硒砂瓜溫室種植模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了針對中衛(wèi)香山地區(qū)硒砂瓜溫室種植的智能控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)依托溫度傳感器wzppt100、濕度傳感器HS1101以及單片機(jī)MC68HC705 C8等硬件，在采集與處理溫室溫度、濕度、光照度等參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用模糊算法，實(shí)現(xiàn)對溫室卷簾機(jī)、換氣扇、供暖器、微管噴滴灌等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。
關(guān)鍵詞：溫室；模糊控制；MC68HC705C8；傳感器

硒砂瓜被稱為“石頭縫里長出的兩瓜”，是寧夏中衛(wèi)香山地區(qū)農(nóng)民在沙礫淤積豐富的香山?jīng)_擊扇區(qū)域?qū)⒋罅克樯呈采w在山地表層，利用砂礫鋪壓對地表所具有的節(jié)水、增溫、保墑效果的一種特殊種植模式下產(chǎn)出的西瓜。這里海拔1 600～1 800 m高的得天獨(dú)厚光熱資源為兩甜瓜中天然葡萄糖、維生素、氨基酸和多種微量元素特別是食物中稀缺的硒元素的積聚提供了獨(dú)特的自然條件，因此產(chǎn)出的西瓜個(gè)大皮厚、保鮮期長、便于運(yùn)輸、果汁豐富、甘蜜爽口，糖份含量高達(dá)13．8％。
硒砂瓜的營養(yǎng)元素含量全面合理，其中，含人體所需的氨基酸18種，維生素3種，微量元素5種，含鈣56 mg／kg，鉀1 090 mg／kg，特別是含有人體保健必需的硒和鋅等微量元素。
溫室種植硒砂瓜可以大幅提高其年產(chǎn)量。如今，硒砂瓜種植產(chǎn)業(yè)科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效的發(fā)展趨勢，而溫室模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、規(guī)模化種植的必要措施。

1 控制系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)由傳感器子系統(tǒng)、基于模糊算法的單片機(jī)處理子系統(tǒng)、卷簾保暖子系統(tǒng)、供暖與換氣子系統(tǒng)、微管噴滴灌子系統(tǒng)組成，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 模糊算法
眾所周知，溫室環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，具有時(shí)變性、非線性且不確性等特點(diǎn)。如增加室內(nèi)的濕度，就會(huì)引起溫度的降低，同樣，溫度的升高也會(huì)引起室內(nèi)濕度發(fā)生變化，這就為基于傳統(tǒng)控制理論開發(fā)溫室控制系統(tǒng)帶來了很大的困難。模糊控制是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種非線性的控制方法，模糊控制在一定程度上模仿了人在操作控制過程中的思維和邏輯推理，不需要建立控制對象精確的數(shù)學(xué)模型，只需將現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)總結(jié)成較完善的語言控制規(guī)則并形成模糊控制芯片的工作軟件即可。因此它能解決對象的不確定性、非線形、時(shí)變性、滯后等問題，系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)。
2．1 模糊控制器設(shè)計(jì)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如圖2所示，溫度的實(shí)際測量值用Tt表示，濕度的實(shí)際測量值用Ht表示，溫度和濕度設(shè)定值分別用T0、H0表示，將溫濕度誤差ET、EH作為控制器輸入，則ET=Tt-T0，EH=Ht-H0，控制器的輸出變量分別用U1，U2，U3，U4表示，其中，U1-卷簾機(jī)控制；U2-供暖泵控制；U3-換氣風(fēng)扇控制；U4-微管噴滴灌控制。

其中，T0，H0來自上位機(jī)，Tt、Ht來自現(xiàn)場傳感器，K1、K2為量化因子，實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)況及以往人工控制經(jīng)驗(yàn)，可調(diào)整其值。