基于ZigBee技術(shù)的溫室卷簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、卷簾機(jī)是我國(guó)北方生產(chǎn)型日光溫室在越冬期必備的保溫設(shè)備，其控制多由農(nóng)戶手動(dòng)操作電機(jī)開關(guān)進(jìn)行卷簾收/放作業(yè)，以達(dá)到保溫、蓄熱功效。收放過(guò)程中，操作不當(dāng)易導(dǎo)致卷簾棉被過(guò)卷，從棚頂?shù)袈涠斐山?jīng)濟(jì)損失。開/關(guān)棚的時(shí)間節(jié)點(diǎn)主要由農(nóng)戶種植經(jīng)驗(yàn)和空閑時(shí)間決定，無(wú)法科學(xué)合理的結(jié)合天氣情況及溫室內(nèi)溫度進(jìn)行相關(guān)操作，導(dǎo)致日光溫室內(nèi)的光照時(shí)間和夜間溫度無(wú)法達(dá)到最優(yōu)。
　　本文針對(duì)生產(chǎn)型日光溫室卷簾機(jī)控制的實(shí)際應(yīng)用需求，為實(shí)現(xiàn)對(duì)卷簾的提前控制，選用小波神經(jīng)

2、網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間序列分析算法構(gòu)建了溫室內(nèi)短期溫度預(yù)測(cè)模型，采用ZigBee無(wú)線傳感技術(shù)設(shè)計(jì)了溫室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測(cè)及卷簾機(jī)控制系統(tǒng)，并利用紅外對(duì)射限位技術(shù)有效防止卷簾機(jī)過(guò)卷，以便達(dá)到在適宜溫度范圍內(nèi)盡可能延長(zhǎng)日光溫室的光照時(shí)間，加快作物的營(yíng)養(yǎng)積累速度的目的。
　　本文主要工作內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)提出溫室卷簾控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。根據(jù)日光溫室卷簾機(jī)控制需求完成對(duì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括溫度時(shí)序預(yù)測(cè)模型、監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)和控制平

3、臺(tái)4部分。對(duì)系統(tǒng)采用的ZigBee無(wú)線傳感技術(shù)和限位開關(guān)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)分析。
　　(2)構(gòu)建基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)序分析算法建立溫度預(yù)測(cè)模型。通過(guò)采集日光溫室內(nèi)9個(gè)不同位置點(diǎn)溫度和室外光照，提取溫度平均值作為訓(xùn)練樣本，選用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為4-6-1的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將歷史溫度平均值樣本作為輸入值進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)權(quán)值變量與小波基函數(shù)參數(shù)值，得到溫度預(yù)測(cè)模型并對(duì)模型誤差進(jìn)行分析。
　　(3)根據(jù)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)要實(shí)現(xiàn)的功能分別進(jìn)

4、行硬件和軟件設(shè)計(jì)。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)日光溫室進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸?？刂乒?jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)環(huán)境因子數(shù)據(jù)的接收與上傳，控制卷簾機(jī)電機(jī)動(dòng)作，并在大棚頂部安裝紅外對(duì)射開關(guān)防止過(guò)卷。硬件設(shè)計(jì)包括對(duì)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的電源電路、傳感器電路、限位開關(guān)電路、核心處理器電路、串口通信電路、繼電器電路的設(shè)計(jì);軟件設(shè)計(jì)包括對(duì)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集、上傳至控制節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，對(duì)控制節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)、與工控屏串行通信和對(duì)繼電器控制的設(shè)計(jì)。
　　(4)選用工控屏作為控制平臺(tái)，編譯人機(jī)交互界面。在界

5、面中顯示日光溫室室內(nèi)歷史溫度、實(shí)時(shí)溫度、預(yù)測(cè)溫度和室外光照，方便管理者對(duì)溫室溫度監(jiān)督記錄，并提供自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、強(qiáng)制停止3種控制模式。在平臺(tái)內(nèi)嵌入溫度時(shí)序預(yù)測(cè)模型，在工控屏后臺(tái)使用C語(yǔ)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(shè)計(jì)后，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試。在基地部署系統(tǒng)，通過(guò)10天的試運(yùn)行，對(duì)控制平臺(tái)、監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)與控制節(jié)點(diǎn)、上下限位開關(guān)的穩(wěn)定性和響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用丟包率指標(biāo)對(duì)ZigBee無(wú)線傳