發(fā)布時(shí)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?cè)絹?lái)越多的關(guān)注,在日本、荷蘭、美國(guó)等農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家己經(jīng)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段。目前我國(guó)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(duì)較高,并采用PID算法進(jìn)行控制,控制效果往往不理想;在營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)過(guò)程中,會(huì)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(shè)備云平臺(tái)技術(shù)應(yīng)用到其中的實(shí)例也很少,這些問(wèn)題都急需改進(jìn)。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的家庭植物工廠系統(tǒng)進(jìn)行分析,結(jié)合嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、設(shè)備云平臺(tái)技術(shù)、LED光源技術(shù)、智能控制技術(shù),設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種基于嵌入式和設(shè)備云平臺(tái)的家庭植物工廠系統(tǒng),具體的工作內(nèi)容如下:1.對(duì)家庭植物工廠內(nèi)的環(huán)境因子、營(yíng)養(yǎng)液因子、營(yíng)養(yǎng)液凈化技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析,將深紫外LED技術(shù)應(yīng)用到營(yíng)養(yǎng)液凈化領(lǐng)域,制定了控制系統(tǒng)功能、算法、工作方式并設(shè)計(jì)了家庭植物工廠結(jié)構(gòu)。2.對(duì)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(jìn)行分析,確定了使用狄克松準(zhǔn)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(cè)量精度,為輸出控制設(shè)備的協(xié)調(diào)工作提供依據(jù)。3.根據(jù)光照強(qiáng)度、溫度、濕度、營(yíng)養(yǎng)液溫度等因素會(huì)影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育所需的CO2濃度,設(shè)計(jì)了一個(gè)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(zhǎng)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(chǔ)上完成傳感器模塊、LCD人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、WiFi通信模塊、LED模組和LED驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、繼電器模塊的電路設(shè)計(jì),并且證明了本設(shè)計(jì)的合理性和可靠性。5.為滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求,移植UCOSIII嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行軟件程序編寫;移植EmWin進(jìn)行了LCD人機(jī)交互模塊程序開發(fā);通過(guò)WiFi模塊接入機(jī)智云云平臺(tái),并基于機(jī)智云提供的SDK包以及Android開源框架開發(fā)了一款A(yù)ndroid APP,實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭植物工廠的遠(yuǎn)程操控。整體測(cè)試結(jié)果表明,系統(tǒng)各項(xiàng)性能均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,具有較高的可靠性,而且成本較低,滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。對(duì)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(jìn)入千家萬(wàn)戶具有重要作用。
【學(xué)位單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(méi)有額外設(shè)計(jì)??空調(diào)裝置，充分利用家庭這一應(yīng)用環(huán)境，以減少設(shè)備和運(yùn)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(xué)碩士學(xué)位論文???植物吸收最多的是紅、橙光（６００－６８０ｎｍ），其次是藍(lán)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(duì)植物進(jìn)行補(bǔ)光，??要求光源包含４００－５００ｎｍ的藍(lán)紫光和６００－７００ｎｍ的紅橙光，適當(dāng)?shù)募t色、藍(lán)色??光比例，既能保證植物光合作用對(duì)光質(zhì)的需求，又能減少無(wú)效光譜和能量的消耗。??

２．２系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)??２．２．１控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)??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(jī)交互模??塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)內(nèi)光照強(qiáng)度、溫濕度、Ｃ０２濃度、營(yíng)養(yǎng)液溫度、ＥＣ、??ｐＨ和液位等數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確采集；通過(guò)在４．３寸ＴＦＴＬＣＤ觸摸屏上搭建人機(jī)交??互模塊，可以實(shí)時(shí)顯示環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)液因子信息，選擇系統(tǒng)的運(yùn)行模式并對(duì)系統(tǒng)內(nèi)??的設(shè)備進(jìn)行操控；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊由ＳＰＩ?ＦＬＡＳＨ、ＳＤ卡組成，ＳＰＩ?ＦＬＡＳＨ用來(lái)存??放字庫(kù)信息，解決核心處理器的ＲＡＭ不足的問(wèn)題，ＳＤ卡用來(lái)更新字庫(kù)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(jìn)行分析決??策，并通過(guò)ＷｉＦｉ模塊接入設(shè)備云平臺(tái)，等待ＬＣＤ觸摸屏或Ａｎｄｒｏｉｄ?ＡＰＰ的指令，??１１??
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本文編號(hào)：2871546