物联网温室群双模糊控制系统的设计.pdf

物 联 网 温 室 群 双 模 糊 控 制 系 统 的 设 计 刘 洋 1 许 燕 1 彭 炫 1 周 建 平 1 张 斌 2 1 新 疆 大 学 机 械 工 程 学 院 乌 鲁 木 齐 8 3 0 0 4 7 2 新 疆 产 品 质 量 监 督 检 验 研 究 院 乌 鲁 木 齐 6 5 0 1 0 5 摘 要 受 普 遍 缺 水 的 国 情 及 现 代 种 植 业 向 着 产 业 化 和 规 模 化 发 展 趋 势 的 影 响 设 施 农 业 得 到 了 长 足 发 展 我 国 的 温 室 面 积 不 断 扩 大 且 温 室 中 的 种 植 作 物 也 日 趋 丰 富 和 多 变 为 实 现 对 温 室 群 的 统 一 准 确 调 控 与 各 温 室 不 同 作 物 的 科 学 种 植 提 出 了 一 种 远 程 服 务 器 与 物 联 网 技 术 相 结 合 的 调 控 系 统 调 控 系 统 以 嵌 入 式 W e b 服 务 器 为 核 心 结 合 S T M 3 2 单 片 机 为 底 层 控 制 器 采 用 M o d b u s 通 信 协 议 实 现 温 室 群 与 控 制 端 的 信 息 动 态 交 流 同 时 现 场 控 制 器 增 设 S D 卡 功 能 及 双 模 糊 规 则 实 现 了 在 通 信 受 阻 状 况 下 温 室 数 据 的 本 地 保 存 及 对 环 境 参 数 的 准 确 控 制 用 户 可 通 过 I n t e r n e t 访 问 服 务 端 借 助 浏 览 器 或 网 关 端 的 首 部 控 制 柜 参 考 数 据 库 内 写 入 的 科 学 种 植 决 策 和 上 传 温 室 各 类 环 境 参 考 数 据 即 可 实 现 对 各 温 室 环 境 多 因 子 参 数 的 合 理 调 控 控 制 端 多 种 自 动 控 制 方 法 的 集 成 为 用 户 提 供 了 丰 富 的 选 择 对 实 现 温 室 群 科 学 高 效 化 管 理 具 有 重 要 的 实 际 应 用 意 义 关 键 词 温 室 群 物 联 网 双 模 糊 控 制 器 M O D U B U S 通 信 协 议 作 物 多 变 性 中 图 分 类 号 S 6 2 5 5 1 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 0 0 3 1 8 8 X 2 0 2 1 1 0 0 1 8 5 0 6 0 引 言 自 2 0 1 2 年 互 联 网 一 词 首 次 提 出 以 来 互 联 网 与 工 业 金 融 医 疗 等 诸 多 传 统 领 域 的 融 合 也 成 了 人 们 关 注 的 话 题 也 为 我 国 农 业 现 代 化 发 展 提 供 了 新 的 动 力 随 着 电 子 控 制 物 联 网 通 信 服 务 器 等 技 术 的 飞 速 发 展 以 及 温 室 农 业 技 术 水 平 的 大 幅 提 升 新 兴 技 术 与 农 业 相 结 合 的 思 想 也 随 之 深 入 人 心 1 随 着 现 代 化 温 室 种 植 业 向 着 产 业 化 规 模 化 的 趋 势 发 展 及 农 业 用 水 缺 口 的 巨 大 2 温 室 种 植 面 积 越 来 越 广 但 是 大 部 分 温 室 群 还 存 在 着 所 在 位 置 较 为 偏 僻 各 温 室 控 制 系 统 相 对 独 立 现 场 环 境 差 线 缆 设 备 安 装 工 作 量 大 及 控 制 因 素 单 一 等 问 题 3 成 本 较 高 用 户 现 场 管 理 也 费 时 费 力 影 响 温 室 规 模 化 发 展 的 进 程 此 外 温 室 中 种 植 对 象 向 着 多 样 性 多 变 性 发 展 的 特 点 也 越 来 越 明 显 4 为 尽 可 能 减 轻 用 户 的 工 作 量 减 少 温 室 生 产 成 本 方 便 农 户 管 理 如 何 以 更 加 便 捷 的 手 段 对 温 室 进 行 科 学 管 控 是 当 前 设 施 农 业 发 展 的 热 收 稿 日 期 2 0 2 0 0 3 0 4 基 金 项 目 自 治 区 重 点 研 发 计 划 项 目 2 0 1 7 B 0 1 0 0 3 2 自 治 区 高 校 科 研 计 划 自 然 科 学 重 点 项 目 X J E D U 2 0 1 8 I 0 0 6 新 疆 叶 城 县 农 产 品 销 售 双 线 九 进 和 沪 喀 品 牌 推 广 项 目 第 一 包 K S H S Y 2 0 1 9 0 9 0 1 作 者 简 介 刘 洋 1 9 9 4 男 新 疆 伊 犁 人 硕 士 研 究 生 E m a i l 8 4 7 7 7 1 9 1 4 q q c o m 通 讯 作 者 许 燕 1 9 7 4 女 乌 鲁 木 齐 人 教 授 E m a i l l i l i x i u z 1 6 3 c o m 点 研 究 内 容 之 一 5 温 室 环 境 远 程 调 控 系 统 就 是 高 效 解 决 方 案 之 一 虽 然 国 外 相 关 技 术 较 为 成 熟 6 自 动 化 水 平 较 高 但 受 地 理 气 候 或 技 术 标 准 的 不 同 直 接 引 用 成 本 的 高 昂 且 不 能 适 应 我 国 温 室 种 植 以 家 庭 为 主 的 现 状 普 及 难 度 较 大 目 前 嵌 入 式 设 备 以 其 易 于 开 发 功 能 强 大 物 美 价 廉 等 优 点 在 国 内 温 室 环 境 远 程 调 控 系 统 中 使 用 广 泛 但 很 多 系 统 需 要 用 户 安 装 相 适 配 的 P C 端 或 手 机 端 的 应 用 软 件 来 实 现 远 程 监 控 7 增 加 了 应 用 成 本 与 基 于 W e b 服 务 器 的 系 统 相 比 使 用 不 够 便 捷 现 有 的 W e b 服 务 器 温 室 控 制 系 统 大 多 以 为 用 户 提 供 温 室 内 部 环 境 参 数 为 主 8 虽 然 部 分 实 现 了 自 动 控 制 功 能 但 只 允 许 管 理 员 进 行 相 关 操 作 9 且 存 在 手 动 控 制 模 式 下 控 制 方 法 较 为 单 一 精 度 不 高 及 用 户 在 更 换 种 植 作 物 后 缺 乏 科 学 的 种 植 决 策 等 问 题 为 此 提 出 一 种 基 于 嵌 入 式 W e b 服 务 器 的 温 室 群 双 模 糊 调 控 系 统 借 助 阿 里 云 腾 讯 云 等 运 营 商 的 服 务 平 台 用 户 通 过 访 问 P C 端 或 手 机 端 浏 览 器 的 方 式 即 可 实 现 对 温 室 群 的 统 一 监 控 及 温 室 中 不 同 作 物 生 长 环 境 的 差 异 化 种 植 1 系 统 总 体 设 计 系 统 采 用 基 于 物 联 网 的 测 控 层 网 关 层 服 务 层 3 层 式 结 构 使 用 C S 架 构 和 B S 架 构 的 混 合 方 式 主 要 由 温 室 现 场 测 控 层 中 间 网 关 层 W e b 服 务 器 层 及 用 户 接 入 层 等 组 成 如 图 1 所 示 现 场 测 控 层 负 责 收 集 各 温 室 作 物 的 各 类 环 境 数 据 及 对 现 场 调 控 设 备 的 5 8 1 2 0 2 1 年 1 0 月 农 机 化 研 究 第 1 0 期 直 接 控 制 由 中 间 网 关 层 统 一 集 中 和 处 理 再 通 过 D T U 以 访 问 I P 的 方 式 远 程 接 入 服 务 器 服 务 端 集 成 了 数 据 库 和 网 页 服 务 功 能 用 户 通 过 浏 览 器 访 问 服 务 端 或 在 现 场 即 可 查 看 各 温 室 实 时 环 境 数 据 和 作 物 长 势 情 况 也 能 执 行 各 温 室 控 制 方 法 的 选 择 查 看 科 学 的 种 植 决 策 等 操 作 整 个 系 统 通 用 M o db u s R t u 协 议 便 于 系 统 内 各 模 块 的 功 能 对 接 M o dbu s 是 工 业 现 场 应 用 一 种 串 行 通 信 协 议 是 M o di c o n 公 司 现 在 的 施 耐 德 电 气 S c h ne i d e r E l e c t r i c 于 1 9 7 9 年 为 方 便 工 业 控 制 器 通 信 而 开 发 已 成 为 各 种 工 业 电 子 设 备 之 间 最 常 用 的 连 接 方 式 和 工 业 领 域 的 总 线 规 则 1 0 M o db us 协 议 广 泛 使 用 的 主 要 因 素 有 协 议 是 开 源 的 且 没 有 版 权 购 买 要 求 易 于 部 署 和 维 护 对 开 发 者 来 说 做 多 次 开 发 没 有 太 多 的 限 制 M o d bu s 协 议 允 许 多 个 大 约 2 4 0 个 从 站 设 备 连 接 到 一 个 M o d bus 主 站 中 例 如 多 个 测 量 温 度 和 湿 度 的 装 置 需 将 数 据 发 送 给 计 算 机 在 数 据 采 集 装 置 与 P C 控 制 系 统 SC A D A 中 M o db us 则 成 了 计 算 机 和 远 程 终 端 控 制 系 统 R T U 信 息 交 流 的 媒 介 图 1 系 统 结 构 图 F i g 1 S y s t e m s t r u c t u r e d i a g r a m 2 系 统 各 层 软 硬 件 设 计 2 1 温 室 现 场 测 控 层 温 室 现 场 测 控 层 是 系 统 的 现 场 执 行 层 以 嵌 入 式 处 理 器 为 核 心 选 择 高 速 S T M 3 2 单 片 机 作 为 各 温 室 控 制 器 其 集 成 了 非 常 丰 富 的 接 口 能 扩 展 外 接 多 类 通 信 模 块 及 其 他 功 能 模 块 开 发 工 具 和 资 料 比 较 齐 全 方 便 用 户 做 多 次 开 发 可 选 择 的 型 号 非 常 多 增 加 了 用 户 的 可 选 择 性 功 耗 较 低 对 各 种 流 行 的 嵌 入 式 操 作 系 统 或 网 站 都 能 较 好 地 支 持 开 发 成 本 低 廉 在 控 制 器 嵌 入 的 全 部 外 设 都 工 作 的 状 态 下 微 处 理 器 消 耗 的 电 流 量 仅 为 1 4 4 m A 温 室 现 场 测 控 层 主 要 包 含 环 境 信 息 监 测 和 环 境 因 子 调 控 两 大 功 能 模 块 环 境 监 测 功 能 结 合 C O 2 传 感 器 光 照 传 感 器 等 各 类 传 感 器 完 成 对 温 室 内 外 环 境 物 理 参 数 信 息 如 温 室 内 的 光 照 温 湿 度 C O 2 浓 度 等 信 息 的 实 时 采 集 和 上 传 温 室 内 部 作 物 长 势 状 况 信 息 由 现 场 摄 像 头 完 成 采 集 为 用 户 提 供 较 完 整 的 作 物 生 长 数 据 做 决 策 参 考 当 通 讯 模 块 工 作 受 阻 时 控 制 器 中 嵌 入 的 SD 卡 会 将 温 室 数 据 储 存 在 内 待 通 信 正 常 后 实 时 上 传 便 于 用 户 查 看 完 整 的 历 史 数 据 控 制 器 内 设 置 了 定 时 器 功 能 3 0 s 以 轮 询 的 方 式 向 传 感 器 发 送 1 次 查 询 指 令 4 0 s 上 传 1 次 数 据 环 境 调 控 功 能 实 现 的 基 础 是 各 温 室 内 的 各 类 执 行 设 备 如 水 阀 热 风 炉 卷 帘 机 等 控 制 器 以 协 议 规 范 接 收 和 处 理 来 自 网 关 层 下 发 的 指 令 包 后 执 行 相 应 的 控 制 命 令 同 时 将 接 收 的 自 动 控 制 指 令 存 入 自 身 的 N a n d f l a s h 寄 存 器 中 避 免 在 断 电 状 况 下 自 动 参 数 丢 失 的 情 况 保 证 系 统 的 稳 定 运 行 控 制 器 内 置 模 糊 控 制 等 多 种 控 制 算 法 以 存 入 寄 存 器 中 的 自 动 控 制 环 境 参 数 如 空 气 温 度 土 壤 湿 度 等 设 定 值 为 输 入 量 提 高 各 温 室 内 自 调 控 的 准 确 性 使 温 室 内 的 环 境 因 子 尽 量 接 近 所 设 的 参 数 值 以 此 为 温 室 作 物 提 供 适 宜 的 生 长 条 件 测 控 层 和 网 关 层 之 间 的 通 信 采 用 4 3 3 M 模 块 有 效 通 信 距 离 3 km 最 大 通 信 距 离 7 km 能 有 效 地 保 证 通 信 质 量 是 各 温 室 控 制 器 与 外 界 信 息 交 流 的 通 信 媒 介 控 制 器 如 图 2 所 示 图 2 温 室 控 制 器 F i g 2 G r e e n h o u s e c o n t r o l l e r 2 2 双 模 糊 控 制 器 设 计 温 室 控 制 系 统 是 非 线 性 系 统 数 学 模 型 不 易 建 立 导 致 系 统 控 制 困 难 模 糊 控 制 以 模 糊 数 学 语 言 推 理 及 隶 属 度 函 数 和 为 基 础 1 1 不 用 准 确 的 数 学 模 型 使 用 模 糊 的 控 制 量 如 高 中 低 大 小 等 对 被 控 对 象 进 行 控 制 因 此 釆 用 模 糊 推 理 方 法 研 究 温 室 控 制 系 统 系 统 组 成 如 图 3 所 示 图 3 中 虚 线 部 分 是 模 糊 控 制 流 程 是 控 制 器 的 主 要 部 分 对 温 室 环 境 模 糊 控 制 器 进 行 构 建 包 括 以 下 几 个 部 分 1 输 入 输 出 变 量 的 确 定 在 温 室 内 空 气 温 度 相 6 8 1 2 0 2 1 年 1 0 月 农 机 化 研 究 第 1 0 期 对 湿 度 光 照 强 度 和 二 氧 化 碳 浓 度 是 对 作 物 成 长 影 响 最 大 的 环 境 因 素 这 些 环 境 因 素 有 非 线 性 时 变 性 和 耦 合 性 等 特 性 1 2 模 糊 控 制 可 以 避 免 建 立 相 应 的 数 据 模 型 且 在 建 立 规 则 时 可 以 很 好 使 用 专 家 知 识 适 用 于 多 变 量 的 温 室 环 境 控 制 为 了 简 化 设 计 及 提 高 精 度 提 出 了 一 种 基 于 双 模 糊 逻 辑 控 制 器 的 智 能 控 制 方 法 即 根 据 控 制 变 量 的 不 同 将 模 糊 控 制 器 分 为 两 个 部 分 分 别 为 模 糊 控 制 器 1 和 模 糊 控 制 器 2 如 表 1 表 2 所 示 在 程 序 中 做 两 个 处 理 函 数 分 别 对 两 组 变 量 进 行 操 作 图 3 模 糊 控 制 原 理 图 F i g 3 S c h e m a t i c d i a g r a m o f f u z z y c o n t r o l 表 1 控 制 器 1 T a b l e 1 C o n t r o l l e r 1 输 入 量 T 0 H 0 输 出 量 U 0 U 1 U 2 空 气 温 度 加 热 炉 土 壤 湿 度 滴 灌 带 侧 窗 表 2 控 制 器 2 T a b l e 2 C o n t r o l l e r 2 输 入 量 I 0 C 0 输 出 量 U 3 U 4 光 照 强 度 实 际 设 定 差 值 卷 帘 机 C O 2 含 量 实 际 设 定 差 值 C O 2 发 生 器 2 模 糊 控 制 语 言 的 选 择 输 入 输 出 语 言 变 量 的 个 数 要 根 据 实 际 系 统 的 需 求 来 确 定 以 控 制 器 1 为 例 2 类 同 综 合 考 虑 输 入 土 壤 湿 度 语 言 变 量 采 用 N B N S Z E P S P B 5 个 元 素 等 级 其 中 N B 表 示 土 壤 湿 度 2 级 缺 水 N S 表 示 1 级 缺 水 Z E 表 示 湿 度 适 宜 用 户 可 通 过 专 家 知 识 库 查 询 P S 表 示 湿 度 1 级 偏 高 P B 表 示 湿 度 2 级 偏 高 输 入 空 气 温 度 亦 是 同 理 加 热 和 滴 灌 设 备 语 言 变 量 采 用 0 1 2 假 设 1 次 开 2 0 m i n 0 表 示 关 闭 1 表 示 开 启 1 0 m i n 2 表 示 开 启 2 0 m i n 侧 窗 语 言 变 量 采 用 0 1 2 3 0 表 示 关 闭 1 表 示 开 启 3 0 2 表 示 开 启 6 0 3 表 示 开 启 9 0 模 糊 语 言 划 分 范 围 如 表 3 所 示 表 3 模 糊 语 言 划 分 范 围 T a b l e 3 F u z z y l a n g u a g e d i v i s i o n 等 级 土 壤 湿 度 划 定 范 围 空 气 温 度 划 定 范 围 N B 低 于 Z E 1 0 2 0 低 于 Z E 1 0 2 0 N S 低 于 Z E 0 1 0 低 于 Z E 0 1 0 Z E P C 端 设 定 上 下 值 P C 端 设 定 上 下 值 P S 高 于 Z E 0 1 0 高 于 Z E 0 1 0 P B 高 于 Z E 1 0 2 0 高 于 Z E 1 0 2 0 3 隶 属 度 函 数 的 确 定 控 制 器 中 采 用 三 角 形 隶 属 函 数 4 确 定 模 糊 论 域 和 比 例 因 子 5 模 糊 推 理 和 规 则 表 设 计 模 糊 控 制 规 则 一 般 是 根 据 农 户 长 期 种 植 获 得 的 实 践 经 验 和 专 家 知 识 进 行 制 定 表 4 为 模 糊 控 制 规 则 有 2 5 条 规 则 理 想 环 境 因 子 设 定 好 后 即 按 其 执 行 表 4 模 糊 控 制 规 则 表 T a b l e 4 T a b l e o f f u z z y c o n t r o l r u l e s T 0 H 0 N B N S Z E P S P B N B 2 2 0 2 1 0 2 0 0 2 0 1 2 0 1 N S 1 2 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 Z E 0 2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 P S 0 2 2 0 1 2 0 0 2 0 0 2 0 0 3 P B 0 2 3 0 1 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 2 3 服 务 器 管 理 端 设 计 服 务 端 主 要 由 W e b 服 务 器 前 端 界 面 和 C G I 程 序 组 成 采 用 B S 模 式 构 建 借 助 阿 里 腾 讯 等 服 务 器 强 大 的 自 主 开 发 功 能 前 端 界 面 采 用 基 于 ht m l 网 页 技 术 的 J a v a Sc r i pt 语 言 开 发 C G I 程 序 由 M o d b us R t u 协 议 搭 建 运 行 框 架 核 心 依 赖 j a v a 中 的 M o dbu s 4 j 3 0 4 SN A P SH O T j a r 库 当 用 户 操 作 浏 览 器 访 问 服 务 端 时 网 页 通 过 p o s t 方 式 向 服 务 器 发 送 请 求 服 务 器 内 的 监 听 端 口 会 随 时 接 收 并 实 时 下 传 网 关 层 当 无 数 据 交 流 时 服 务 器 会 循 环 等 待 客 户 端 接 入 网 关 层 上 传 的 数 据 通 过 i ns e r t 方 法 存 入 数 据 库 中 再 显 示 在 前 端 页 面 方 便 用 户 查 看 数 据 库 每 1 m i n 上 传 1 次 网 页 显 示 数 据 也 会 随 之 更 新 通 信 链 路 如 图 4 所 示 通 信 链 路 实 现 了 对 现 场 温 室 群 众 多 控 制 器 温 室 的 分 区 处 理 提 高 了 服 务 端 的 工 作 效 率 进 而 保 证 整 个 系 统 的 高 效 运 作 及 对 温 室 现 场 设 备 控 制 效 果 的 7 8 1 2 0 2 1 年 1 0 月 农 机 化 研 究 第 1 0 期 时 效 性 和 准 确 性 服 务 端 与 网 关 端 采 用 D T U 模 块 内 置 物 联 网 卡 进 行 远 程 通 信 主 要 完 成 对 上 传 的 各 温 室 内 部 的 温 度 湿 度 等 环 境 因 子 和 种 植 决 策 的 远 端 储 存 以 及 用 户 接 入 层 网 页 服 务 程 序 的 运 行 用 户 只 需 1 个 浏 览 器 即 能 实 现 对 温 室 内 环 境 数 据 的 实 时 监 测 依 据 数 据 库 内 的 种 植 决 策 和 系 统 反 馈 的 环 境 数 据 在 远 程 端 也 能 实 现 对 温 室 群 中 各 温 室 种 植 作 物 得 科 学 调 控 以 此 为 温 室 作 物 提 供 适 宜 的 生 长 环 境 整 个 服 务 端 网 页 服 务 包 括 3 部 分 即 环 境 信 息 查 询 及 远 程 控 制 系 统 数 据 库 管 理 系 统 视 频 查 询 系 统 图 5 图 6 是 部 分 运 行 界 面 图 4 客 户 端 与 服 务 端 的 通 信 链 路 F i g 4 C o m m u n i c a t i o n l i n k b e t w e e n c l i e n t a n d s e r v e r 图 5 温 室 群 W E B 首 界 面 F i g 5 G r e e n h o u s e g r o u p W E B f i r s t i n t e r f a c e 图 6 种 植 策 略 界 面 F i g 6 P l a n t i n g s t r a t e g y i n t e r f a c e 2 4 中 间 网 关 层 中 间 网 关 层 首 部 控 制 柜 主 要 由 嵌 入 式 处 理 器 S T M 3 2 单 片 机 D T U 通 讯 模 块 4 8 5 集 线 器 4 3 3 M 通 讯 模 块 嵌 入 式 串 口 触 摸 屏 等 构 成 以 嵌 入 式 处 理 器 为 核 心 主 要 负 责 温 室 测 控 层 和 远 程 服 务 器 之 间 的 数 据 交 流 及 现 场 控 制 网 关 层 有 两 个 天 线 分 别 是 G SM D T U 天 线 和 2 4 G 4 3 3 M 天 线 如 图 7 图 8 所 示 图 7 网 关 处 理 器 F i g 7 G a t e w a y p r o c e s s o r 图 8 首 部 显 示 屏 F i g 8 F i r s t d i s p l a y G SM D T U 模 块 首 先 插 入 物 联 网 卡 注 册 G SM 信 息 上 电 初 始 化 后 通 过 I nt e r ne t 以 访 问 I P 的 方 式 连 接 服 务 器 系 统 通 用 M o d bus R T U 协 议 给 每 个 温 室 都 分 配 了 唯 一 地 址 当 访 问 某 个 温 室 执 行 某 项 功 能 时 系 统 会 生 成 1 个 数 据 包 发 给 温 室 现 场 测 控 层 中 对 应 地 址 的 温 室 控 制 器 网 关 层 随 时 监 听 是 否 有 数 据 信 息 传 入 如 果 没 有 监 听 到 数 据 则 一 直 等 待 如 果 监 听 到 数 据 网 关 层 会 对 收 到 的 数 据 对 照 协 议 做 分 析 处 理 图 9 是 网 关 工 作 流 程 图 图 9 网 关 工 作 图 F i g 9 G a t e w a y w o r k i n g d i a g r a m 8 8 1 2 0 2 1 年 1 0 月 农 机 化 研 究 第 1 0 期 2 5 用 户 接 入 层 为 了 兼 顾 接 入 层 的 各 类 用 户 使 用 终 端 个 人 电 脑 平 板 移 动 手 机 等 在 标 准 的 物 联 网 3 层 架 构 上 增 加 了 用 户 接 入 层 用 户 接 入 层 由 P C 端 和 手 持 移 动 终 端 两 部 分 组 成 用 户 可 通 过 环 境 信 息 查 询 及 远 程 控 制 系 统 网 页 查 看 各 温 室 内 外 各 类 环 境 数 据 和 环 境 调 控 设 备 实 时 开 关 状 态 并 可 对 环 境 因 子 设 定 值 进 行 修 改 操 作 以 及 自 主 切 换 自 动 手 动 控 制 方 法 来 选 择 当 前 对 某 温 室 的 控 制 策 略 通 过 视 频 监 控 查 询 系 统 可 执 行 查 看 各 温 室 内 运 作 状 况 浏 览 作 物 长 势 状 况 等 操 作 通 过 数 据 库 管 理 系 统 网 页 可 查 看 各 温 室 环 境 历 史 数 据 和 写 入 的 多 类 作 物 种 植 决 策 为 用 户 科 学 的 种 植 提 供 决 策 依 据 3 系 统 实 验 3 1 实 验 平 台 的 搭 建 为 验 证 系 统 的 可 实 用 性 和 稳 定 性 尽 可 能 接 近 实 际 在 实 验 室 内 用 亚 克 力 板 搭 建 了 模 拟 的 温 室 平 台 温 室 中 填 入 了 土 壤 铺 设 了 滴 灌 带 种 植 了 作 物 温 室 内 置 土 壤 温 湿 度 光 照 空 气 温 湿 度 等 多 路 传 感 器 传 感 器 拟 选 用 山 东 仁 科 传 感 器 测 量 准 确 抗 干 扰 能 力 强 支 持 M o d bu s R T U 协 议 适 用 于 组 态 单 片 机 等 多 种 平 台 的 开 发 方 便 与 整 个 系 统 的 协 议 对 接 卷 帘 机 热 风 炉 L E D 灯 摄 像 头 等 功 能 模 块 也 配 设 完 备 同 时 平 台 设 计 了 相 应 的 控 制 房 实 现 对 温 室 的 管 控 其 中 所 用 元 器 件 皆 是 自 制 以 控 制 房 的 组 态 屏 为 系 统 网 关 层 的 显 示 界 面 以 电 源 4 3 3 M D T U 等 模 块 及 单 片 机 作 为 网 关 层 的 数 据 转 换 处 理 器 上 文 皆 有 介 绍 2 0 1 9 年 1 1 月 1 5 日 2 0 1 9 年 1 2 月 5 日 进 行 温 室 环 境 调 控 测 试 平 台 如 图 1 0 所 示 图 1 0 实 验 平 台 F i g 1 0 E x p e r i m e n t a l p l a t f o r m 3 2 实 验 结 果 分 析 由 于 整 个 系 统 通 用 M o dbu s R t u 协 议 每 个 温 室 都 分 配 了 相 对 应 的 I D 系 统 通 过 寻 址 的 方 式 即 可 对 其 做 相 关 操 作 实 验 中 通 过 改 变 实 验 平 台 控 制 器 的 I D 来 模 拟 不 同 的 温 室 观 察 首 部 端 及 服 务 端 是 否 能 接 收 现 场 数 据 以 及 控 制 指 令 能 否 下 达 到 温 室 实 验 结 果 表 明 系 统 可 较 为 准 确 地 显 示 和 储 存 接 收 各 温 室 实 时 数 据 所 下 发 的 控 制 指 令 如 定 时 灌 溉 定 量 灌 溉 水 泵 控 制 环 境 因 子 设 定 等 能 稳 定 地 执 行 依 据 数 据 库 内 写 入 的 种 植 策 略 及 上 传 的 现 场 数 据 来 修 改 环 境 因 子 设 定 温 度 范 围 1 7 2 0 土 壤 湿 度 范 围 1 3 1 5 下 发 到 模 糊 控 制 器 后 通 过 功 能 模 块 的 调 节 能 将 温 室 环 境 维 持 在 一 个 较 为 接 近 设 定 值 的 范 围 内 从 而 为 作 物 提 供 适 合 生 长 的 外 界 环 境 4 结 论 研 究 开 发 了 一 种 基 于 W e b 服 务 器 的 温 室 群 双 模 糊 调 控 系 统 包 括 现 场 数 据 采 集 单 元 和 控 制 器 每 个 温 室 均 配 备 无 线 通 信 模 块 中 间 网 关 控 制 柜 W e b 服 务 器 等 各 种 调 控 模 块 以 及 系 统 各 层 以 M o u dbus 协 议 为 核 心 的 功 能 运 行 程 序 和 双 模 糊 控 制 器 的 决 策 规 则 与 单 一 的 温 室 控 制 系 统 相 比 该 系 统 为 温 室 群 的 规 模 化 发 展 提 供 了 一 种 有 效 的 执 行 方 案 数 据 库 内 写 入 的 多 类 种 植 决 策 配 合 上 传 的 现 场 环 境 数 据 能 为 用 户 解 决 温 室 作 物 日 趋 丰 富 多 变 的 困 扰 多 种 控 制 方 法 的 写 入 也 为 系 统 增 加 了 使 用 的 灵 活 性 环 境 参 数 范 围 设 定 后 由 历 史 数 据 库 上 传 的 数 据 可 知 实 际 数 值 与 设 定 值 保 持 较 高 的 一 致 性 系 统 运 行 稳 定 同 时 也 存 在 一 些 不 足 系 统 的 最 终 决 策 依 然 需 要 人 力 没 有 实 现 系 统 自 主 的 专 家 决 策 功 能 在 算 法 有 待 进 一 步 优 化 但 对 温 室 群 的 高 效 科 学 管 理 具 有 一 定 的 实 际 参 考 价 值 参 考 文 献 1 方 虹 国 内 外 日 光 温 室 技 术 装 备 的 研 究 与 应 用 分 析 J 农 业 科 技 与 装 备 2 0 1 4 5 4 0 4 1 2 瑞 雪 发 达 国 家 设 施 农 业 现 状 及 发 展 趋 势 J 当 代 农 机 2 0 1 0 5 1 6 3 杜 尚 丰 何 耀 枫 梁 美 惠 等 物 联 网 温 室 环 境 调 控 系 统 J 农 业 机 械 学 报 2 0 1 7 4 8 S 1 2 9 6 3 0 1 4 张 冰 余 艳 伟 鲁 绍 坤 等 基 于 物 联 网 的 集 散 控 制 系 统 在 温 室 群 环 境 监 测 控 制 中 的 应 用 J 江 苏 农 业 科 学 2 0 1 8 4 6 1 3 2 2 6 2 3 1 5 杨 庚 许 建 陈 伟 等 物 联 网 安 全 特 征 与 关 键 技 术 J 南 邮 电 大 学 学 报 自 然 科 学 版 2 0 1 0 3 0 4 2 0 2 9 6 P A H U A R o o p V E R M A H K U D D I N M o i n A w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k f o r g r e e n h o u s e c l i m a t e c o n t r o l J I E E E P e r v a s i v e C o m p u t i n g 2 0 1 3 1 2 2 4 9 5 8 7 李 萍 萍 王 纪 章 温 室 环 境 信 息 智 能 化 管 理 研 究 进 展 J 9 8 1 2 0 2 1 年 1 0 月 农 机 化 研 究 第 1 0 期 农 业 机 械 学 报 2 0 1 4 4 5 4 2 3 6 2 4 3 8 卓 玉 良 基 于 A R M 的 嵌 入 式 服 务 器 的 设 计 D 哈 尔 滨 哈 尔 滨 理 工 大 学 2 0 1 4 9 李 淑 华 郝 星 耀 周 清 波 等 基 于 W e b 的 自 动 灌 溉 控 制 系 统 数 据 实 时 推 送 设 计 与 开 发 J 农 业 工 程 学 报 2 0 1 5 3 1 1 5 1 3 3 1 3 9 1 0 李 明 海 M O D B U S R T U 转 T C P 协 议 远 程 通 讯 在 海 上 平 台 的 应 用 J 当 代 化 工 研 究 2 0 1 9 1 1 3 1 1 3 2 1 1 C A S T A N E D A M I R A N D A R J r V R P e n i c h e V e r a R D R e t a l F u z z y G r e e n h o u s e C l i m a t e C o n t r o l S y s t e m b a s e d o n a F i e l d P r o g r a m m a b l e G a t e A r r a y J B i o s y s t e m s E n g i n e e r i n g 2 0 0 6 9 4 2 1 6 5 1 7 7 1 2 邢 希 君 宋 建 成 吝 伶 艳 基 于 双 模 糊 控 制 器 的 温 室 智 能 控 制 系 统 设 计 J 北 方 园 艺 2 0 1 8 1 8 6 2 6 8 D e s i g n o f D o u b l e F u z z y C o n t r o l S y s t e m f o r I o T G r e e n h o u s e G r o u p L i u Y a ng 1 X u Y a n 1 Z ho u J i a n p i ng 1 P e ng X ua n 1 Z ha ng B i n 2 1 C o l l e g e o f M e c ha ni c a l E ng i n e e r i n g X i nj i a n g U ni v e r s i t y U r u m qi 8 3 0 0 4 7 C h i n a 2 X i nj i a n g P r o duc t Q ua l i t y Su p e r v i s i o n a nd I n s pe c t i o n I ns t i t ut e U r u m q i 6 5 0 1 0 5 C hi na A b s t r a c t A f f e c t e d by t he g e n e r a l l a c k o f w a t e r a n d t h e i nf l u e nc e o f m o de r n pl a n t i n g i n d u s t r y o n i ndu s t r i a l i z a t i o n a n d s c a l e de v e l o pm e nt f a c i l i t y a g r i c ul t ur e ha s m a d e c o ns i de r a bl e pr o g r e s s T h e g r e e n ho us e a r e a i n C hi na i s c o ns t a nt l y e x p a n di ng A t t he s a m e t i m e c r o ps g r