[發(fā)明專利]基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)液及溶解氧測(cè)控系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810058519.X
• 申請(qǐng)日: 2008-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN101303594A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戈振揚(yáng);高國(guó)濤;王濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418;G05B13/02;A01G31/02
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 金耀生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)液及溶解氧測(cè)控系統(tǒng)，屬于農(nóng)業(yè)、林業(yè)及種植業(yè)實(shí)現(xiàn)無(wú)土栽培技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

20世紀(jì)70年代以來(lái)，可控環(huán)境農(nóng)業(yè)得到了廣泛的研究與發(fā)展，以滿足對(duì)各種農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)量產(chǎn)地反季節(jié)環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展等的要求?？煽丨h(huán)境農(nóng)業(yè)的一個(gè)主要的方向就是應(yīng)用植物營(yíng)養(yǎng)液實(shí)現(xiàn)植物的無(wú)土栽培。無(wú)土栽培具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約用水、克服連作障礙等特點(diǎn)。同時(shí)，還可以減輕病蟲害對(duì)農(nóng)作物的侵染，也防止了在土壤栽培中因施用人體排泄物帶來(lái)的寄生蟲卵，產(chǎn)品清潔衛(wèi)生。

營(yíng)養(yǎng)液栽培是控制環(huán)境植物生產(chǎn)中的重要方法，營(yíng)養(yǎng)液為作物正常生長(zhǎng)發(fā)育提供所需的各種營(yíng)養(yǎng)元素，其中各種離子的濃度和供應(yīng)量是保證作物健康生長(zhǎng)的關(guān)鍵。

營(yíng)養(yǎng)液中各組分、EC值、pH值和溶解氧濃度等變化十分復(fù)雜，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述，傳統(tǒng)控制策略難以獲得滿意的控制效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)溫室營(yíng)養(yǎng)液及溶解氧調(diào)控過(guò)程中存在的問(wèn)題，提供一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)液及溶解氧測(cè)控系統(tǒng)，其采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)對(duì)營(yíng)養(yǎng)液及溶解氧進(jìn)行調(diào)控，設(shè)計(jì)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器將營(yíng)養(yǎng)液及溶解氧的各參量控制在專家設(shè)定值水平，以滿足控制環(huán)境植物生產(chǎn)中作物生長(zhǎng)的需要。

基于自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的用于營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中的組分(如NO₃^-、K⁺和Ca²⁺等)、EC值、pH值和溶解氧濃度等進(jìn)行控制。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器由NO₃^-離子濃度模糊控制模塊、pH值模糊控制模塊、溶解氧濃度模糊控制模塊組成，采用雙輸入、單輸出的二維模糊控制器，輸出端連接到營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)串行口連接單片機(jī)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中的組分(如NO₃^-、K⁺和Ca²⁺等)、EC值、pH值和溶解氧濃度等進(jìn)行控制。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊根據(jù)輸入的營(yíng)養(yǎng)液參數(shù)數(shù)據(jù)，采用模糊控制算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，輸出相應(yīng)的控制量，通過(guò)串行口將控制信號(hào)送入單片機(jī)，下位機(jī)系統(tǒng)根據(jù)接收的控制信號(hào)由驅(qū)動(dòng)電路控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的調(diào)控。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)液及溶解氧測(cè)控系統(tǒng)，包括營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器和微控制器。

所述營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)由栽培床、營(yíng)養(yǎng)液池、供液管道和回流管道組成。

用于營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，由NO₃^-離子濃度模糊控制模塊、pH值模糊控制模塊、溶解氧濃度模糊控制模塊組成，采用雙輸入、單輸出的二維模糊控制器，輸出端連接到營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)串行口連接單片機(jī)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中的組分(如NO₃^-、K⁺和Ca²⁺等)、EC值、pH值和溶解氧濃度等進(jìn)行控制。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊根據(jù)輸入的營(yíng)養(yǎng)液參數(shù)數(shù)據(jù)，采用模糊控制算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，輸出相應(yīng)的控制量，通過(guò)串行口將控制信號(hào)送入單片機(jī)，下位機(jī)根據(jù)接收的控制信號(hào)由驅(qū)動(dòng)電路控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的調(diào)控。

微控制器由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成，上位機(jī)采用普通的PC機(jī)，下位機(jī)采用單片機(jī)，上、下位機(jī)以RS-232實(shí)現(xiàn)串行通信。下位機(jī)采用單片機(jī)對(duì)營(yíng)養(yǎng)液參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊根據(jù)輸入的營(yíng)養(yǎng)液參數(shù)數(shù)據(jù)，采用模糊控制算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，輸出相應(yīng)的控制量，通過(guò)串行口將控制信號(hào)送入單片機(jī)，下位機(jī)根據(jù)接收的控制信號(hào)由驅(qū)動(dòng)電路控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的調(diào)控。上位機(jī)采用普通的PC機(jī)以RS-232實(shí)現(xiàn)串行通信，通過(guò)串行口將處理后的數(shù)據(jù)送入PC機(jī)，PC機(jī)接收數(shù)據(jù)并顯示營(yíng)養(yǎng)液各參數(shù)的變化情況。

本發(fā)明的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)液及溶解氧測(cè)控系統(tǒng)，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)對(duì)營(yíng)養(yǎng)液及溶解氧進(jìn)行調(diào)控，設(shè)計(jì)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器將營(yíng)養(yǎng)液及溶解氧的各參量進(jìn)行控制，以滿足控制環(huán)境植物生產(chǎn)中作物生長(zhǎng)的需要。建立循環(huán)營(yíng)養(yǎng)液多組分的在線檢測(cè)與控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的獲取營(yíng)養(yǎng)液中各組分濃度的變化狀況，可根據(jù)作物在各生長(zhǎng)期間對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的需求合理的調(diào)配營(yíng)養(yǎng)液的配比。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的營(yíng)養(yǎng)液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的溶解氧濃度控制仿真框圖；