育苗生产线气吸式播种系统智能控制的研究

论文摘要

植树造林,搞好水土保持,防止荒漠化,改善生态环境,增加覆盖国土的绿色是城市与乡村建设的一项重要内容。然而,现阶段我国园林绿化的多项作业仍为手工操作,劳动强度大、效率低、速度慢,无法适应园林绿化事业迅速发展的需要。因此,加速研究园林绿化机械,实现园林绿化作业机械化、自动化、智能化已势在必行。植树造林,育苗是关键。容器育苗是应用很普遍的一种育苗方法。在容器苗播种生产工艺方面,从容器填土、振实、播种至覆土已从手工操作发展为机械化、连续化、光电控制的自动线,我们称之为育苗生产线。本文在综述了国内外育苗生产线的基础上,对育苗生产线中关键环节精密播种系统进行了研究。以气吸式播种装置为对象,研究了气吸式播种装置气动系统的构成、播种滚筒内真空度分析、滚筒吸种时种子的受力分析。探讨了转速、真空度、吸孔孔数及孔径对播种性能的影响。为了提高播种质量,对播种装置中真空度控制是关键,本文设计了一种基于模糊控制算法,引入语音控制技术的苗木播种智能控制系统。首先对模糊控制器进行了设计,并应用MATLAB仿真软件,对该模糊控制系统进行仿真研究。其次,结合我国国情,选择SPCE061A微计算机作为控制器,对该苗木播种智能控制系统的硬件及软件进行了设计。本研究的主要创新如下;1.首次将模糊控制技术引入气吸式播种系统,建立了模糊控制规则,并利用MATLAB模糊工具箱进行动态仿真。结果表明,该方法在参数时变、抗干扰等方面优于常规控制方法。2.在育苗生产线中首次引入了语音控制技术,系统可实现语音控制,同时具有语音播报实时数据的功能。3.研制了基于SPCE061A单片机的智能控制系统,提高了系统的智能化水平。通过对苗木播种系统智能控制的研究,动态仿真,以及对系统的硬件及软件的实验调试,实验结果证明这种设计是可行的。对提高育苗生产线的自动化、智能化水平具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 育苗生产线的发展及其现状
• 1.1.1 育苗生产线在现代农林业生产中的重要性
• 1.1.2 育苗生产线的国外发展状况
• 1.1.3 国内育苗生产线的研究
• 1.1.4 育苗生产线控制电路
• 1.2 智能控制技术简介
• 1.2.1 智能控制的产生及定义
• 1.2.2 典型智能控制技术
• 1.3 研究意义和目的
• 1.4 论文的主要内容
• 2 苗木播种系统模糊控制的研究
• 2.1 苗木播种方法
• 2.2 气吸式播种系统气动系统
• 2.2.1 气吸式滚筒式播种系统结构
• 2.2.2 气动系统的建立
• 2.2.3 播种滚筒内真空度分析
• 2.2.4 影响气吸式播种装置的几个重要参数
• 2.3 播种装置真空度模糊控制系统的设计
• 2.3.1 播种装置真空度自动控制系统的构建
• 2.3.1.1 自动控制系统的构建
• 2.3.1.2 控制系统关键部分建模
• 2.3.2 播种装置真空度模糊控制系统的构建
• 2.3.3 模糊控制器的设计
• 2.3.3.1 模糊控制器结构的选择
• 2.3.3.2 精确量模糊化
• 2.3.3.3 确定控制规则
• 2.3.3.4 模糊推理及模糊量清晰化
• 2.4 播种装置真空度模糊控制系统的仿真研究
• 2.4.1 关于模糊控制与MATLAB
• 2.4.2 不同控制器的仿真比较
• 2.4.2.1 不加调节器真空度自动控制系统
• 2.4.2.2 加PID调节器真空度自动控制系统
• 2.4.2.3 加模糊控制器真空度自动控制系统
• 2.4.2.4 非线性对真空度自动控制系统的影响
• 2.4.3 模糊控制器不同因子的影响
• 1变化情况'>2.4.3.1 量化因子K₁变化情况
• 2变化情况'>2.4.3.2 量化因子K₂变化情况
• 3变化情况'>2.4.3.3 比例因子K₃变化情况
• 2.4.4 干扰信号影响效果
• 2.4.5 仿真结果与分析
• 2.5 本章小结
• 3 苗木播种智能控制系统的语音控制技术
• 3.1 语音技术概述
• 3.1.1 语音识别技术的国内外发展简况
• 3.1.2 语音编码技术的国内外发展简况
• 3.1.3 语音合成技术的国内外发展简况
• 3.1.4 语音信号处理的框架
• 3.1.5 语音信号的特征
• 3.2 语音压缩编码方法
• 3.3 语音合成方法
• 3.4 语音识别方法
• 3.5 凌阳音频简介
• 3.5.1 凌阳音频压缩算法的编码标准
• 3.5.2 压缩分类
• 3.5.3 凌阳常用的音频形式和压缩算法
• 3.5.4 凌阳语音的播放、录制、合成和辨识
• 3.6 本章小结
• 4 苗木播种智能控制系统硬件设计
• 4.1 苗木播种智能控制系统的总体方案
• 4.2 主控单片机的选择
• 4.2.1 单片机性能比较
• 4.2.2 SPCE061A的特性参数
• 4.2.3 SPCE061A的开发方式
• 4.3 苗木播种智能控制系统硬件框图
• 4.4 传感器模拟量采集模块
• 4.4.1 真空度传感器选择及真空度检测
• 4.4.2 苗盘计数传感器及检测电路
• 4.5 键盘显示人机交互模块
• 4.5.1 显示电路
• 4.5.2 键盘硬件电路
• 4.6 语音信号输入输出模块
• 4.6.1 语音信号输入电路
• 4.6.2 语音信号输出电路
• 4.7 串行口通讯模块
• 4.8 执行机构控制模块
• 4.8.1 直流电气比例压力阀控制电路
• 4.8.2 电动机控制电路
• 4.9 故障报警模块
• 4.9.1 缺盘及播种滚筒内真空度异常报警电路
• 4.9.2 电动机停转、慢转报警电路
• 4.10 系统电源模块
• 4.11 本章小结
• 5 苗木播种智能控制系统软件设计
• 5.1 软件总体设计
• 5.1.1 总体程序设计流程
• 5.1.2 程序设计中函数与变量说明
• 5.2 语音信号输入、输出程序模块
• 5.2.1 语音信号输入模块
• 5.2.2 语音信号输出模块
• 5.4 主控程序模块
• 5.4.1 系统机构启动、停止控制
• 5.4.2 数据采集及数据滤波
• 5.4.3 真空度模糊控制
• 5.4.4 串行口通讯
• 5.5 数据显示程序模块
• 5.6 系统硬、软件调试
• 5.7 本章小结
• 6 系统抗干扰设计
• 6.1 软件抗干扰
• 6.1.1 数据滤波技术
• 6.1.2 其他软件抗干扰方法
• 6.1.2.1 指令冗余技术
• 6.1.2.2 软件陷阱技术
• 6.1.2.3 多次采样技术
• 6.2 硬件抗干扰
• 6.2.1 电源滤波抗扰技术
• 6.2.2 低电压复位保护技术
• 6.2.3 硬件看门狗（WatchDog）技术
• 6.2.4 其他硬件抗扰措施
• 6.3 本章小结
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 附录 控制系统硬件原理图
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 在读期间发表的相关论文
• 致谢