基于CAN总线的温室控制系统研究

论文摘要

温室是设施农业的重要组成部分,国内外温室种植业的实践经验表明,提高温室的自动控制和管理水平可充分发挥温室农业的高效性。本文总结了温室系统的特点(非线性、大滞后、强耦合),并结合模糊控制的知识,把模糊控制技术、计算机技术、信息网络技术、应用于温室控制系统的设计与研究,并将CAN总线技术引人温室环境监控领域,设计开发了基于CAN总线技术的智能温室环境监控系统。论文在分析温室各个环境影响因子的基础上,提出了智能化温室环境控制系统的总体方案。采用模块化思想,设计了模拟信号采集、数字信号采集以及开关信号控制三类CAN总线智能节点,并采用单总线技术进行现场层数据传输。介绍了温室现场监控系统的硬件电路,完成了温室系统硬件平台的搭建。系统采用CAN总线作为通讯方式,并在帧结构的基础上采用CAN2.OA技术规范,设计了系统通讯协议。分析CAN模块初始化、CAN报文接收以及发送过程,对通讯模块的软件进行了设计。工控机主动地向智能节点发送数据请求以及控制命令,并对传感器采集的数据进行存储、处理,设计了温室环境监控系统软件,实现对温室环境的控制。根据温室环境的特点,采用模糊控制方法作为系统的控制策略。通过对输入输出量以及控制规则的分析,设计了温室内温湿度环境监控系统的模糊控制器。并将该模糊控制方法运用于试验基地,对PID控制和模糊控制进行了比较,实验证明模糊控制方法超调量小,调整时间短,控制效果优于PID控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究意义及背景
• 1.3 温室环境控制技术国内外现状和发展趋势
• 1.3.1 国外温室环境控制技术发展现状
• 1.3.2 国内温室环境控制技术发展现状
• 1.3.3 温室环境控制技术发展趋势
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 现场总线技术及应用
• 2.1 引言
• 2.2 现场总线控制系统的特点
• 2.3 应用于温室控制的现场总线选择
• 2.4 CAN 总线介绍[50]
• 2.4.1 CAN 总线的通信模型
• 2.4.2 CAN 总线的特性
• 2.5 本章小结
• 第三章 温室控制现场监控系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 温室环境监控系统总体规划
• 3.3 温室现场监控系统硬件设计
• 3.3.1 单总线技术研究
• 3.3.2 模拟信号采集模块
• 3.3.3 数字信号采集模块
• 3.3.4 开关信号输出模块
• 3.3.5 CAN 总线通信模块
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于CAN 总线的温室环境监控系统软件设计
• 4.1 CAN2.0 规范
• 4.1.1 CAN 的分层结构
• 4.1.2 报文传送、帧类型和帧格式
• 4.1.3 系统协议设计
• 4.2 CAN 总线通讯模块程序设计
• 4.2.1 通讯模块初始化
• 4.2.2 CAN 报文接收
• 4.2.3 CAN 报文发送
• 4.3 系统程序设计
• 4.3.1 温室智能节点设计
• 4.3.2 控制系统的软件设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 模糊控制算法在智能温室控制系统中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 模糊控制
• 5.2.1 模糊控制原理
• 5.2.2 模糊控制器的基本结构与组成
• 5.3 温室内环境因子对作物生长的影响
• 5.3.1 温度对作物生长的影响
• 5.3.2 湿度对作物生长的影响
• 5.3.3 温湿度特性及控制方法分析
• 5.4 温室模糊控制算法的实现
• 5.4.1 输入输出变量的确定
• 5.4.2 模糊状态隶属度函数的确定
• 5.4.3 输出量的反模糊化
• 5.5 模糊控制的PLC 程序实现
• 5.6 模糊控制的实现及结果分析
• 5.7 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录