硒砂瓜溫室種植模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了針對(duì)中衛(wèi)香山地區(qū)硒砂瓜溫室種植的智能控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)依托溫度傳感器wzppt100、濕度傳感器HS1101以及單片機(jī)MC68HC705 C8等硬件，在采集與處理溫室溫度、濕度、光照度等參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用模糊算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室卷簾機(jī)、換氣扇、供暖器、微管?chē)姷喂嗟认到y(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。
關(guān)鍵詞：溫室；模糊控制；MC68HC705C8；傳感器

硒砂瓜被稱(chēng)為“石頭縫里長(zhǎng)出的兩瓜”，是寧夏中衛(wèi)香山地區(qū)農(nóng)民在沙礫淤積豐富的香山?jīng)_擊扇區(qū)域?qū)⒋罅克樯呈采w在山地表層，利用砂礫鋪壓對(duì)地表所具有的節(jié)水、增溫、保墑效果的一種特殊種植模式下產(chǎn)出的西瓜。這里海拔1 600～1 800 m高的得天獨(dú)厚光熱資源為兩甜瓜中天然葡萄糖、維生素、氨基酸和多種微量元素特別是食物中稀缺的硒元素的積聚提供了獨(dú)特的自然條件，因此產(chǎn)出的西瓜個(gè)大皮厚、保鮮期長(zhǎng)、便于運(yùn)輸、果汁豐富、甘蜜爽口，糖份含量高達(dá)13．8％。
硒砂瓜的營(yíng)養(yǎng)元素含量全面合理，其中，含人體所需的氨基酸18種，維生素3種，微量元素5種，含鈣56 mg／kg，鉀1 090 mg／kg，特別是含有人體保健必需的硒和鋅等微量元素。
溫室種植硒砂瓜可以大幅提高其年產(chǎn)量。如今，硒砂瓜種植產(chǎn)業(yè)科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效的發(fā)展趨勢(shì)，而溫室模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、規(guī)模化種植的必要措施。

1 控制系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)由傳感器子系統(tǒng)、基于模糊算法的單片機(jī)處理子系統(tǒng)、卷簾保暖子系統(tǒng)、供暖與換氣子系統(tǒng)、微管?chē)姷喂嘧酉到y(tǒng)組成，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 模糊算法
眾所周知，溫室環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，具有時(shí)變性、非線性且不確性等特點(diǎn)。如增加室內(nèi)的濕度，就會(huì)引起溫度的降低，同樣，溫度的升高也會(huì)引起室內(nèi)濕度發(fā)生變化，這就為基于傳統(tǒng)控制理論開(kāi)發(fā)溫室控制系統(tǒng)帶來(lái)了很大的困難。模糊控制是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種非線性的控制方法，模糊控制在一定程度上模仿了人在操作控制過(guò)程中的思維和邏輯推理，不需要建立控制對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，只需將現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)總結(jié)成較完善的語(yǔ)言控制規(guī)則并形成模糊控制芯片的工作軟件即可。因此它能解決對(duì)象的不確定性、非線形、時(shí)變性、滯后等問(wèn)題，系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)。
2．1 模糊控制器設(shè)計(jì)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如圖2所示，溫度的實(shí)際測(cè)量值用Tt表示，濕度的實(shí)際測(cè)量值用Ht表示，溫度和濕度設(shè)定值分別用T0、H0表示，將溫濕度誤差ET、EH作為控制器輸入，則ET=Tt-T0，EH=Ht-H0，控制器的輸出變量分別用U1，U2，U3，U4表示，其中，U1-卷簾機(jī)控制；U2-供暖泵控制；U3-換氣風(fēng)扇控制；U4-微管?chē)姷喂嗫刂啤?/p>

其中，T0，H0來(lái)自上位機(jī)，Tt、Ht來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)傳感器，K1、K2為量化因子，實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況及以往人工控制經(jīng)驗(yàn)，可調(diào)整其值。