一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统技术方案

技术编号:20116221 阅读:43 留言:0更新日期:2019-01-16 11:47
本发明专利技术涉及农作物种植技术领域,尤其涉及一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统,可实现大棚内草莓生长环境的多环节精确控制。本发明专利技术包括传感器、云平台与上位机,所述传感器为多个,传感器通过总线网络并转发至云平台,云平台数据与上位计算机同步,所述上位机中存储控制方法与预设参数,还包括调节装置,所述调节装置受上位机控制;所述控制方法包括自适应Smith预估控制、自适应内模控制与简单开关量控制。传感器可将大棚内测得数据上传至云平台,上位机可通过预设参数与测得数据的对比调节大棚环境,通过自适应Smith预估控制、自适应内模控制与简单开关量控制三种不同方式调节针对不同参数进行调节。

A Wireless Monitoring and Control System for Strawberry Greenhouse Based on Adaptive Control

The invention relates to the field of crop cultivation technology, in particular to a strawberry Greenhouse Wireless Monitoring and control system based on adaptive control, which can realize multi-link accurate control of strawberry growing environment in greenhouse. The invention comprises sensors, cloud platforms and upper computers, the sensors are multiple, the sensors are transmitted to the cloud platforms through bus networks, the data of cloud platforms are synchronized with the upper computers, the control methods and preset parameters are stored in the upper computers, and the adjustment devices are also controlled by the upper computers; the control methods include adaptive Smith predictive control and self-adaptation. Internal model control and simple switching control should be adopted. Sensors can upload the measured data from the greenhouse to the cloud platform. The host computer can adjust the greenhouse environment by comparing the preset parameters with the measured data, and adjust different parameters by three different ways: adaptive Smith predictive control, adaptive internal model control and simple switching control.

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统
本专利技术涉及农作物种植
,尤其涉及一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统。
技术介绍
我国是农业大棚使用最早的国家之一,早在2000多年以前就已经利用各种保护措施来保护农作物的生长,这可以看作最早的农业大棚,直到20世纪60年代,我国的农业设施一直处于低水平,发展极为缓慢的状况。20世纪70年代,地膜覆盖技术传入中国,对农作物的保温起到了一定的作用。20世纪80年代,国内出现了日光温室和塑料大棚,90年代开始,我国的农业大棚技术有了显著地提高,国家科研项目陆续启动,在不断借鉴吸收国外先进技术的基础上,发展适合国内情形的农业大棚技术,设施面积和水平不断提高。现如今,农业大棚的发展经历了塑料大棚,大型玻璃温室,现代温室三个发展阶段,由于农作物及生产成本需求不同,至今,各个阶段不同类型的农业大棚均存在。目前我国大棚农业面积已达300多万hm2,占据世界首位,农作物产量已超亿吨,地方各级政府也将大棚农业作为发展现代农业的切入点,并在全国各地建立了农业示范区。近年来,虽然我国的农业大棚技术有了明显的提高,但是相比于欧美等发达国家,仍处于技术落后的状态。以荷兰为代表的欧美国家大棚设施模大、自动化程度高、生产效率高,农业大棚内的光、水、气、肥等均实现了智能化控制;以色列的现代化温室可根据作物对环境的不同要求,通过计算机对内部环境进行自动监测和调控,实现农作物全天候、周年性的高效生产;美国、日本等国还推出了代表当今世界最先进水平的全封闭式生产体系,即应用人工补充光照、采用网络通讯技术和视频技术进行温室环境的远程控制与诊断、由机械人或机械手进行移栽作业的“植物工厂”,大大提高了劳动生产率和产品产出率。目前我国农业大棚训在的主要问题是:中国的大棚建设无论是在大棚设施本身还是在栽培管理方面,大多数结构简单,对环境的调节和控制十分有限,并多以传统的经验为主,距离数量化和指标化的要求还有相当大的差距,在控制系统上的理论缺乏,也导致了设备运行费用过高。
技术实现思路
为解决上述问题,本专利技术提供一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统,可实现大棚内草莓生长环境的多环节精确控制。为了实现上述目的,本专利技术提供如下技术方案:一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统,包括传感器、云平台与上位机,所述传感器为多个,传感器通过总线网络并转发至云平台,云平台数据与上位计算机同步,所述上位机中存储控制方法与预设参数,还包括调节装置,所述调节装置受上位机控制;所述控制方法包括自适应Smith预估控制、自适应内模控制与简单开关量控制。传感器可将大棚内测得数据上传至云平台,上位机可通过预设参数与测得数据的对比调节大棚环境,通过自适应Smith预估控制、自适应内模控制与简单开关量控制三种不同方式调节针对不同参数进行调节。优选地,所述传感器包括温度传感器,湿度传感器,光照传感器,风速传感器,二氧化碳传感器与臭氧传感器中的一种或多种。上述传感器可对大棚内关键参数进行监测。优选地,所述温度传感器包括多个,相邻温度传感器之间水平距离间隔20米,在大棚中央离地高度2米处设置一个,其余设置在离地高度1.5米-2米位置。温度传感器需要均匀设置,以保证测得的数据更加准确。优选地,所述调节装置包括温度控制模块、湿度控制模块、鼓风机、遮阳板、臭氧发生器与滴灌系统中的一种或多种。温度控制模块用于改变大棚内温度,湿度控制模块用于改变大棚内湿度,鼓风机用于调节大棚内风速,遮阳板用于调节光照,臭氧发生器由于调节臭氧含量,滴灌系统用于灌溉。优选地,所述预设参数包括温度参数:显蕾前,白天温度保持在24-30℃,夜间保持在8-10℃;显蕾期,白天保持在25-28℃,夜间8-12℃;开花期,白天保持在22-25℃,夜间8-12℃;开花期在零下2℃以上;果实膨大期和成熟期,白天保持在20-25℃,夜间8-12℃;所述预设参数还包括湿度参数,湿度在40%-50%。草莓所需装置环境较为苛刻,需要设置必要的相关参数以保证草莓的合理生长。优选地,所述自适应Smith预估控制用于温度控制,根据温度传感器数据进行计算,自适应Smith预估控制用于温度控制包括对象参数的预估环节,其数学模型为y(t)=a*y(t-1)+b*u(t-k)+cξ(t)其中a*、b*分别为被控对象以及控制输出的系数,c为噪声扰动系数,k为纯迟延,y(t-1)为前一个采样周期的对象输出,u(t-k)为控制输出,ξ为噪声扰动;草莓大棚温度数学模型为带时滞的一阶惯性环节,其数学模型为:其中,15为比例增益,1750s为时间常数,200s为纯迟延时间。优选地,所述自适应内模控制用于湿度控制,根据湿度传感器数据进行计算,其中湿度控制系统的模型为控制器数学模型为大棚湿度控制的数学模型为:其中,18为比例增益,1925s为时间常数,260s为纯迟延时间。优选地,所述简单开关量控制为直接通过开关电平直接控制鼓风机,臭氧发生器的开闭。优选地,所述传感器将数据汇聚在一点,连接在传感器集中器上,传感器集中器通过GPRS网关连接云平台。传感器数据可集中传送,信息收集效率高。优选地,还包括远程终端,所述远程终端与云平台连接。远程终端可以是手机等常见设备,用于接收大棚内的实时数据或发送指令。本专利技术具有以下有益效果:1.对大棚内多参数统一收集与控制,提高了使用效率;2.根据不同参数,采用不同的控制方式进行差别控制,确保了每一种参数均能得到有效控制;3.自适应Smith预估控制与自适应内模控制针对温湿度做出特殊控制改进,确保了计算的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案,下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的系统结构示意图;图2为本专利技术自适应控制系统结构图;图3为具有自适应功能的Smith预估控制器结构图;图4自适应内模控制系统结构图。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案,下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细介绍。如图1-图4所示,本专利技术实施例提供的一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统,本系统包括传感器、云平台(即云服务器)与上位机。传感器设置多个,并通过基站将采集的信息发送至云平台,并与上位机同步,上位机中储存草莓生长所需环境的预设参数即控制方法。传感器的放置。本系统由数量众多的低能源、低功耗的智能传感器节点组成系统的信息获取模块,立足于草莓生长最需要的温度,湿度,光照,CO2,臭氧等因素的实时监测,为草莓的生长保驾护航。由于草莓大棚内不同位置受光照不同,温湿度也会有所不同,为更加精确的测量棚内平均温度,以100米的大棚为例,将采用五个温度传感器,分别放置在棚内的不同位置,传感器1放置在棚内正中央,高度离地约两米;其他传感器水平方向均匀分布,高度均在1.5米至2米。风速传感器分别放置于草莓大棚的出风口和进风口。本专利技术运用成熟的信息获取、传输和处理技术能够协同地实时监控、感知和采集各种环境或监测对象的信息,通过总线网络汇聚到GPRS网关,并由网关转发至云平台实现,实现数据的完本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统,其特征在于,包括传感器、云平台与上位机,所述传感器为多个,传感器通过总线网络并转发至云平台,云平台数据与上位计算机同步,所述上位机中存储控制方法与预设参数,还包括调节装置,所述调节装置受上位机控制;所述控制方法包括自适应Smith预估控制、自适应内模控制与简单开关量控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统,其特征在于,包括传感器、云平台与上位机,所述传感器为多个,传感器通过总线网络并转发至云平台,云平台数据与上位计算机同步,所述上位机中存储控制方法与预设参数,还包括调节装置,所述调节装置受上位机控制;所述控制方法包括自适应Smith预估控制、自适应内模控制与简单开关量控制。2.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统,其特征在于,所述传感器包括温度传感器,湿度传感器,光照传感器,风速传感器,二氧化碳传感器与臭氧传感器中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统,其特征在于,所述温度传感器包括多个,相邻温度传感器之间水平距离间隔20米,在大棚中央离地高度2米处设置一个,其余设置在离地高度1.5米-2米位置。4.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统,其特征在于,所述调节装置包括温度控制模块、湿度控制模块、鼓风机、遮阳板、臭氧发生器与滴灌系统中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的草莓大棚无线监测与控制系统,其特征在于,所述预设参数包括温度参数:显蕾前,白天温度保持在24-30℃,夜间保持在8-10℃;显蕾期,白天保持在25-28℃,夜间8-12℃;开花期,白天保持在22-25℃,夜间8-12℃;开花期在零下2℃以上;果实膨大期和成熟期,白天保持在20-25℃,夜间8-12℃;所述预设参数还包括湿度参数,湿度在40%-5...

【专利技术属性】
技术研发人员:马凤英尹燕凯于文志
申请(专利权)人:齐鲁工业大学
类型:发明
国别省市:山东,37

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