育苗营养液pH值控制系统研究

论文摘要

漂浮育苗技术是一种规模化、工厂化的新型育苗方法,已被广泛应用于烤烟、蔬菜、花卉、苗木等作物的育苗中。在育苗过程中,营养液pH值在一个最优的范围内,有利于根系的发育和多数矿质营养元素的吸收。因此,营养液pH值控制的好坏,直接影响到育苗的品质。目前,我国育苗过程中营养液pH值的校正多采用人工方式,效率低且没有保障,而且不能做到实时校准。因此,本文研制的育苗营养液pH值控制系统,对于节约能源、提高育苗的管理水平及育苗的品质及产量等方面都将起到积极的推动作用。本文在用先进控制算法解决生产实际问题上做了有益的尝试。根据农村现有育苗产业的实际情况,设计了一种简单有效地中和装置,来保证中和反应的快速性及均匀性。在阅读、分析和研究国内外关于pH值建模及控制方法的基础上,针对被控对象纯滞后、非线性且参数时变的特点,提出了新型pH值控制方法——Fuzzy-Smith预估控制,充分结合了Fuzzy控制不需被控对象精确数学模型及Smith预估控制可以很好的对纯滞后系统进行补偿的优点。仿真结果表明,Fuzzy-Smith预估控制稳定性及动态性能良好,可以满足育苗营养液pH值控制系统的工艺要求。在分析营养液pH值控制系统要求的基础上,开发了以LPC2132微处理器为核心的pH值控制器,实现了对现场pH值的数据采集、传输、显示及在线较准。同时,可以根据育苗作物的不同,设定不同的参数值。系统上位机可以对现场数据进行实时显示监控,并对历史数据进行存储回调。试验结果表明,该控制系统结构设计合理、成本低、实用性强,可以很好的满足营养液pH值自动化控制的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 课题的选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 pH值控制系统的发展趋势
• 第2章 引言
• 2.1 课题研究的目的
• 2.2 本论文的主要研究内容
• 第3章 育苗营养液pH值控制系统总体方案设计
• 3.1 育苗营养液pH值控制系统结构
• 3.2 育苗营养液pH值控制系统工艺流程
• 3.3 育苗营养液pH值过程建模
• 3.4 本章小结
• 第4章 育苗营养液pH值控制系统算法研究
• 4.1 育苗营养液pH值控制算法研究
• 4.1.1 Smith预估控制
• 4.1.2 参数自整定模糊PID控制
• 4.1.3 Fuzzy-Smith预估控制
• 4.2 控制算法仿真
• 4.3 传感器数据融合算法
• 4.3.1 单个传感器数据融合算法
• 4.3.2 多个传感器数据融合算法
• 4.4 液体流量的计算
• 4.5 本章小结
• 第5章 育苗营养液pH值控制系统的硬件实现
• 5.1 系统控制单元设计
• 5.1.1 主控芯片的选择
• 5.1.2 控制器基本电路
• 5.2 温度检测电路设计
• 5.3 pH检测电路设计
• 5.3.1 pH探头检测原理
• 5.3.2 pH探头检测信号的处理
• 5.4 超声回波液位计电路设计
• 5.4.1 超声波发射电路
• 5.4.2 超声波接收电路
• 5.5 液晶显示电路设计
• 5.6 电磁阀驱动电路设计
• 5.7 本章小结
• 第6章 育苗营养液pH值控制系统的软件实现
• 6.1 控制系统软件设计总体架构
• 6.2 系统程序设计
• 6.2.1 主程序设计
• 6.2.2 温度检测模块程序设计
• 6.2.3 流量计算模块程序设计
• 6.2.4 pH值检测模块程序设计
• 6.2.5 Fuzzy-Smith决策模块程序设计
• 6.2.6 液晶显示模块程序设计
• 6.2.7 上位机模块程序设计
• 6.3 本章小结
• 第7章 系统试验研究
• 7.1 pH探头标定测试
• 7.2 Fuzzy-Smith控制效果测试
• 第8章 全文总结与展望
• 8.1 本文取得的成果
• 8.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文及参加课题一览表