分析多参数温室花卉智能灌溉系统的测控仪器的控制效果
摘要:本文介绍了一种多参数温室花卉智能灌溉系统的测控仪器。仪器以ARM为核心单元,对营养液混合过程中挑选出具有代表性的两个最重要的参数。混合营养液电导率和混合营养液酸碱度进行实时在线测量与控制。论文代写采用多任务程序设计方法,降低了编写程序的复杂度。针对灌溉过程中营养液混合系统的时变性、延时性、随机性等特点,提出采用模糊逻辑控制技术来实现系统的有效控制。在一定程度上解决了传统控制方法不易得到系统数学模型,难于对控制系统进行有效控制的问题。实验仿真表明:仪器设计可靠,能够达到良好的控制效果。
关键词:ARM 模糊控制 节水灌溉
引言
近年来,温室灌溉中设施栽培技术已成为现代农业发展的热点之一。设施栽培中的关键技术是自动灌溉技术。在国外实行的是大规模的产业化，先进的灌溉技术得到了广泛的发展和应用,并转化为成熟的产品,而国内灌溉系统的自动化程度比较低,自动灌溉技术还处于初步研究阶段。因此,开发具有自主知识产权的节水灌溉测控仪器具有重要的现实意义和推广应用价值。ARM具有优良的性能,它的通信和接口性能使它成为仪器仪表很好的中心控制单元。基于该背景,设计了基于ARM内核的智能灌溉系统测控仪,软件设计中,移植了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ。针对灌溉过程中营养液混合系统的时变性、延时性、随机性等特点,仪器内部采用了模糊逻辑控制方法,适应了复杂系统的实时在线控制。
1仪器整体结构和模块功能
该测控仪分为ARM处理器模块、输入输出模块、人机模块、其他基本功能模块4个部分,结构框图如图1所示
仪器启动后,在自动运行状态,ARM处理器执行各传感器测控论文的采样功能,并根据各采样值,通过相应的控制算法,分别控制各控制。在手动运行时,ARM处理器根据用户指令输出控制指令,控制各执行元件。
1.1 ARM嵌入式处理器S3C44B0x测控仪采用基于ARM7TDMI-S内核的低功耗ARM处理器S3C44B0x。它具有丰富的片上资源:8 KB高速缓存(cache)、可配置的片内SRAM、2路握手功能的UART(通用串行口)、4路DMA控制器、系统管理功能(片选逻辑、FP/EDO/SDRAM控制器)、5路带PWM的定时器、I/O接口、RTC(时钟)、8路10位ADC、ⅡS总线、同步SIO接口和PLL倍频电路。S3C44B0x集成了LCD控制器,可以将显示缓存中的数据传送到外部的LCD驱动电路中,非常适合嵌入式产品的开发。由于使用了该处理器,众多功能模块使得仪器结构紧凑,减少了仪器的复杂度。
1.2输入/输出模块EC、pH传感器是仪器的检测元件。根据仪器设计要求,这2种传感器要实现在线检测,以满足营养液在线混合的需要。代写论文选用DDD-32D型导电仪,该电导率传感器配有自动温度补偿功能;测量范围大,测量上限为1 s/m,满足测量要求;输出信号为0~10 mA,满足S3C44B0x输入信号要求。酸碱度传感器同样满足上述要求。输出模块采用8255扩展并口输出。由于电磁阀等执行元件需要24 V交流驱动,故加入驱动电路。8255输出经三极管放大后驱动固态继电器,进一步控制24 V交流的通断,以驱动电磁阀。
1.3人机模块这部分是由LCD液晶屏显示、键盘两部分电路组成。仪器直接使用S3C44B0x芯片上内置的LCD控制器来构造显示模块,将LCD控制器的控制信号经74HC245驱动后与LCD模块对应信号相连即可。键盘电路采用键盘专用芯片HD7297进行设计。当有键按下时,键值自动保存在寄存器中,通过读取该寄存器,就可获得键盘键号,避免了传统的键盘扫描、计算键值等,方便程序编写。
1.4其他基本功能模块仪器其他基本功能模块包括：由于意外因素导致实际检测值高于设定值上限时,蜂鸣器鸣叫报警；UART模块用于测控仪与上位机进行通讯,以利用PC机的资源；JTAG系统通过仿真器将仪器与PC相连,利用S3C44B0x芯片内部的在线调试模块在上位机上调试程序；电源及时钟电路提供仪器工作时的电源及时钟。
2模糊控制方法的设计
测控仪通过灌溉系统向作物提供的肥料是按一定浓度要求混合在灌溉水中的营养液,营养液在线自动混合控制是测控仪的关键技术。因为测控仪的执行机构是只有2种状态的开关电磁阀,只能控制电磁阀在控制周期内的开关时间比例,用传统控制方法不易得到较好的控制效果,因此,仪器内部采用模糊逻辑控制方法来实现。在设计模糊控制器时,选用二维模糊控制器,即以偏差e和偏差变化Δe作为输入变量。这时的模糊控制器类似于一个PD控制器,从而有利于保证系统的稳定性,减少响应过程的超调量以及削弱其振荡现象。因为灌溉系统延迟很大,代写MBA论文并且由于混合罐中水流的旋转混合方式使检测得到的pH值、EC值的波动大。测控仪输入E、EC的隶属度函数与输出U的隶属度函数基本相同。3仪器软件设计软件设计采用了嵌入式系统开发技术。采用嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ,并使用ARM和Thumb指令集混合编译来优化代码密度。图2是软件运行的流程图。
4结束语
采用ARM嵌入式处理器S3C44B0x实现自动灌溉测控仪的设计,不仅可以减少外设,而且提高了仪器的实时性和可靠性。采用模糊控制算法,解决了传统控制方法不易得到系统数学模型,难于对控制系统进行有效控制的不足。同时,通过移植μC/OS-Ⅱ操作系统,方便了编程,缩短了软件的开发周期,提高了开发效率。实践证明,测控仪能够满足整体性能要求,达到良好的控制效果。
参考文献
[1]郑为键.花卉栽培用微喷灌智能温室控制系统的研制.节水灌溉,2005(4):24-25.
[2]徐爱军.智能化测量控制仪表原理与设计.北京:航空航天大学出版社,1995:28-126.
[3]诸静.模糊控制原理与应用.北京:机械工业出版社,2005:128-134.
[4]张弋力,马明前.基于模糊控制算法的温度控制系统.自动化与仪器仪表,2004(1):21-23.
