庞莹[1]2017年在《基于ZigBee的温室灰色趋势预测控制系统》文中研究表明发展农业是实现农民增加人均收入,提高农民科技技术和农产品高质优产,满足社会需求的重要举措。温室控制系统研究是农业现代化发展的重要研究内容,建立一套精度较高、适用性好、安全可靠的温室控制系统已成为迫切需求。首先,针对在传统温室控制系统温室参数监测中有线通信的方式存在着布线困难、投资成本高和安装维护难等问题,本文将采用低功耗、成本低、时延短、安全性好的ZigBee无线网络技术,实现温室环境参数的可靠传输。针对温室控制系统是一个具有时变性、非线性、时滞性、耦合性等特点的多参数复杂控制系统,存在精确数学模型建立困难和难以实现精准控制等问题,本文在模糊PID控制的基础上引入灰色预测理论,提出温室参数的灰色趋势预测模糊PID控制解决方案,做到超前控制,克服时滞现象,提高系统稳定性和快速性,利用改进的灰色趋势预测模型,进一步减小预测误差,提高控制精度和系统响应速度。通过MATLAB仿真对模糊PID、灰色模糊PID控制和改进的灰色模糊PID控制的比较分析,证明控制解决方案是可行的。本文在温室控制系统的设计中,以CC2530芯片为核心,构建ZigBee无线网络,并以PLC为主控制器完成执行机构的联动控制,利用MCGS组态软件完成上位机设计,可通过数据查询、曲线显示和报警等功能即时掌握生长环境状态,来实现对温室系统的实时监控和管理。温室控制系统能够满足农作物生长环境的预期要求,同时实现高效节能,具有较高的推广应用价值,为“互联网+”现代农业的精准控制提供了一条有效途径。
刘雪美[2]2004年在《温室升温系统理论与设计》文中提出如何科学地选择设计温室供热系统,既能满足作物生长需求,又能最大限度的节约能源和保护环境,是设施农业生产亟待解决的问题。本文对温室升温系统的设计理论作了系统地研究,阐明了影响温室温度的主要因素,包括进入室内的太阳辐射增温、人工加热增温、贯流放热、换气放热量、土壤的地中传热等。对温室环境进行了全面、系统的能耗分析,并从细算和概算两个角度给出了温室供热负荷的数学模型。确立了依据最大采暖负荷设计采暖设备的容量,依据期间采暖负荷决定每个采暖期的燃料储备的原则,并给出了温室供热系统的设计程序。对目前温室常用的热水锅炉供热方式、热风供热方式、电热线地下采暖等供热方式的特点及适用对象进行了对比分析。给定了热水锅炉供热方式的锅炉容量、放热管长度、配管方法、热水的流量的设计方法;热风供热方式的送风温度和送风量两个主要参数的设计计算和空气加热器的选择计算方法;电热线地热采暖的设备的热容量计算和电热温床的结构与加热线的布置方法的设计。为解决温室冬季加热能量消耗过大和环境污染问题,提高温室种植的经济效益和社会效益,本文对基于节能和环保技术的新型温室供热技术作了重点研究。论证了地面加热系统在水平和垂直方向上的温度分布,得出温室内热环境比采用传统加热系统更适于作物生长的结论。从初期投资和运行费用两方面分析了此种加热方式的经济效益。结果表明,不但散热器投资费用可节省35%,而且每个加热季可节约能源27%。根据主动式太阳能地下蓄热系统的供热特点,对其进行节能特征和经济性分析,并与传统供热方式从供热效果和能耗方面进行了对比分析。作为一种新型能源,电热泵具有十分可观的生态效益和社会效益,本文分析了电热泵的节能和环保效果,对其在农业上应用的可行性加以分析。分析了现代高效管理技术对节能的影响。本文对温室供热系统设计专家系统进行了初步探索。考虑温室设
程文锋[3]2011年在《基于WSN的嵌入式温室监控系统相关控制问题的研究》文中认为目前,我国设施农业整体的现代化水平还很低,国内大量使用着的温室都采用简易温室控制系统,甚至完全靠手工操控。随着经济水平和农业生产技术水平的提高,有调控设施的温室比例在逐年增加,传统设施农业向现代设施农业转变的需求日益迫切。温室控制系统的适用性问题正阻碍着温室产业的发展,大量的温室需要成本低、可靠性高、操作便利、适用性强的智能型温室控制系统。本课题采用嵌入式系统代替工控机,用无线传感网络取代有线网络,从根本上消除了传统温室控制系统存在的适用性问题。本课题主要完成的研究工作为：设计了基于无线传感网络的嵌入式温室监控系统硬件架构和系统功能；根据无线传感网络的特点研究了结合一致性检验、分批估计和自适应加权平均的温室采样数据融合算法；针对WSN采样数据较长时间的离散滞后造成反馈延迟,从而引起系统控制不稳定的问题,提出了采用递推灰色预测和样条插值算法消除WSN反馈数据离散延迟问题的新方法；研究了温室动态质能平衡方程数学模型,并在此基础上建立了Simulink环境下的温室仿真模型,通过大量温室仿真实验验证了温室模型的合理性和灰色预测插值控制方法的有效性；研究了实用的温湿度解耦控制算法,采用反馈前馈线性化解耦方法,将非线性的MIMO系统变成了两个独立的SISO一阶线性系统,求出了使温湿度控制完全解耦的温度和湿度调控量并进行了仿真实验。本文提出的方法解决了阻碍WSN在嵌入式温室实时监控系统中应用的几个关键问题。提出的灰色预测插值处理WSN反馈数据的方法能在不提高WSN采样率的情况下保证良好的采样数据实时性；建立的温室仿真模型可以很方便的进行各种条件下的温室仿真实验；采用的数据融合方法能有效提高WSN采样精度,反馈前馈线性化温湿度解耦控制方法计算较为简单,也很容易应用于嵌入式平台的温室监控系统中。
张勇[4]2011年在《西北日光温室传热学简化模型构建及温光高效新结构初探》文中指出日光温室由于其结构上的特殊性，使其特别适宜于在我国广大的西北地区大面积推广应用，近年来也获得了极大的发展。西北各地出现了结构各异的不同类型的新型日光温室。但目前仍存在部分结构设计不合理，光能利用率低，保温性能差，缺乏系统理论研究成果等问题。但我们详细研究不难发现，尽管温室结构各异，但其基本结构也是有规律可循。因此,我们完全可以通过详细深入地研究,发现其潜在的内部规律。从而解决日光温室现在面临的建设混乱、缺乏统一理论指导的问题。本研究论文针对西北地区的典型日光温室类型，分别对构造不同的日光温室进行了室内外太阳辐射，室内外气温及各结构部件的温度分布，室内外表面温度、热流量，土壤温度，后期栽培管理等环境要素的连续观测。并利用观测的数据分析了供试日光温室的热工性能。该研究可以为温室建筑的结构优化、环境控制及室内作物的栽培提供非常必要的理论基础。本研究旨在通过系统地研究分析，建立适用于西北地区日光温室的结构设计和传热理论，进而为实践中的日光温室建造提供理论指导。同时根据典型结构日光温室的实测数据对典型日及典型天气下温室内部的整体热工性能和光照变化规律进行了分析。首先，详细地计算了日光温室各结构部分的传热损失类型及耗热规律，同时计算了主要构件的散热能耗率。其次，对日光温室各结构部分的散热进行了整体的对比分析，得到了主要的散热途径，以及可以进行结构改进的部分；并得到了日光温室经济后墙厚度的理论。再次，对日光温室的太阳辐射量进行了对比分析，并详细讨论了储热的规律和现有结构的不足，进而得到结构改进的方法。从严格意义的传热学分析角度来说，温室系统是一个非常非常复杂的叁维周期性非稳态热传导、辐射、对流过程。但结合其结构的传热学规律，我们构建了西北地区日光温室简化传热学平衡模型：ΔQ=Qsun+Qprotect+Qlongwave+Qvent+Qsoil+Qground20。在研究过程中，我们只考虑日光温室这个整体单元对于外界的能量传递，进而可以清晰地掌握日光温室整体的热平衡和传热规律。通过系统的对各代表结构的详细分析计算，我们得到了西北地区日光温室的传热基本规律。在典型结构日光温室整体的热量损失中，白天的热损失约占到总热损的80%，夜间的损失仅为20%左右。在夜间，温室的热量损失中约有70%是通过维护结构的传热进行的。约有30%是因为冷风渗透而引起的。相比之下，这白天损失的能量中，约有65%的热损失是通过温室维护结构损失的，其中一部分为通过整体维护结构的传热损失约占35%，采光面的辐射损失约占到30%。在白天的热损失中，约有35%是通过通风而损失的。通过构建和应用日光温室传热学简化模型，分析得出日光温室所截获太阳能的水平较低。我们建立了动态可变采光角采光理论，并开发了新型的可变倾角采光日光温室新结构，并对其结构的性能进行了研究。通过研究，可变采光倾角温室较普通固定采光角温室能从整体上提高温室采光性能和温度指标。通过试验分析，可变采光倾角温室内的光照度较普通固定采光角温室有较大幅度的增加。在本试验条件下，可变采光倾角温室较普通固定采光倾角温室，整体采光性能平均提高25.6%。同时，可变采光倾角温室内的温度较普通固定采光角温室有较明显的增加，整体平均温度提高3.6℃。针对简化模型所揭示的因为日光温室后墙蓄热不足而导致其保温性差的问题，我们研发了相变保温后墙温室结构。通过研究，Na_2SO_4·10H_2O和Na2CO3·10H_2O体系，以试样质量比4∶6的组合较为理想，相变温度分为两个阶段，适合于满足一般温室生产对温度的要求。但是，长期使用过程中仍然存在过冷现象和相分离。Na_2SO_4·10H_2O和Na_2HPO_4·12H_2O体系以试样质量比1.9∶7.0的组合较为理想，相变温度稳定，过冷和相分离均能很好的满足要求。同时本实验条件下，相变墙温室内的温度波动幅度比普通温室小3.5℃；平均提高室内温度1.9℃，最大可提高5.8℃。通过本文的研究，实现了以下几个创新点。第一，在对日光温室热平衡详细研究的基础上，通过系统分析日光温室的传热特性，掌握了日光温室的传热规律。第二，建立并验证了西北地区日光温室传热学简化模型，该模型可以准确地分析日光温室的热工状况。同时该模型也揭示了日光温室的结构改进的方向和方法。第叁，针对西北地区日光温室存在的采光性能低的问题，开发了可变倾角采光面日光温室新结构，并对该结构的温光性能进行了研究。研究表明，该结构对提高日光温室的太阳能利用率效果显着，整体采光性能平均提高25.6%。第四，针对日光温室现存的保温蓄热性能差的问题，研究了新型的相变保温新材料，并将其应用于西北日光温室。对该新结构日光温室热学性能研究表明，该结构可以大幅度提高日光温室的蓄热能力，有很强的应用价值。
邱磊[5]2005年在《基于网络的温室环境监控专家系统的研究》文中认为设施农业是21世纪最有活力的新产业,温室则是设施农业的典型代表。应用计算机技术,不断吸收智能控制和信息技术领域新的理论和方法,不断创新,逐步完善,才能使温室系统实现真正意义上的现代化、产业化。因此,开展对温室环境智能监控系统的研究,对提高温室经济效益和加快我国温室生产的现代化水平均具有重要意义。 论文对温室环境专家控制系统的知识获取进行了研究。通过浙江省农业高科技示范园内Venlo型智能温室中的实验,采集了温室控制的相关数据。以数据统计的方法,分析了杭州地区冬季、夏季气候条件下温室环境内调控机构的状态,对现有的农业专家经验做了补充和完善。同时介绍了粗糙集理论的基本概念和发展应用,以及应用粗糙集理论进行温室环境的知识获取。 在专家系统的知识表述上,采用了“规则架+规则体”的描述方式,以产生式方法表述了相应的控制规则。在推理机制上,采用正向推理策略,设计了模糊专家控制器。同时,通过建立温室气候的动态模型,利用Matlab/Simulink进行了仿真实验,对专家系统的控制效果进行了评估。 温室环境远程监控系统采用基于Java技术的B/S模型的开发方式,根据实际要求,设计完成了各个功能模块。应用新一代的专家系统工具Java/FuzzyJ toolkit完成对温室环境专家系统的建立,并且通过Applet技术把专家模块嵌入到监控系统中,使之能够根据实际参数,给出温室环境控制的专家经验。 最后,论文对所取得的成果和结论进行了总结,并对未来的工作进行展望。
苏初旺[6]2006年在《桂南地区温室苗木生产环境参数与设备的优化》文中研究指明本文旨在解决目前桂南地区温室(大棚)苗木生产中,温室(大棚)建造、环境调控方法不当、成本高的问题。运用叁元二次通用旋转组合回归试验设计方法,本文研究了代号为D-2的桉树苗光合速率与气候环境因子之间的变化规律,用SAS软件进行数据处理,得出温度编码值X1、净辐射编码值X2、二氧化碳浓度编码值X3与净光合速率y之间关系的回归方程。对桂南地区各类温室组合夏季降温和冬季保温性能进行了一年多的实地监测,结果表明:冬季在门窗密闭情况下,温室内温度比温室外温度高0.5～4.0℃;若在四周及顶部加一层塑料薄膜密封保温,温室内温度可比温室外温度高3.1～7℃,但透光率大大降低,阴雨天温室内光强不足,必须综合考虑。采用湿帘-风机加外遮阳降温,可使温室内温度比温室外温度低2.5～6℃。采用外遮阳装置加天、侧窗机构配以喷雾系统,可使温室内温度比温室外温度低1～3.5℃,若再配以植物的蒸腾降温可使温室内温度比温室外温度低4.5℃。利用优化理论,对桉树苗净光合速率函数模型进行了优化,得出目标函数的最大值为Ymax=36.89μmol.CO_2/(m~2s),对应温度为27.1℃,净辐射为487.93μmolm~(-2)s~(-1),二氧化碳浓度为700ppm。同时考虑到各季节的特点,对桂南地区几种典型气候的温度、净辐射合理取值范围进行了优化界定。提出苗木生长等净光合速率新概念,绘制了等净光合速率的环境因子组合图,为人工选择环境因子水平提供了方便。根据桂南地区的气候特征及各类温室的调控能力,对特定气候条件下的净光合速率函数进行了优化。确定了启用内、外遮阳网的室外净辐射强度。根据生产性温室的投资费用、使用年限、环境因子的调控效果、桉树苗净光合速率、控制费用,构建了苗木生产单位成本光合速率的新概念。对桂南地区六种典型温室在各季度的单位成本光合速率进行了计算对比,对适合于桂南地区桉树苗生产的温室设备进行了优化组合,结果表明:全年性价比最高的是配有湿帘的塑料薄膜温室,其次为配有喷雾的塑料薄膜温室。对不同顶层覆盖材料的外遮阳网遮阳率进行了优化,结果表明:当顶层覆盖材料为玻璃温室时,采用60%遮阳率的遮阳网最佳;当顶层覆盖材料为波浪板和塑料薄膜
周曼丽[7]2012年在《植物工厂环境控制系统的设计》文中进行了进一步梳理近年来，世界人口逐渐增加，耕地面积日益减少，环境恶化，自然灾害频发。但是市场对食品的数量和品质要求却日益提高。多层次立体栽培，大规模生产高品质、无污染作物的植物工厂是解决上述矛盾的重要途径。为满足周年连续生产，植物工厂环境控制技术成为研究重点。温湿度是影响植物生长的关键因子。本文主要针对植物工厂环境控制技术的温湿度采集和自动监控，结合嵌入式技术、无线通信和网络技术，设计了一种适合植物工厂的温湿度远程监控系统。整个系统基于B/S架构设计，以嵌入式Web服务器为核心，ZigBee无线传感器网络为温湿度采集终端，具有成本低、效率高、简便实用的优点。嵌入式Web服务器以ARM7为硬件核心，通过连接CC2430无线通信模块接收ZigBee无线传感器网络采集并传送的温湿度数据；为了实现数据的远程查看，针对ARM7微处理器移植了μCLinux操作系统和B_(oa)服务器，以TCP/IP协议栈为基础，采用CGI接口实现动态网页。用户可以通过浏览器访问嵌入式Web服务器，查看植物工厂温湿度数据，授权用户还可以根据数据做出判断，发送控制命令，调节植物工厂内温湿度值。温度是影响植物生长最重要的环境因子，在完成系统软硬件设计的基础上，为了实现对温度的自动控制，首先，建立了植物工厂温度模型；其次，针对植物工厂多层立体栽培和温度梯度变化的特征，从节能角度出发，提出了一种温度场控制和模糊神经网络控制相结合的温度控制方案；最后，对控制系统进行仿真，结果验证了设计方案的有效性。
赵斌[8]2010年在《基于RBF网络的北方温室温湿度控制机理的研究》文中研究表明温室环境模型是温室结构设计与环境控制的重要基础,由于温室系统是一个具有强耦合、大惯性、非线性的复杂大系统,采用机理分析法,难以建立其准确的数学模型,致使温室环境控制效果不理想、生产能耗大。神经网络建模能更灵活地获得温室系统的参数和非线性。目前我国对温室环境建模与控制的研究多数集中在南方地区,而研究北方温室环境建模与控制的较少,北方温室加热能耗大,制约北方温室的发展,尤其在春秋季节昼夜温差大,控制变量耦合强,建模和控制难度大。因此,本文针对北方温室环境的控制机理进行了深入研究。主要研究内容如下：由于机理法难以建立准确的温室环境模型,而RBF网络具有结构简单、能逼近任意非线性过程的特性,因此,本文将RBF网络结构与优化算法相结合,采用了不同的算法学习与优化网络结构和参数,建立了北方温室环境模型。OLS算法具有计算量小、运算速度快、能够找到较小的网络结构的特点,在设计网络结构时,选择的隐中心与样本的正交化顺序有关,因此,不能找到最优的网络结构。RBF网络性能只与所选的隐中心有关,而与隐中心的选择顺序无关。因此,可以将隐中心的选择看作为组合优化问题,进化策略在搜索过程中主要采用选择和变异操作,适合于隐中心的寻优,本文采用进化策略在整个样本集中搜索最优的隐节点数和隐中心,建立了温室环境RBF网络模型。如果样本中包含较强的噪声数据,网络模型可能会过多地拟合噪声数据,影响网络的泛化性能,正则化方法是改善网络泛化性能的有效方法,而正则化系数需要优化确定；基于OLS算法和ES算法的网络模型都是在扩展常数确定的情况下,进行网络结构的设计,而扩展常数的优劣也直接影响着网络的性能。因此,本文采用粒子群算法全局优化正则化系数和扩展常数,正则化OLS算法利用所得优化结果设计网络结构。RBF网络的输出层为线性层,通常采用线性最小二乘法求其回归系数,但是,如果温室系统输入变量间有较高程度的相关性,或出于计算成本考虑而样本点容量不充足,将会使网络模型的回归系数误差增加,模型精度降低。PLS算法能够对输入信息进行筛选和重组,有效地解决变量间的多重相关性或样本点不充足问题。因此,本文采用了PLS回归算法提取输入变量的主成分,主成分间是直交互补的,利用主成分进行网络模型的回归,主成分提取和隐中心分级确定。北方温室生产的能耗制约着温室农业的发展,目前,温室温度控制通常强调控制精度,而忽视了生产能耗。利用作物的积温特性,可以大量减少生产能耗。作物的积温控制受湿度控制的影响较大,本文根据蝴蝶兰的生活习性和积温控制原则,研究并制定了北方温室春季环境的积温控制策略,为北方温室环境的优化调控及节能生产奠定理论基础。针对传统控制理论和现代控制理论在温室环境控制应用中存在的问题,本文根据所得的温室环境模型和积温控制策略,完成了北方温室环境神经网络控制器的设计,控制器根据温度和湿度的偏差,调节各执行设备,采用正交最小二乘法加快网络学习速度,妥善解决了湿度等影响因素对积温控制的影响。通过对北方温室温湿度模型和控制器的研究,为北方温室农业的健康发展和可持续生产,提供了理论和技术基础。
何琴[9]2010年在《温室计算机监控系统的设计》文中研究指明本文通过对农用温室的控制特点和主要参数要求的分析,提出采用PLC来实现温室主要参数控制的方法,该方法可同时对温室内的温度、湿度、光照度、CO2浓度进行有效的控制。本文以中小型农用温室内的黄瓜栽培为例,阐述以PLC为核心的控制系统,该系统由信息采集系统、智能控制单元和执行机构叁部分构成,信息采集系统利用FX2N-8AD模拟模块完成环境参数的采集和输入;主控单元FX2-32MT将传感器检测值与设定的温室参数值进行比较,输出相应的控制信号;执行机构根据控制信号,带动电机、电磁阀、风机等设备,以实现对温室的智能控制。通过GX-Simulator仿真软件的测试表明,该控制系统能够对相关环境参数在不同时段的控制要求方便地进行调节。针对特定地区的气候条件,本文研究了以PLC为核心的温室计算机监控系统,该系统的主要特点是:首先,PLC的接口线路简单,外围元器件较少,整个系统运行可靠,可以保证温室的控制要求;其次,采用五段变温的控制方法,即在不同的时间段内设定不同的最适温度值,以便于最大限度的利用自然资源;最后,根据时间的不同及环境因子重要性的不同,在每一时段设置不同的优先级,以保证作物的优质发展。
沈军[10]2003年在《非对称连跨式节能温室温光性能的研究》文中研究说明针对普通节能温室存在的许多弊病，以及引进的连栋温室效益低下的问题，设计建造了非对称连跨式节能温室。考察这种新型温室的性能特点，以及与普通节能温室和连栋温室性能特点的比较，是本试验的研究目的。通过对非对称连跨式节能温室温光性能的试验，得出如下结论： 1．非对称连跨式节能温室内温度的分布存在空间差异。从南北向上看，夜晚温差为1～2℃，白天高温区在北墙和距北墙6m、12～14m处，低温区在距北墙8～10m处；从东西向上看，夜晚温差为2～3℃，白天高温区在距东部40～50m处，而阴天变化较小；从垂直差异上看，夜晚温度极差平均为0.2℃，白天主要受光照影响，随着高度的增加而增大。非对称连跨式节能温室夏季比露地延长60天，冬季比露地缩短60天。 2．非对称连跨式节能温室内光照分布也存在空间差异，从南北向上看，透光率在距北墙14m处最高(平均为63.6％)；距北墙8～10m处最低(平均为34.9％)。从东西向上看，晴天距东部70米处最强，平均为16885 lx，主要是由于更换新薄膜所致；阴天主要是散射光，因而光照分布比较均匀；从垂直向上看，离膜近的光照较强。非对称连跨式节能温室在冬季能保持55％左右的透光率，而在夏季则保持了47％左右的透光率。 3．非对称连跨式节能温室与普通节能温室相比，在冬季受光时间长2～3h／d，温度上升的快(4.3℃／h)，下降的也快(3.9℃／h)，最高温度比普通节能温室的高4.8℃，加强夜间的保温覆盖可达到普通日光温室的保温效果。夏季则二者相差不大。 4．非对称连跨式节能温室与对称连栋拱圆形温室相比，在冬季温度高4～6℃，光照强度平均增加了2％～24％，温室内各部位的光照分布要均匀；而在夏季温度低0.6℃，光照强度降低1192 lx。 为此建议在我国北方地区适度发展非对称连跨式节能温室。
参考文献：
[1]. 基于ZigBee的温室灰色趋势预测控制系统[D]. 庞莹. 河北科技大学. 2017
[2]. 温室升温系统理论与设计[D]. 刘雪美. 山东农业大学. 2004
[3]. 基于WSN的嵌入式温室监控系统相关控制问题的研究[D]. 程文锋. 浙江大学. 2011
[4]. 西北日光温室传热学简化模型构建及温光高效新结构初探[D]. 张勇. 西北农林科技大学. 2011
[5]. 基于网络的温室环境监控专家系统的研究[D]. 邱磊. 浙江工业大学. 2005
[6]. 桂南地区温室苗木生产环境参数与设备的优化[D]. 苏初旺. 北京林业大学. 2006
[7]. 植物工厂环境控制系统的设计[D]. 周曼丽. 江苏科技大学. 2012
[8]. 基于RBF网络的北方温室温湿度控制机理的研究[D]. 赵斌. 东北林业大学. 2010
[9]. 温室计算机监控系统的设计[D]. 何琴. 福建农林大学. 2010
[10]. 非对称连跨式节能温室温光性能的研究[D]. 沈军. 山西农业大学. 2003