溫室環(huán)境自動調控系統(tǒng)設計.pdf

河南農業(yè)科學 Journal of Henan Agricultural Sciences ISSN 1004 3268 CN 41 1092 S 河南農業(yè)科學 網絡首發(fā)論文 題目 溫室環(huán)境自動調控系統(tǒng)設計 作者 單慧勇 張程皓 李晨陽 趙輝 衛(wèi)勇 郭旭存 網絡首發(fā)日期 2021 08 24 引用格式 單慧勇 張程皓 李晨陽 趙輝 衛(wèi)勇 郭旭存 溫室環(huán)境自動調控系統(tǒng)設 計 河南農業(yè)科學 網絡首發(fā) 在編輯部工作流程中 稿件從錄用到出版要經歷錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿等階 段 錄用定稿指內容已經確定 且通過同行評議 主編終審同意刊用的稿件 排版定稿指錄用定稿按照期 刊特定版式 包括網絡呈現版式 排版后的稿件 可暫不確定出版年 卷 期和頁碼 整期匯編定稿指出 版年 卷 期 頁碼均已確定的印刷或數字出版的整期匯編稿件 錄用定稿網絡首發(fā)稿件內容必須符合 出 版管理條例 和 期刊出版管理規(guī)定 的有關規(guī)定 學術研究成果具有創(chuàng)新性 科學性和先進性 符合編 輯部對刊文的錄用要求 不存在學術不端行為及其他侵權行為 稿件內容應基本符合國家有關書刊編輯 出版的技術標準 正確使用和統(tǒng)一規(guī)范語言文字 符號 數字 外文字母 法定計量單位及地圖標注等 為確保錄用定稿網絡首發(fā)的嚴肅性 錄用定稿一經發(fā)布 不得修改論文題目 作者 機構名稱和學術內容 只可基于編輯規(guī)范進行少量文字的修改 出版確認 紙質期刊編輯部通過與 中國學術期刊 光盤版 電子雜志社有限公司簽約 在 中國 學術期刊 網絡版 出版?zhèn)鞑テ脚_上創(chuàng)辦與紙質期刊內容一致的網絡版 以單篇或整期出版形式 在印刷 出版之前刊發(fā)論文的錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿 因為 中國學術期刊 網絡版 是國家新聞出 版廣電總局批準的網絡連續(xù)型出版物 ISSN 2096 4188 CN 11 6037 Z 所以簽約期刊的網絡版上網絡首 發(fā)論文視為正式出版 溫室環(huán)境自動調控系統(tǒng)設計 單慧勇 張程皓 李晨陽 趙 輝 衛(wèi) 勇 郭旭存 天津農學院 工程技術學院 天津 300384 摘要 為實現溫室環(huán)境參數自適應調節(jié) 基于溫室內光強和二氧化碳尋優(yōu)模型 設計了溫 室環(huán)境自動調控系統(tǒng) 采用 PLC 實時采集溫室中溫度 光強及 CO2 等參數 通過 OPC 通 訊協議實現遠程通訊 結合實時讀取的數據 依據尋優(yōu)模型 分析預測不同溫度環(huán)境中作 物生長的最佳 CO2 濃度和光照強度 控制氣肥發(fā)生器及補光燈工作 同時為方便操作者監(jiān) 控溫室實時環(huán)境變化及調控效果 設計了基于 MATLAB 的人機交互 GUI 界面 初步測試 結果表明 該控制系統(tǒng)可完成作物生長自適應補光補氣 調控時間段內的光合速率增量為 1 176 918 mol m2 s 數據傳輸穩(wěn)定 實時反饋效果好 控制系統(tǒng)可自動調控溫室環(huán)境 有利于設施溫室智能化發(fā)展進程 關鍵詞 溫室 環(huán)境調控 遠程通訊 MATLAB GUI 中圖分類號 S24 文獻標識碼 A Design of Automatic Control System for Greenhouse Environment SHAN Huiyong ZHANG Chenghao LI Chenyang ZHAO Hui WEI Yong GUO Xucun College of Engineering and Technology Tianjin Agricultural University Tianjin 300384 China Abstract In order to realize the adaptive adjustment of greenhouse environmental parameters based on the greenhouse light intensity and carbon dioxide optimization model an automatic control system for greenhouse environment was designed Real time acquisition of temperature light intensity CO2 and other parameters in greenhouse was done by PLC remote communication was realized through OPC communication protocol combined with data read in real time according to the optimization model the optimal CO2 concentration and light intensity of crop growth in different temperature environment were analyzed and predicted gas fertilizer generator and fill light lampwere controlled At the same time for the convenience of operators monitoring greenhouse real time environmental change and control effect a human computer 基金項目 天津市企業(yè)優(yōu)秀科技特派員項目 19JCTPJC56700 天津市濱海新區(qū)社會發(fā)展領域科技項目 BHXQKJXM SF 2018 27 天津市科技重大專項與工程計劃項目 19YFZCSN00360 天津市農業(yè)科技成果轉化與推 廣項目 201703080 作者簡介 單慧勇 1977 男 山西臨汾人 副教授 碩士 主要從事農業(yè)自動化系統(tǒng)研究 E mail tjshyyr 網絡首發(fā)時間 2021 08 24 16 53 42 網絡首發(fā)地址 interaction GUI interface based on MATLAB was designed The preliminary test results showed that the control system could be used for crop growth adaptive light and air replenishment The increment of photosynthetic rate during the regulation period was 1 176 918 mol m2 s Data transmission was steady and real time feedback was good The control system can automatically regulate the greenhouse environment beneficial to the intelligent development of facility greenhouse Key words Greenhouse Environmental regulation Telecommunication MATLAB GUI 根據光合作用的反應機 制 對 設施農作物生長影響較大的環(huán)境因素主要有光照 CO2 濃度及溫濕度等 由于溫室環(huán)境為密閉環(huán)境 內部環(huán)境參數調控多通過人工調控 工作效 率低 針對以上問題 孫小平 1 對溫室中的供暖設備 風機 LED 燈與其相對應的調控參 數如溫度 光強等參數之間的關系進行研究 尋找其相關函數關系 實現溫室環(huán)境自動調 控 張漫等 2 設計了作物光合速率預測模型 通過實時檢測光照 溫度及 CO2 濃度 將其 輸入預測模型中 獲取相應的 CO2 濃度最佳目標值 從而實現溫室 CO2 自動調控 李雅 善等 3 擬合設計出了多元非線性光合速率預測模型 可進行光 飽和點尋優(yōu) 確定了溫室作 物在不同光強條件下的環(huán)境參數最佳目標值 實現了溫室光強自動調控 以上研究多針對 溫室環(huán)境中單一環(huán)境變量進行調控 難以實現溫室環(huán)境參數自適應調控 為有效提高溫室 環(huán)境自動化程度 促進溫室作物生長 本 研究設計溫室自動 調控系統(tǒng) 結合溫室環(huán)境監(jiān)測 作物光合速率預測模型和多目標協同控制尋優(yōu)方法設計基于 MATLAB 的溫室環(huán)境自動調 控系統(tǒng) 以溫室黃瓜為研究對象 對其光合速率進行預測并對環(huán)境調控效果進行驗證 為 方便操作者實時監(jiān)控溫室環(huán)境參數的變化 設計基于 MATLAB 環(huán)境的人機交互 GUI 界面 為溫室環(huán)境 智能 調控 的研究 提供借鑒 1 材料和方法 調控系統(tǒng)的設計首先需搭建 溫室環(huán)境參數尋優(yōu)模型 模型的建立 主要包括三部分 首 先建立光合速率預測模型 然后在光合速率預測模型的基礎上 構建有限二氧化碳資源下 溫室二氧化碳優(yōu)化調控模型數據庫 繼而提出了以光照增長相對價值為評價指標的經濟性 相對最優(yōu)的補光策略 最終實現有限二氧化碳資源下的溫室光氣耦合優(yōu)化調控 采用 LS SVM 算法構建光合速率預測模型 4 尋求溫度 x1 光強 x2 及 CO2 濃度 x2 和輸出光合速率 y 之間的關系 y f x1 x2 x3 首先 使用 MATLAB 中的 mapminmax 函數 對溫度 光強及 CO2 濃度進行歸一化處理 其 模擬歸一化區(qū)間為 0 2 0 9 5 選取徑 向基函數作為核函數進行建模 gam 是控制錯分樣本懲罰程度的可調參數 sig2 是徑向基 核函數的參數 通過網格搜索獲取最優(yōu)的建模參數 gam 和 sig2 6 最終確定的 gam 263 549 sig2 0 204 042 5 模型各參數確定后調用 LS SVM 工具箱的 trainlssvm 函數進行光合速率 預測模型的構建 基于 上 述光合速率預測模型 擬 在 1 d 內 的 有限資源下對溫室 CO2 濃度進行優(yōu)化 調控 即 給定可用補氣總量 尋找當天溫室 中 最 優(yōu) 的補氣時間 及 對應的 單位時間 補氣量 將 補氣 后 的 光合速率增量 作為 評價指標 建立 CO2 優(yōu)化調控模型數據庫 在獲取補氣時間段與 補 氣量 后 將 依據光照增長相對價值曲線曲率最大值 對補光量 進行尋優(yōu) 結合上述調控模型 擬 設計溫室環(huán)境自動調控系統(tǒng) 通過 PLC 實時采集溫室中溫度 光強及 CO2 濃度等參數 通過 OPC 通訊協議實現遠程通訊 在 MATLAB 中搭建調控系統(tǒng) 依據調控模型 分析預測出作物生長的最佳補氣時間及補氣總量 控制氣肥發(fā)生器及補光 燈工作 結合實時讀取的數據 進行 追蹤控制 2 控制系統(tǒng)設計 2 1 系統(tǒng)功能分析及整體框架設計 溫室環(huán)境自動調控系統(tǒng)的功能主要包括實時環(huán)境數據的檢測 數據分析目標值尋優(yōu)以 及自動輸出調控環(huán)境參數 通過檢測溫室中的實時環(huán)境數據 獲取對植物生長速率影響較 大的各種參數 如溫度 光強和 CO2 等 可實時監(jiān)測植物生長狀態(tài) 根據實時環(huán)境參數 系統(tǒng)可調用上述模型 對環(huán)境參數進行尋優(yōu) 獲得植物生長最佳調控目標值 結合模型尋 優(yōu)目標值和實時反饋的溫室環(huán)境數據 控制補光燈組及氣肥發(fā)生器等 設備進行 環(huán)境參數 的 調節(jié) 實現溫室環(huán)境自動調控 為實現以上功能 設計了溫室環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng) 調控 目標 值尋優(yōu)子系統(tǒng)和輸出控制子系統(tǒng)三部分 如圖 1 所示為溫室環(huán)境調控系統(tǒng)整體控制框圖 溫室環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)包括 CO2 傳感 器 溫度傳感器 以及 光照 強度檢測 傳感器 檢測溫室 中 實時環(huán)境 參數 實現溫室環(huán)境數據 實時檢測功能 并 將其輸入 調控目標值尋優(yōu)子系統(tǒng)中 調用相應 的 模型 尋找光強與 CO2 協同調控目標值尋優(yōu) 輸出控制子系統(tǒng)根據控制系統(tǒng) 計算出的環(huán)境參數目標值 結合實時 環(huán)境參數 控制溫室中補光燈組及 氣肥發(fā)生器改變光強與 CO2 值 從而達到目標值要求 完成反饋控制 圖 2 為溫室環(huán)境檢測 子系統(tǒng)控制 框圖 由 CO2 檢測 傳感器 溫度 檢測 傳感器 光照 強 度 檢測 傳感器和 PLC 控制器 組成 由于溫室 生產環(huán)境 較為惡劣 作物生長環(huán)境存在著高 溫高濕的情況 對監(jiān)控與控制系統(tǒng)具有較高的可靠性要求 7 因此 采用 PLC 作為控制器 溫室中各傳感器 檢測 記錄 溫 度 CO2 濃度和 光照強度 等 為 調控目標值尋優(yōu)子系統(tǒng) 提供數 據 實現了溫室實時環(huán)境數據檢測功能 環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng) E n v i r o n m e n t m o n i to r i n g s u b s y s te m CO 2 傳感器 C a r b o n D i o x i d e se n so r 光照傳感器 L i g h t s e n s o r 溫度傳感器 T e m p e r a t u r e se n so r 分析數據 調用模型 A n a l y si s d a t a C a l l m o d e l 調控目標值尋優(yōu) T a r g e t v a l u e o p t i m i z a t i o n 數據上傳 記錄保存 D a t a u p l o a d r e c o r d k e e p i n g 環(huán)境動態(tài)差值計算 C a l c u l a t i o n o f e n v i r o n m e n t a l d y n a m i c d i f f e r e n c e 補光燈 F i l l i n l i g h t 氣肥發(fā)生器 C a r b o n d i o x i d e g e n e r a t o r 數據分析決策子系統(tǒng) D a ta a n a l y s i s a n d d e c i s i o n s u b s y s te m P LC 溫度傳感器 T e m p e r at u r e s e n s or 二氧化碳傳感器 C arb on d i ox i d e s e n s or 電能監(jiān)測 E l e c t r i c e n e r gy m on i t or i n g 流量計 F l ow m e t e r 光照傳感器 L i gh t s e n s or 光線電臺 R ay rad i o 圖 1 溫室環(huán)境調控系統(tǒng)整體結構圖 圖 2 溫室環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)結構框圖 Fig 1 Overall structure of Fig 2 Structural block diagram of greenhouse environmental control system greenhouse environmental monitoring subsystem 圖 3 為 調控目標值尋優(yōu)子系統(tǒng)控制流程圖 環(huán)境監(jiān)測傳感器將實時采集到的信息發(fā)送 到至 控制器 PLC PLC 通過 OPC 通訊 與 計算機 建立 遠程通訊 將環(huán)境參數 實時 上傳至 計算機中 計算機分析判斷環(huán)境溫度所屬區(qū)間 繼而通過模型調用該溫度下子模型 通過 模型 分析 預測 出 的光照強度與 CO2 濃度調控目標值 實現了數據分析目標值尋優(yōu)功能 計 算調控目標值與實時環(huán)境值的差值 將調控目標值發(fā)送至相應的控制設備 圖 4 為 輸出控制子系統(tǒng)工作流程圖 本研究 選擇在 MATLAB 環(huán)境下設計 輸出控制子 系統(tǒng) 8 自動 模式下 傳感器 將檢測到 的 溫度 光照 及 CO2 濃度 數據 傳輸 至計算機 計算 機根據模型計算出協同決策 的光強及 CO2 濃度 目標值 計算機 通過 OPC 通訊與現場控制 器 PLC 建立通訊 寫入 光強及 CO2 濃度 目標值 PLC 輸出 控制 補光燈 9 及氣 肥 發(fā)生器 使 得 光照與 CO2 濃度 達到目標值 10 實現了自動輸出調控環(huán)境參數功能 在 手動模式 下 操作 者可 根據 傳感器上傳的溫室環(huán)境數據 手動 控制補光燈及 CO2 發(fā)生器調控 溫室環(huán)境參 數 開始 Be g i n 傳感器數據上傳至 P L C T h e s e n s o r d a t a i s u p l o a d e d t o P L C 結合光合速率模型和調控模型進行數據 分析融合決策 Co m b i n i n g p h o t o s y n t h e t i c ra t e m o d e l a n d re g u l a t i o n m o d e l t o m a k e d a t a a n a l y s i s a n d fu s i o n d e c i s i o n 獲得調控目標值 G e t t h e c o n t ro l t a rg e t v a l u e 結束 S t o p 調用光合速率預測模型 A m o d e l fo r p re d i c t i n g p h o t o s y n t h e t i c ra t e 通過 O P C 技術實現 p l c 與計算機通訊 Co m m u n i c a t i o n b e t w e e n P L C a n d c o m p u t e r b y O P C T e c h n o l o g y 開始 B e g i n 模式選擇 M o d e s e l e c t i o n 手動模式 M a n u a l m o d e GUI 界面手動操作設置調控目標值 G U I I n t e r f a c e M a n u a l O p e r a t i o n S e t t i n g R e g u l a t i o n Ta r g e t s 自動模式 A u t o m a t i c m o d e 傳感器采集環(huán)境參數 S e ns or s c ol l e c t e nvi r onm e nt a l pa r a m e t e r s 將環(huán)境數據信息通過 P LC 上傳至計算機 P a ss t h e e n v i r o n m e n t a l d a t a i n f o r m a t i o n t h r o u g h P L C u p l o a d t o c o m p u t e r 調用模型獲取調控目標值 C a l l m o d e l t o g e t r e g u l a t o r y t a r g e t v a l u e 通過 O P C 技術與 P LC 通訊 將控制指令發(fā)送至執(zhí)行裝置 S e n d c o n t r o l i n st r u c t i o n s t o e x e c u t i o n u n i t b y c o m m u n i c a t i n g w i t h P L C t h r o u g h O P C T e c h n o l o g y 控制補光燈組及氣肥發(fā)生器工作 C o n t r o l l i n g t h e o p e r a t i o n o f su p p l e m e n t a r y l i g h t g r o u p a n d g a s a n d f e r t i l i z e r g e n e r a t o r 光與 CO 2 達到要求 Li g h t a n d C O 2 m e e t r e q u i r e m e n t s 關閉補光燈組與氣肥發(fā)生器 T u r n o f f su p p l e m e n t a r y l i g h t g r o u p a n d g a s a n d f e r t i l i z e r g e n e r a t o r 是 ye s 否 NO 圖 3 數據分析決策子系統(tǒng)控制流程圖 圖 4 環(huán)境參數調控子系統(tǒng)控制流程圖 Fig 3 Data analysis and decision Fig 4 Environmental parameter subsystem control flow chart control subsystem control flow chart 2 2 通訊系統(tǒng)設計 為 方便 計算機 讀 取 溫室 實時 環(huán)境數據 進而 分析決策 獲取 調控目標值 同時 反饋控制 調 控設備工作 需實現 計算機與現場 PLC 之間的通信連接 通訊協議選擇 OPC 通訊 11 13 OPC OLE for Process Control 是由 OPC 基金會 OPC Foundation 所制定 的工業(yè)標 準 14 OPC 主要是 在 Microsoft 的 OLC ActiveX COM DCOM 的 基礎上 所 研發(fā)的一個 開放 的 標準接口 其主要 是應用體系為 客戶端 服務器 15 在 客戶端和服務器之間建立一 種 通信和 數據交換的工業(yè)標準 16 以 OPC 為交換 數據的主要方法 7 0 版本 以 上 的 MATLAB 軟件 中 均 支持 OPC 服務 有相應的工具箱 OPC toolbox 17 支持 讀 寫 OPC 數據 MATLAB 中讀取 溫室實時環(huán)境數據方式有 如下 兩種 1 通過 GUI 界面讀取 實時環(huán)境參數 A 啟動 opctool 界面 在 MATLAB 命令窗口輸入 opctool 單擊回車即可打開 opctool 界面 其 操控界面如 圖 5 所示 B 創(chuàng)建 客戶端對象 組 對象和項 右鍵 單擊 OPC Network 可 添加本地 host 名字 選用默認名字 localhost 右鍵 單擊 localhost 添加 Client 從 OPC Server ID 中 選擇 GrmOpcServer GRMOPC 即可 建立 連接 順序添加 Group Item 即可 顯示 溫室環(huán)境 參數 實時 數據 如圖 6 所示 選中 相應數據 點擊 add 即可讀取實時環(huán)境參數 圖 5 opctool 界面 圖 6 實時數據顯示 Fig 5 Opctool interface Fig 6 Real time data display 2 輸入 程序 讀取 實時環(huán)境參數 實時 環(huán)境 數據 讀取程序如下所示 da opcda localhost GrmOpcServer GRMOPC 創(chuàng)建 客戶端 對象 connect da 連接 一個 客戶到服務器 grp addgroup da group2 創(chuàng)建數據訪問組對象 itm additem grp GRM 二氧化碳 溫室 讀取實時 環(huán)境參數 itm1 additem grp GRM 光照強度 溫室 itm2 additem grp GRM 空氣溫度 溫室 set grp UpdateRate 0 2 設置數據保存間隔 r read itm 讀取數據 a r Value 讀取實時環(huán)境數值 b cell2mat a 將元胞數組類型數據轉換為數值型方便處理 clear grp itm itm1 itm2 2 3 人機交互 GUI 界面 為 方便 操作 人員 實時 監(jiān)控溫室環(huán)境 GUI 界面 設計如圖所示 對接收到的環(huán)境數據進 行存儲 并對數據進行分析 判斷與智能決策 根據決策結果發(fā)送相應控制指令到相應 的 輸出 裝置 根據 系統(tǒng)硬件要求 在 MATLAB 環(huán)境 下設計了 人機交互 的 GUI 界面 如下 1 控制系統(tǒng)主界面 如圖 7 所示 主要 包括 實時 監(jiān)控 歷史數據 參數設定 四部分 按下 按鈕可跳轉至相應界面 2 實時 顯示界面如圖 8 所示 分別包括實時 數據 顯示 欄 調控 目標欄 工作模式 選擇及 工作 狀態(tài)欄 四部分 A 實時 數據 顯示 欄 溫室 中 通過溫度傳感器 CO2 濃度傳感器 光照 傳感器檢測 到 環(huán)境數據 傳輸 至 PLC MATLAB 通過 OPC 通訊 協議 與 PLC 建立 遠程 通信 將 各項數據實 時顯示 在 界面上 便于 操作者 監(jiān)控溫室環(huán)境變化 B 調控 目標 欄 系統(tǒng) 根據實時采集的溫室環(huán)境數據 依據 當前溫度 調用適合 的模 型 預測最佳 環(huán) 境參數 并 發(fā)送至界面 方便 操作者對比實時環(huán)境參數 決策 控制方案 C 工作模式 選擇欄 根據 需求 可 選擇自動控制 或 手動控制 自動 控制模式 下 系統(tǒng) 根據實時溫度 調用 相應 的模型 分析溫室 環(huán)境參數 計算出環(huán)境參數目標值 并顯示在 目標欄上 D 工作 狀態(tài)顯示欄 實時顯示控制裝置 工作狀態(tài) 便于操作者 決策控制 圖 7 控制系統(tǒng)主界面 圖 8 實時 顯示界面 Fig 7 Main interface of control system Fig 8 Real time display interface 3 手動 控制界面 如圖 9 所示 分別包括實時 數據 顯示 欄 調控 目標欄 和手動 控制 面板三部分 數據 顯示 欄和調控 目標欄 與 自動模式下相同 控制 面板上 操作者可根據控制要求 手動 輸入環(huán)境參數 按下 執(zhí)行按鈕可控制 裝置 輸出 控制 系統(tǒng) 向 氣肥發(fā)生器或補光燈發(fā)送 調控 指令 待實時 數據達到目標值后停止工作 完成 環(huán)境 參數調控 4 參 數配置界面如圖 10 所示 主界面 下按下參數配置按鈕可 調出 參數配置界面 包括 增刪通訊 組 和 刷新服務器三部分 可 根據 操作者實際 需求 進行增刪通訊 組 與 刷新服 務器 操作 5 歷史 數據 顯示 界面 如圖 11 所示 主界面 按下 歷史 數據 按鈕 可調出 歷史 數據顯示 界面 可 顯示 不同 時間的 溫度 光強 和 CO2 濃度 操作者 可參考數據 判斷不同時間溫室環(huán) 境 參數 的變化情況 記錄保存 圖 9 手動 控制界面 圖 10 參數 配置界面 圖 11 歷史 數據顯示欄 Fig 9 Manual control interface Fig 10 Parameter configuration interface Fig 11 Historical data display bar 2 4 系統(tǒng)測試 以天津農學院西校區(qū)溫室作為研究基地 對系統(tǒng)進行測試 2020 年 03 月 04 日 溫 室中保溫被升起時間段為 9 00 16 00 選擇 9 30 15 30 作為調控時間段 首先設定好可用 補氣資源總量 通過調控模型 尋優(yōu)確定 當天內最優(yōu)補氣時間及 單位時間 補氣量 控制氣肥 發(fā)生器 在對應時間段工作 同時控制補光燈工作 控制系統(tǒng)通過 PLC 不斷讀取 溫室中光 照強度 及 CO2 濃度 基于 上述尋優(yōu)方法 得到了以溫度 二氧化碳為輸入 以光照強度調 控目標值為輸出的數據集 結合實時讀取的 光照 強度數據 對比調控目標值獲得光照強度 調控增量 控制系統(tǒng)實時 追蹤控制補光燈 光照強度 實現溫室光氣耦合調控 調控完成后 獲得調控時間段內的光合速率增量為 1 176 918 mol m2 s 調控過程中數據傳輸穩(wěn)定 實時反饋效果好 實時監(jiān)測 畫面 及手動控制界面分別 如 圖 12 13 所示 圖 12 自動 模式控制 圖 13 手動 控制模式 Fig 12 Automatic mode control Fig 13 Manual control mode 3 結論與討論 為實現 溫室環(huán)境自動調控 在融合 光合 速率 預測模型 與溫室 環(huán)境 參數實時監(jiān)測 的基礎 上 建立 了溫室環(huán)境 調控的尋優(yōu)模型 基于上述調控模型 在 MATLAB 環(huán)境下設計了溫 室環(huán)境調控系統(tǒng) 通過溫室中 的 CO2 傳感器 溫度傳感器 以及 光照 強度檢測 傳感器 分別 檢 測 溫室實時 環(huán)境參數 并上傳至控制器 PLC 中 PLC 通過 OPC 技術 與計算機 建立 遠程通 訊 計算機 讀取 PLC 上傳的溫室環(huán)境 數據 調用 相應的 尋優(yōu) 模型 分析 計算出 CO2 濃度 及 光照 強度的 調控 目標值 將 其發(fā)送 給控制器 控制器根據調控目標值控制 氣肥發(fā)生器 和 補光燈組 工作 直至 溫室環(huán)境 數據 達到調控目標值后 停止 工作 完成反饋控制 通過對 構建的 系統(tǒng)進行 測試實驗 結果表明 該控制系統(tǒng)可完成作物生長自適應補光補氣 調控時 間段內的光合速率增量為 1 176 918 mol m2 s 數據傳輸穩(wěn)定 實時反饋效果好 為方 便操作者 決策 控制 查看 溫室環(huán)境數據 設計了人機交互 GUI 界面 監(jiān)控溫室環(huán)境參數 及時 決策 控制 本研究側重點在于溫室環(huán)境調控系統(tǒng)的設計 對所 涉及的環(huán)境參數尋優(yōu)模 型并未詳述 后續(xù)筆者將另文介紹上述尋優(yōu)模型建模過程 課題組將深入研究 結合 組態(tài) 軟件 設計完善控制系統(tǒng)及圖形用戶控制界面 進一步提高溫室環(huán)境自動調控 技術 參考文獻 1 孫小平 嵌入式溫室大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現 D 沈陽 沈陽工業(yè)大學 2016 SUN X P Design and implementation of remote monitoring system for embedded greenhouse D Shenyang Shenyang University of Technology 2016 2 張漫 李婷 季宇寒 等 基于 BP 神經網絡算法的溫室番茄 CO2增施策略優(yōu)化 J 農業(yè) 機械學報 2015 46 8 239 245 ZHANG M LI T JI Y H optimization of greenhouse tomato CO2 application strategy based on BP neural network algorithm J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery 2015 46 8 239 245 3 李雅善 崔長偉 南立軍 等 基于遺傳算法的設施葡萄光合優(yōu)化調控模型研究 J 中外葡萄與葡萄酒 2018 222 6 59 63 LI Y S CUI C W NAN 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