草莓日光温室模糊控制模型与水肥一体化管控技术研究

作     者：卢月 

作者单位：青岛理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李长河

授予年度：2023年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：草莓 温室 模糊控制 水肥一体化 智能调控 

摘      要：草莓是一种具有营养价值、医疗价值及生态价值的作物。随着智慧农业的快速发展,不受季节限制的温室生产已逐渐代替传统露天种植。环境和水肥因素是制约温室种植的关键难题,智能控制技术和水肥一体化技术是调节温室环境因素,解决耗能大、环境污染严重问题的有效方案。但仍然存在管控方法精度差、农艺装备柔性化不足技术难题。基于此,开展了草莓日光温室环境模糊控制系统和水肥一体化的关键技术研究。研究了太阳辐射预测相关变量,建立了太阳辐射预测模型;分析了日光温室能量传递规律,建立了环境预测模型;研究了作物环境和水肥需求规律,构建了模糊控制系统;研究了肥料溶解规律和水肥一体化系统,设计了肥料研磨和水肥混合装备;研究了智慧农业控制规律,开发了远程监控平台。具体研究内容如下:(1)对传统农业技术存在的问题和技术瓶颈做了剖析,分析了太阳辐射预测模型技术、温室控制技术和水肥一体化技术的相关研究学术进展,确定了研究内容和技术路线。(2)建立了基于太阳辐射的日光温室环境预测模型。分析了太阳辐射相关指标,建立了数据样本;研究了最佳相关变量输入组合,建立了遗传算法优化的BP神经网络太阳辐射模型,对不同地区的太阳辐射进行预测,验证了模型的准确性;分析了日光温室的太阳辐射吸收、对流换热、热量传导和潜热传热规律,建立了日光温室环境预测模型。(3)建立了日光温室CFD数值模型,分析了其温度场和湿度场,设计了日光温室环境控制系统,搭建了温湿度控制实验平台。研究了日光温室的构建材料和系统对环境的影响,确定了环境控制设备;建立了CFD数值模型,分析了温室的温度场和湿度场,优化了传感器的采集位置;基于PID模糊控制理论,结合作物不同生长阶段温湿度需求,设计了日光温室环境调节系统;开发了一套以51单片机为核心的环境控制模拟装置,并设计了PID控制和PID模糊控制系统,设置了温湿度阈值,实现了环境中温度和湿度的实时监测以及设定值控制;实验结果表明,PID模糊控制系统的超调量小、耗时少,稳定性较好,优于单一PID控制。(4)设计了水肥一体化精准供给设备,研究了其关键技术与控制系统。分析了作物不同生长阶段的水肥规律,研究了变螺距规律、固体肥料溶解规律和水肥混合溶解速度规律,设计了精准配料装置、肥料研磨装置和水肥混合装置;结合草莓适合的水肥溶液,开发了PID模糊控制系统,对EC值和PH值进行控制分析和干扰测定。(5)设计了日光温室草莓控制决策和远程监控平台。分析了温室控制规律,设计了日光温室草莓控制决策。基于Spring Boot后端、Vue和Lay UI前端以及构建信息数据库,设计了日光温室草莓培育的信息管理远程监控平台,实现了实时远程监控并作出决策。