结国内外气雾立体栽培研究现状的基础上,对新型气雾立体栽培装置进行优化设计,确保雾培装置的实用性和合理性。利用ANSYS软件进行压电耦合仿真分析,通过模态分析得到压电陶瓷振子的多阶振动模式,并结合谐响应分析获得压电陶瓷圆片径向振动的谐振频率,通过理论分析和实验测试,选取雾化效果最优的超声波雾化片,为超声雾化技术提供理论基础。分析气雾立体栽培智能监控系统的控制需求,确定监控系统的总体设计方案和框架结构,以STC15F2K60S2单片机为控制核心,并以PC作为上位机集中监控平台,实现参数的合理监测和控制。根据具体需求对监控系统的硬件和软件进行设计,包括主控单元、数据采集单元和执行设备单元等,实现系统的数据采集、数据处理和设备控制等功能。利用LabVIEW软件设计上位机监控界面,实现了包括用户登录、参数监测、参数设置、执行设备控制和历史数据查询等功能。采用了一种温湿度分段控制方法,在与目标设定值差距较大时,使用模糊控制实现快速解耦控制,使系统得到快速调节,当温度和湿度参数达到精确控制域,利用模糊PID控制策略,实现温度与湿度更为精确的控制。在实验室搭建微型实验平台,对本文设计的可控微环境气雾立体栽培监控系统进行了调试和实验,通过六个月五个栽培周期的实验观察,系统结构合理,光照强度、二氧化碳浓度、根域内、外温湿度以及营养液PH等参数采集准确,且能够实现根域外温度和湿度的稳定控制,下位机与上位机通讯正常且数据传输可靠,监控平台功能完善。通过芽苗菜的水培和雾培对比实验,验证了气雾立体栽培的可行性和优越性。