基于ZigBee技術的溫室卷簾控制系統(tǒng)設計.pdf

1、卷簾機是我國北方生產(chǎn)型日光溫室在越冬期必備的保溫設備，其控制多由農(nóng)戶手動操作電機開關進行卷簾收/放作業(yè)，以達到保溫、蓄熱功效。收放過程中，操作不當易導致卷簾棉被過卷，從棚頂?shù)袈涠斐山?jīng)濟損失。開/關棚的時間節(jié)點主要由農(nóng)戶種植經(jīng)驗和空閑時間決定，無法科學合理的結合天氣情況及溫室內(nèi)溫度進行相關操作，導致日光溫室內(nèi)的光照時間和夜間溫度無法達到最優(yōu)。
　　本文針對生產(chǎn)型日光溫室卷簾機控制的實際應用需求，為實現(xiàn)對卷簾的提前控制，選用小波神經(jīng)

2、網(wǎng)絡的時間序列分析算法構建了溫室內(nèi)短期溫度預測模型，采用ZigBee無線傳感技術設計了溫室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測及卷簾機控制系統(tǒng)，并利用紅外對射限位技術有效防止卷簾機過卷，以便達到在適宜溫度范圍內(nèi)盡可能延長日光溫室的光照時間，加快作物的營養(yǎng)積累速度的目的。
　　本文主要工作內(nèi)容和結論如下:
　　(1)提出溫室卷簾控制系統(tǒng)的總體設計方案。根據(jù)日光溫室卷簾機控制需求完成對系統(tǒng)的整體結構設計，包括溫度時序預測模型、監(jiān)測節(jié)點、控制節(jié)點和控制平

3、臺4部分。對系統(tǒng)采用的ZigBee無線傳感技術和限位開關技術進行相關分析。
　　(2)構建基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡的時序分析算法建立溫度預測模型。通過采集日光溫室內(nèi)9個不同位置點溫度和室外光照，提取溫度平均值作為訓練樣本，選用拓撲結構為4-6-1的小波神經(jīng)網(wǎng)絡，將歷史溫度平均值樣本作為輸入值進行網(wǎng)絡訓練，不斷調(diào)整網(wǎng)絡權值變量與小波基函數(shù)參數(shù)值，得到溫度預測模型并對模型誤差進行分析。
　　(3)根據(jù)監(jiān)測節(jié)點和控制節(jié)點要實現(xiàn)的功能分別進

4、行硬件和軟件設計。監(jiān)測節(jié)點負責對日光溫室進行數(shù)據(jù)采集和傳輸?？刂乒?jié)點負責環(huán)境因子數(shù)據(jù)的接收與上傳，控制卷簾機電機動作，并在大棚頂部安裝紅外對射開關防止過卷。硬件設計包括對監(jiān)控節(jié)點的電源電路、傳感器電路、限位開關電路、核心處理器電路、串口通信電路、繼電器電路的設計;軟件設計包括對監(jiān)測節(jié)點數(shù)據(jù)采集、上傳至控制節(jié)點的設計，對控制節(jié)點接收數(shù)據(jù)、與工控屏串行通信和對繼電器控制的設計。
　　(4)選用工控屏作為控制平臺，編譯人機交互界面。在界

5、面中顯示日光溫室室內(nèi)歷史溫度、實時溫度、預測溫度和室外光照，方便管理者對溫室溫度監(jiān)督記錄，并提供自動控制、手動控制、強制停止3種控制模式。在平臺內(nèi)嵌入溫度時序預測模型，在工控屏后臺使用C語言編譯模型嵌入程序、溫度閾值判斷程序和控制指令。
　　(5)完成系統(tǒng)整體設計后，對系統(tǒng)性能進行測試。在基地部署系統(tǒng)，通過10天的試運行，對控制平臺、監(jiān)測節(jié)點與控制節(jié)點、上下限位開關的穩(wěn)定性和響應時間進行統(tǒng)計分析，采用丟包率指標對ZigBee無線傳