基于PLC的温室灌溉施肥控制系统开题报告-11届邵阳学院电气系毕业设计(论文)开题报告书 - 副本

毕业设计（论文）开题报告书

课题名称基于PLC的温室灌溉施肥控制系统的设计

学生姓名曾泽

学号1141203027

系、年级专业电气工程系11级测控技术与仪器

指导教师王跃球副教授

2015年1 月 6 日

一、课题的来源、目的、意义（包括应用前景）、国内外现状及水平

1 课题的来源

随着科学技术的不断进步，为了改善我国传统农业种植技术落后的现状，发展科学的温室灌溉施肥控制是使农作物优质、高效、高产的手段之一。

2 目的及意义

我国的传统农业种植长期以来采用的是经验式种植方式，很多农民浇地一般都采用大水漫灌，这是一种落后的、粗放的灌溉方式，其缺点较多。一是浪费水严重；二是大量多余水渗入地下，导致地下水位升高，水蒸发量增大，作物产量下降；三是肥料流失严重。由此可见传统农业对资源的浪费比较严重。

现在采用温室施肥灌溉技术控制是一种简便易行的施肥灌溉方式，这种方式投入资金少，见效快，简单易学还方便更好的灌溉施肥。通过对农作物的施肥灌溉进行控制，在保证农作物能充分的吸收所需养分的基础上，可以非常有效的节省水资源，解放出很多的人力资源，减低农作物的种植成本。

3 国内外现状及水平

3.1国外发展现状及水平

随着全球性水资源供需矛盾的日益加剧，世界各国，特别是发达国家都把发展节水高效农业作为农业可持续发展的重要措施。发达国家在生产实践中，始终把提高灌溉（降）水的利用率、作物水分生产效率、水资源的再生利用率和单方水的农业生产效益作为研究重点和主要目标。这些发达国家从最早的水力控制、机械控制，到后来的机械电子混合协调式控制，到当前应用广泛的计算机控制、模糊控制和神经网络控制等，控制精度和智能化程度越来越高，可靠性越来越好，操作也越来越简便。

（1）电气信息技术在灌溉控制中的应用

真正的计算机控制灌溉施肥源于以色列。该国最初把自动化控制技术应用到灌溉中的原因是：以色列足一个极其缺水的国家，从自然条件上讲必须发展节水农业；另一方面是出于中东安全的考虑，以色列人想通过自动化控制技术在家里控制农田灌水，减少由于武装冲突带来的危险。最初的灌溉控制器是一个简单的定时器，这可以看做是灌溉控制自动化的第一阶段。随着控制技术、传感器的发展，以色列开发了现代诊断式控制器，这种控制器把以前不能采集到的信息通过不同的传感器来获得，通过互联网、远程控制、CSM等来实现数据传输，然后通过计算机中的一些模型来处

理信息，做出灌溉施肥计划。

（2）人工智能在灌溉中的应用

由于土壤湿度传感器的非线性以及其输出延迟较大，采用传统的反馈控制方法很难得到满意的结果，而近几年由于人工智能技术的发展，使得人工智能技术在节水灌溉中的应用显示出广阔的前景，其中包括用专家系统、模糊逻辑系统、神经网络来预测和建模，使得灌溉控制器用这些智能技术来及时、准确地预测环境参数，同时控制这些参数使得它更适合于作物生长。模糊控制和神经网络在灌溉控制器中的应用较多，这些系统一般以土壤湿度传感器测土壤水分，同时还通过自动天气预报站估算出作物的蒸腾量，然后把这两个信息经模糊化后输入到模糊控制器，模糊控制器经模糊规则决策得出模糊输出，再把该模糊输出精确化传送给执行机构，控制电磁阀动作。如果该控制不能得到满意的结果，则可以通过神经网络来优化控制规则。

模糊控制不需被控对象的精确模型，它是根到另一个神经网络去预测灌溉需求。根据人的手动经验或专家的知识来设计的。一个有经验的农民能知道合适的灌溉时间和灌溉量，既然模糊控制能够模拟人的推理能力。所以把模糊控制技术和传统的控制方法结合将是非常有发展前途的。

3.2 国内发展现状及水平

温室施肥灌溉控制作为一种新的模式，最适合于中国目前水资源缺乏的现状。在我国施肥灌溉技术的发展始于1974年，随着科学技术的推广，这种施肥灌溉技术在不断的发展进步。近30年来，智能化施肥灌溉技术在研制过程中采用PLC程序来控制可未是做到了精益求精。此项技术从历史发展至今大体经历了三个相对来说较重要的阶段：

第一阶段（1974-1980年）：进行国内生产设备的研制，开展了相应的施肥灌溉应用试验。1980年我国第一代成套设备诞生。

第二阶段（1981-1996年）：引进国外先进工艺技术，设备国产规模化生产基础逐渐形成。该技术由开始的小面积应用到较大面积的推广，试验研究已经取得了丰硕的成果，被农业生产的很多人认可。

第三阶段（1996年至今）：由于此技术的实用性，这种施肥灌溉技术的理论及技术的应用日趋被重视，很多地方根据各自的情况开展了技术研讨和技术培训班，施肥灌溉技术已在大面积推广。

二、课题研究的主要内容、研究方法或工程技术方案和准备采取的措施

1 课题研究的主要内容

设计基于某地某种农作物的温室灌溉施肥的控制系统，选用三菱PLC作为控制器进行系统设计，实现按作物需水量和需肥量进行自动灌溉与施肥，供温室作物较好地吸收养分和水分，以提高温室作物产量和品质。

具体工作有：

（1）明确设计结构，进行设计分析。

（2）确定控制的系统方案。

（3）温室灌溉施肥系统的计算和元件选择。

（4）控制系统的软件设计。

（5）控制系统的效果检验。

2 研究方法和准备采取的措施

先采用各种检测控制系统，实现对温室数据的获取与传输；采用PLC构建控制系统，实现对施水量和施肥量的控制；使各硬件、实时动态监控系统及通信达到分布式的控制结构，使各子系统相对独立，管理与控制功能分开。

准备采取的措施有：

（1）了解影响作物生长的湿度环境、温室灌溉决策因子、温室灌溉与施肥控制系统的现状，确定温室灌溉施肥系统的设计方案。

（2）选用三菱PLC做主控制器，进行硬件设计。

（3）在设计好的硬件的基础上设计好软件程序。

（4）在计算机上完成仿真实验，通过仿真结果来确定设计方案是否可行。

三、现有基础和具备的条件

1、已顺利修完大学阶段的各项专业课程，具备了一定的专业设计的理论条件。

2、在实践教学当中，完成了实践性设计任务，具备了一定的设计经验。

3、在认识实习过程中，对较为复杂的控制系统有了客观的认识。

4、参考资料：

[1]周亮亮.温室PLC模糊灌溉施肥控制系统研究[D].昆明理工大学硕士学位论文,2010.

[2]周亮亮.基于模糊控制的温室灌溉施肥控制系统[J].浙江农业科学,2012.

[3]王智乾.基于PLC的温室模糊灌溉控制系统研究[D].昆明理工大学硕士学位论文,2012.

[4]俞卫东.基于PLC的智能灌溉施肥机的研制[J].中国农机化学报,2013.

[5]李荭娜.自动化施肥控制系统的研究[D].天津大学硕士学位论文,2007.

[6]张瑞峰.作物点滴施肥智能控制系统的研究[D].青岛理工大学硕士学位论文,2013.

[7]黄兆波.温室环境下花卉精准灌溉系统研究[D].云南大学硕士学位论文,2011.

[8]李伟.基于PLC技术的自动化灌溉施肥系统的设计[J].农机化研究,2011.

[9]周梅芳.基于PLC的智能PID控制方法及其应用[J].化工自动化及仪表.2003年06期.

[10]李凯.实时施肥灌溉自动控制系统的研制[J].江苏理工大学学报.2001年01期.

[11]李锐.单片机实现自动灌溉及施肥系统[J].计算机应用.2001年S1期.

[12]罗金耀.我国设施农业节水灌溉理论与技术研究进展[J].节水灌溉;2003年03期.

[13]孙宁宁.大棚温室作物需水量计算模型研究进展[J].节水灌溉.2006年02期.

[14]高国涛.控制环境植物生产系统中营养液的检测与控制技术[J].农业装备技术.2006年01期.

[15]W E Eder. Design modeling a design science approach [J].Journal of engineering

Design,1998,9(4):353～371.

[16]Doughty S. Mechanics of Machines. New York: John Wiley &Sons Inc., 1988.

四、总的工作任务，进度安排以及预期结果

1 总的工作任务

（1）查阅相关课题资料，写好开题报告和文献综述。

（2）确定好设计思路，完成设计方案。根据设计方案完成控制系统的硬件及软件设计。

（3）对温室灌溉施肥控制系统的做仿真实验，根据仿真结果对设计的系统进行修改。

（4）对系统设计进行总结分析，准备答辩。

2 进度安排

2014年12月1日-12月30日：毕业设计初期，查阅课题相关资料，对课题设计内容有一个初步了解，并完成开题报告、文献综述，待学校抽查。

2015年1月1日-2月28日：毕业设计初步设想及草案，根据设计要求，熟悉自动灌溉与施肥工作原理，完成电气原理图的初步设计，并完成一篇相关文献翻译。

2015年3月1日-4月30日：进一步熟悉各控制系统，学习梯形图等编程方法。按要求编写相应程序，结合实验室硬件进行试验调试，即毕业设计两次中期检查，设计基本完成。

2015年5月1日-5月20日：分析、总结控制系统性能指标及规律，并对毕业设计调整、修改、完善，即等待答辩。

3 预期结果

通过深入了解影响作物生长的湿度环境、温室灌溉决策因子、温室灌溉与施肥控制系统的现状及发展趋势及灌溉与施肥控制实现方法，选用三菱PLC作为主控制器，完成包括I/0表、硬件构成及电气原理图的硬件设计。再在完成硬件设计的基础上完成包括流程图、PLC控制主程序及各子程序的软件设计。通过仿真，能实现对温室的指标参数进行实时监控并进行调节，实现按作物需水量和需肥量进行自动灌溉与施肥，供温室作物较好地吸收养分和水分，保证温室作物健康生长。

五、指导教师审阅意见

指导教师（签名）

年月日六、教研室审查意见

教研室主任（签名）

年月日七、系审查意见

主管系领导（签名）

年月日备注