墒情无线监测系统与滴灌模糊控制方法研究

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjmwjm009
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随着生活水平的不断提高和工业的不断发展,造成地下水资源短缺,节水灌溉对解决水资源的供需矛盾具有重要的意义。我国旱田大部分还是采用传统的漫灌方式,水分的利用率比较低,灌溉方式和设备比较落后,自动化程度不高,依靠引进设备,成本过高,不适合我国国情。因此,针对目前灌溉存在的不足,以大豆滴灌为研究对象,研制了墒情无线监测系统,进行了滴灌阈值控制试验,并以采集数据为样本,仿真试验了滴灌模糊控制器。主要研究内容如下:(1)研究分析了目前常用节水灌溉控制方法和灌溉方式。根据试验单位对节水灌溉系统的实际需求,确定了节水灌溉系统研究方案。墒情无线监测系统由上位机远程监控中心、下位机控制器和采集节点三部分组成。现场滴灌控制采用阈值控制方法,并进行了滴灌模糊控制仿真试验。(2)完成了墒情无线监测系统的研制,上位机主要完成数据的监测、存储和查询等功能,并通过GPRS200无线模块实现与下位机控制器的远程通信。下位机控制器主要负责采集田间环境参数和灌溉控制。采集节点主要负责土壤湿度的采集和数据的传送。下位机控制器和采集节点通过XL4463无线模块进行数据的传输,并遵循Modbus通信协议。(3)进行了系统田间试验,验证系统采集数据的精准度和阈值控制灌溉效果。将采集的数据和实际测量值进行对比分析,试验结果表明:两者土壤湿度误差在-0.35%~0.21%。数据具很高的精准度。采用阈值方法进行控制时,从低于下限值开始灌溉,达到上限值时停止灌溉后,土壤湿度值从22.12%上升为28.24%,超出作物生长最适宜的湿度(24%-26%)范围,产生很大的超调量,无法为作物提供适宜的土壤湿度环境。(4)根据大豆分枝期对水分的需求,设计了模糊控制器的灌溉系统,以土壤湿度偏差和土壤湿度偏差的变化率作为模糊控制器的决策因子,通过模糊推理输出灌溉量。并用Matlab软件中Simulink仿真和模糊逻辑工具箱对模糊控制算法进行仿真,仿真结果表明,当土壤湿度为22%,湿度偏差为3%,偏差变化率为2%时,输出的灌溉量可以使土壤的湿度达到25.34%,满足作物生长的土壤湿度。因此本系统能够科学有效的对田地中的土壤湿度进行调控,满足作物生长对土壤水分的需求水平,对提高大豆作物产量与品质具有重要意义,同时也能够达到节水的目的。
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