硒砂瓜溫室種植模糊控制系統設計

摘要：設計了針對中衛香山地區硒砂瓜溫室種植的智能控制系統，設計依托溫度傳感器wzppt100、濕度傳感器HS1101以及單片機MC68HC705 C8等硬件，在采集與處理溫室溫度、濕度、光照度等參數的基礎上，采用模糊算法，實現對溫室卷簾機、換氣扇、供暖器、微管噴滴灌等系統的實時控制。
關鍵詞：溫室；模糊控制；MC68HC705C8；傳感器

硒砂瓜被稱為“石頭縫里長出的兩瓜”，是寧夏中衛香山地區農民在沙礫淤積豐富的香山沖擊扇區域將大量碎沙石覆蓋在山地表層，利用砂礫鋪壓對地表所具有的節水、增溫、保墑效果的一種特殊種植模式下產出的西瓜。這里海拔1 600～1 800 m高的得天獨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特的自然條件，因此產出的西瓜個大皮厚、保鮮期長、便于運輸、果汁豐富、甘蜜爽口，糖份含量高達13．8％。
硒砂瓜的營養元素含量全面合理，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量。如今，硒砂瓜種植產業科學化、標準化發展已經成為當地農民增收、農業增效的發展趨勢，而溫室模糊控制系統的設計與實施，是實現科學化、規模化種植的必要措施。

1 控制系統概述
本系統由傳感器子系統、基于模糊算法的單片機處理子系統、卷簾保暖子系統、供暖與換氣子系統、微管噴滴灌子系統組成，基本結構如圖1所示。

2 模糊算法
眾所周知，溫室環境系統是一個復雜的大系統，具有時變性、非線性且不確性等特點。如增加室內的濕度，就會引起溫度的降低，同樣，溫度的升高也會引起室內濕度發生變化，這就為基于傳統控制理論開發溫室控制系統帶來了很大的困難。模糊控制是以模糊數學為基礎發展起來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程中的思維和邏輯推理，不需要建立控制對象精確的數學模型，只需將現場操作人員的經驗和數據總結成較完善的語言控制規則并形成模糊控制芯片的工作軟件即可。因此它能解決對象的不確定性、非線形、時變性、滯后等問題，系統的魯棒性強。
2．1 模糊控制器設計
系統設計中，如圖2所示，溫度的實際測量值用Tt表示，濕度的實際測量值用Ht表示，溫度和濕度設定值分別用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-卷簾機控制；U2-供暖泵控制；U3-換氣風扇控制；U4-微管噴滴灌控制。

其中，T0，H0來自上位機，Tt、Ht來自現場傳感器，K1、K2為量化因子，實際應用中，根據現場實況及以往人工控制經驗，可調整其值。