论文部分内容阅读
灌溉施肥智能化控制技术已成为现代设施农业的关键技术，营养液的调配效果直接影响作物的生长。而目前的自动灌溉施肥系统，其母液配比精度以及混肥后营养液的电导率(EC)和pH值的控制效果都不令人满意，因此本文设计一套精确自动灌溉施肥测控系统，提高了营养液调配的控制效果和实现各通道母液精确配比。
首先，根据精确自动灌溉施肥测控系统的功能需求对控制系统的硬件和软件进行设计。控制系统硬件设计包括MCU的选择、核心模块设计以及电气控制系统设计。控制系统软件设计包括核心控制器测控流程设计、人机交互机软件设计以及核心控制器与人机交互机通信模块设计。
接着，采用P-模糊PID控制和Smith预估相结合的方法设计了自动灌溉施肥系统的营养液EC、pH控制器，对Smith预估进行了优化并且基于灌溉流量对EC控制器进行了改进。对不同灌溉流量下EC、pH的调控效果进行了试验，结果表明相比现有的控制方法，本文设计的营养液EC、pH控制器减小了系统超调量和调节时间，实现了EC、pH的同步调控。EC、pH控制的平均最大超调量分别为4.9％、0.79％，从清水状态到控制到营养液EC/pH值为(1.5mS/cm，6.5)的平均上升时间分别为74.5s、67s，从营养液EC/pH值为(1.5mS/cm，6.5)控制到(2.5mS/cm，6.2)的平均上升时间分别为80s、84.5s，平均稳态误差分别为±0.08mS/cm、±0.06，满足控制器设计要求，提高了水肥的利用率。
然后，分析了吸肥流量控制误差产生的原因，在此基础上采用迭代的方法设计了多路母液配比误差修正模型，并通过试验确定了修正周期，最后进行了多路母液配比误差修正试验。试验结果表明本文设计的多路母液配比误差修正模型在不同PWM实际输出占空比和各路母液配比的情况下均有非常好的修正效果，最大配比误差最终稳定在2％～3％之间，实现了各路母液最大配比误差小于5％的要求。
最后，设计了能够实现自动灌溉施肥机从供水、吸肥、营养液配制到灌溉/施肥的全工作过程的状态监测的装置和监测方法，确保自动灌溉施肥机工作稳定。