基于PLC和MB+的灌溉施肥模糊控制系統(tǒng)的設計.pdf

1、目前，我國農田灌溉施肥仍處于人工或半自動化階段，灌溉水利用率較低，浪費嚴重；化肥使用沒有節(jié)制，導致土壤鹽堿化程度加大。農村沼氣池的沼氣只是用于照明和煮飯，沼液隨灌溉水漫灌到田里，沼氣池資源沒有得到充分利用。另外，農田勞作還占用大量勞動力。作為農業(yè)大省的山東，上述現(xiàn)象更為嚴重。隨著科技的發(fā)展，在山東的許多地區(qū)已經實現(xiàn)了農業(yè)半自動化，聊城市的東古城農場就有一套半自動化灌溉施肥系統(tǒng)，不過該系統(tǒng)只能實現(xiàn)對農作物進行定期定量灌溉施肥，需要部分人工

2、操作，沼液只是做輔助肥料，不能很好地解決上述問題。
　　 為了更好地解決以上問題，使農場實現(xiàn)全自動化灌溉施肥，本課題設計了一套自動化灌溉施肥控制系統(tǒng)。系統(tǒng)充分利用農場現(xiàn)有的沼氣池資源，利用沼氣發(fā)電給系統(tǒng)提供電源，經過濾后的沼液作主要施肥肥料，人畜糞便和莊稼秸稈作沼氣池的原料。本課題設計的控制系統(tǒng)主要是通過土壤濕度傳感器和電導率傳感器分別采集土壤濕度信號和電導率信號；作為主控制器的Quantum PLC根據(jù)采集的濕度值和電導率值，

3、利用模糊控制算法做出模糊控制決策，得到控制輸出量，然后利用該控制量對執(zhí)行機構(電磁閥和泵等)的開關時間進行控制，實現(xiàn)自動灌溉施肥。系統(tǒng)通過Modbus Plus(簡稱MB+)網絡實現(xiàn)PLC和上位機的有線遠程通信。工作人員可以通過上位機的人機界面和工藝流程動畫界面設定和修改檢測變量的設定值，選擇灌溉施肥模式和區(qū)域，設定灌溉施肥時間，實時查看農田各區(qū)域的濕度值和電導率值，還可以對現(xiàn)場設備的工作情況進行監(jiān)控。系統(tǒng)還能實現(xiàn)越限報警和下雨報警。<

4、br>　　 本課題主要完成了以下工作：完成了系統(tǒng)總體結構的設計。完成了系統(tǒng)Modbus Plus網絡總體結構的設計，以及網絡中監(jiān)控層、網絡層、控制層和現(xiàn)場層四個層面的硬件設計。完成了模糊控制器的設計，主要包括模糊控制器的結構設計，輸入量和輸出量的選擇，輸入量的模糊化，模糊控制規(guī)則的制定，模糊推理，輸出量的模糊判決，以及模糊控制決策表的建立。完成了系統(tǒng)的軟件設計，主要包括系統(tǒng)主程序的設計，采集模塊的軟件設計，模糊控制程序的設計，上位機監(jiān)

5、控界面的設計，以及通訊模塊的軟件設計。完成了系統(tǒng)的仿真測試與實驗分析，利用MATLAB中的Simulink工具箱對模糊控制器的控制效果進行了仿真；利用Unity pro軟件對上位機監(jiān)控界面進行了模擬仿真，對程序進行了調試；搭建了實驗平臺，對控制系統(tǒng)進行了調試運行，并分析了實驗測得的數(shù)據(jù)。
　　 實驗結果證明本課題設計的控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，通訊正常，控制精度達到了設計標準。實現(xiàn)了節(jié)水、節(jié)能、節(jié)肥的全自動施肥灌溉，有效的利用了沼氣池資