發(fā)布時間：2020-11-05 11:05

　　 隨著大型植物工廠研究的深入,家庭植物工廠受到人們越來越多的關注,在日本、荷蘭、美國等農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)達的國家己經(jīng)進入了產(chǎn)業(yè)化階段。目前我國研發(fā)的家庭植物工廠系統(tǒng),多選用PLC作為核心控制器,成本相對較高,并采用PID算法進行控制,控制效果往往不理想;在營養(yǎng)液循環(huán)過程中,會出現(xiàn)有害微生物和植物自毒物質(zhì),依靠現(xiàn)有技術(shù)往往凈化不徹底;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)衍生出的設備云平臺技術(shù)應用到其中的實例也很少,這些問題都急需改進。本文通過對現(xiàn)有的家庭植物工廠系統(tǒng)進行分析,結(jié)合嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)、設備云平臺技術(shù)、LED光源技術(shù)、智能控制技術(shù),設計并開發(fā)了一種基于嵌入式和設備云平臺的家庭植物工廠系統(tǒng),具體的工作內(nèi)容如下:1.對家庭植物工廠內(nèi)的環(huán)境因子、營養(yǎng)液因子、營養(yǎng)液凈化技術(shù)的特點進行分析,將深紫外LED技術(shù)應用到營養(yǎng)液凈化領域,制定了控制系統(tǒng)功能、算法、工作方式并設計了家庭植物工廠結(jié)構(gòu)。2.對數(shù)據(jù)粗大誤差剔除和傳感器數(shù)據(jù)融合的常用算法進行分析,確定了使用狄克松準則和卡爾曼濾波相結(jié)合的傳感器數(shù)據(jù)融合方案,能夠有效提高傳感器模塊的測量精度,為輸出控制設備的協(xié)調(diào)工作提供依據(jù)。3.根據(jù)光照強度、溫度、濕度、營養(yǎng)液溫度等因素會影響植物正常生長發(fā)育所需的CO2濃度,設計了一個四輸入單輸出的多因素模糊控制系統(tǒng),使CO2濃度始終保持在適合植物正常生長發(fā)育的范圍內(nèi)。4.根據(jù)控制系統(tǒng)功能要求,選擇STM32F103ZET6作為核心處理器,在此基礎上完成傳感器模塊、LCD人機交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、WiFi通信模塊、LED模組和LED驅(qū)動模塊、電機驅(qū)動模塊、繼電器模塊的電路設計,并且證明了本設計的合理性和可靠性。5.為滿足系統(tǒng)實時性的要求,移植UCOSIII嵌入式實時操作系統(tǒng)進行軟件程序編寫;移植EmWin進行了LCD人機交互模塊程序開發(fā);通過WiFi模塊接入機智云云平臺,并基于機智云提供的SDK包以及Android開源框架開發(fā)了一款Android APP,實現(xiàn)了對家庭植物工廠的遠程操控。整體測試結(jié)果表明,系統(tǒng)各項性能均達到了設計要求,具有較高的可靠性,而且成本較低,滿足實際應用的需求。對于降低家庭植物工廠生產(chǎn)成本,使智能化的家庭植物工廠進入千家萬戶具有重要作用。
【學位單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S31;TP273
【部分圖文】：

培養(yǎng)架頂部安裝有５只白色ＬＥＤ燈管，它與Ｅ－Ｇａｒｄｅｎｌ的區(qū)別是沒有額外設計??空調(diào)裝置，充分利用家庭這一應用環(huán)境，以減少設備和運行投入，是一種易于普??及的家庭植物工廠形式。Ｅ－Ｇａｒｄｅｎｌ和Ｅ－Ｇａｒｄｅｎ２外觀如圖１－４所示。??；?．－??１?產(chǎn)’不＇丨?１￥．＇丨??ｎ卜」一－１?＾＾?１??Ｊ?＾?＾?＾?．??Ｉ?＃一１?＿??（ａ）?Ｅ－Ｇａｒｄｅｎｌ?（ｂ）?Ｅ－Ｇａｒｄｅｎ２??圖?１?－４?Ｅ－Ｇａｒｄｅｎ?１?和?Ｅ－Ｇａｒｄｅｎ２??６??

?天津工業(yè)大學碩士學位論文???植物吸收最多的是紅、橙光（６００－６８０ｎｍ），其次是藍紫光和紫外線（３００－５００ｎｍ），??綠光（５００－６００ｎｍ）吸收的很少Ｕｌ］。家庭植物工廠采用ＬＥＤ模組對植物進行補光，??要求光源包含４００－５００ｎｍ的藍紫光和６００－７００ｎｍ的紅橙光，適當?shù)募t色、藍色??光比例，既能保證植物光合作用對光質(zhì)的需求，又能減少無效光譜和能量的消耗。??

２．２系統(tǒng)總體方案設計??２．２．１控制系統(tǒng)功能設計??如圖２－２所示，家庭植物工廠系統(tǒng)由核心處理器、傳感器、ＬＣＤ人機交互模??塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源、ＷｉＦｉ通信模塊、輸出控制模塊以及Ａｎｄｒｏｉｄ?ＡＰＰ組成。??傳感器模塊實現(xiàn)了對系統(tǒng)內(nèi)光照強度、溫濕度、Ｃ０２濃度、營養(yǎng)液溫度、ＥＣ、??ｐＨ和液位等數(shù)據(jù)信息的準確采集；通過在４．３寸ＴＦＴＬＣＤ觸摸屏上搭建人機交??互模塊，可以實時顯示環(huán)境和營養(yǎng)液因子信息，選擇系統(tǒng)的運行模式并對系統(tǒng)內(nèi)??的設備進行操控；數(shù)據(jù)存儲模塊由ＳＰＩ?ＦＬＡＳＨ、ＳＤ卡組成，ＳＰＩ?ＦＬＡＳＨ用來存??放字庫信息，解決核心處理器的ＲＡＭ不足的問題，ＳＤ卡用來更新字庫信息；??核心處理器模塊是控制系統(tǒng)的核心，它根據(jù)傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)，進行分析決??策，并通過ＷｉＦｉ模塊接入設備云平臺，等待ＬＣＤ觸摸屏或Ａｎｄｒｏｉｄ?ＡＰＰ的指令，??１１??
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本文編號：2871546