阻尼累加离散灰色预测的Smith预估智能灌溉系统

灌溉系统具有非线性、多干扰和时滞性等特点,为实现灌溉控制的智能决策与精准灌溉,提出基于阻尼累加离散灰色预测的Smith预估变论域模糊PID灌溉控制模型（DADGM-SVUFP）。针对模糊PID控制器控制精度不高、适应性不强等不足,设计指数函数型伸缩因子自适应调整模糊变量论域,采用Smith预估补偿器消除系统时滞性影响,改善系统适应性和鲁棒性。结合离散灰色预测（DGM）和阻尼累加灰色预测（DAGM）模型的预测性能优势,提出阻尼累加离散灰色预测（DADGM）利用阻尼趋势参数减缓预测过程数据变化趋势,有效提高了灌溉系统稳定性和控制精度。构建FPID、NVUFP、DGM-NVUFP和DADGM-SVUFP四个控制模型实施水肥灌溉控制仿真试验,结果表明DADGM-SVUFP与其他模型相比稳态误差最优,调节时间比NVUFP、DGM-NVUFP分别少3.75 s、1.29 s,超调量比NVUFP、DGM-NVUFP分别降低9.2%、5.4%。灌溉测试进一步验证基于DADGM-SVUFP的智能灌溉系统适应性好、响应迅速、控制精度高,控制效果和系统稳定性均优于其他模型,能够满足水肥气灌溉系统的智能决策和精准控制。     

基于Smith预估模糊控制的温室灌溉决策系统设计

温室设备快速准确控制是设施农业精准调控的关键环节。为解决现有温室灌溉控制系统精度较低,优化蔬菜作物的灌溉管理策略,本文提出了基于Smith模糊控制器的温室灌溉智能决策系统。文章对Smith预估模糊控制器结构组成及结果期西红柿土壤水分数学模型构建进行了阐述。基于Simulink的建模仿真验证了本系统的控制策略具有更好的响应速度和控制精度;温室实地试验结果表明,系统灌溉控制最大误差为7.5%,系统响应达到设定值后,土壤水分平均值能够很好地维持在70.5%左右,符合温室西红柿结果期的生长环境要求。系统工作稳定,针对温室蔬菜灌溉控制具有更高的控制精度和实用性。     

基于无线传感器网络的节水灌溉远程监控系统

为了节约农田灌溉用水,提高水资源的使用效率,提出了一种基于无线传感器网络与GPRS网络相结的农田自动节水灌溉远程监控系统,该系统由中央监控计算机、灌溉监测控制器、无线传感器网络、GPRS模块和阀门控制器组成。系统以单片机为控制核心,由无线传感器节点、无线路由节点和无线网关实时监测土壤含水率变化,根据土壤含水率和农田用水规律实施精确灌溉。系统实现了节水灌溉的自动化控制,改善了农业灌溉水资源的高效利用和灌溉系统自动化水平。实验结果表明,整个系统的伸缩性较好,当土壤含水率太高或某种因素导致某些传感器节点损坏,系统中的其他部分仍能持续正常工作,具有自组织重新恢复的功能。监控中心能够实时地显示出各节点的土壤含水率参数和阀门的启停状况,实现节水灌溉的远程监控。     

模糊PID智能灌溉控制器的设计及MATLAB仿真

针对不同的植物、地理环境制定不同的灌溉策略是非常有必要的。土壤湿度对植物的生长起到关键作用,考虑到温室灌溉系统非线性、纯延时等特性,以及难以建立准确的数学模型的特点,设计模糊PID控制器,用Simulink搭建温室智能灌溉控制系统。通过仿真曲线表明,相比较于模糊控制器其控制精度提高2%;与传统PID控制器相比超调量减少5%,收敛时长减少20 s。结果表明,模糊控制器有很好的鲁棒性,良好的动态性能,能够达到温室植物灌溉的要求。     

基于ZigBee技术的无线智能灌溉系统的研制

近年来,如何节水省工成为灌溉技术的研究重点之一。针对丽水黑木耳的种植,研究设计了一套基于ZigBee技术的无线智能灌溉系统。相对于传统的灌溉方式,该系统实现了灌溉的智能化和无线化,通过在灌溉现场的长时间运行,充分证明了系统的可行性和可靠性。为此,主要介绍了ZigBee网络中的传感器节点和控制器节点的硬件设计以及整个智能灌溉系统的软件设计。作为无线传感器网络技术在智能灌溉领域的探索性研究,可为以后建立大型的远程智能灌溉系统奠定基础。     

基于ZigBee和模糊控制决策的自动灌溉系统的设计

针对节水灌溉受多种因素影响难以建立精确控制模型的特点,为了实现作物的自动、实时与适量灌溉,设计了基于ZigBee和模糊控制决策的全自动灌溉系统。该系统通过ZigBee无线传感器网络采集土壤水势与环境气象信息,由农田蒸散量和土壤水势作为输入,以作物需水量为输出,采用模糊推理规则,使用分段模糊控制策略获得了作物的需水量,构成智能灌溉系统;采用ARM9微处理器,基于嵌入式Linux开发了网关节点,实现了数据的汇聚和GPRS通信方式的远程数据及命令转发。试验结果表明:该系统能快速准确地计算出作物的需水量,经济实用,有效地实现了全自动节水灌溉,特别适用于中小型灌溉区域的精细灌溉。     

太阳能智能灌溉阀门控制器设计与应用

针对我国新疆地区土地干旱,水分下渗和蒸发比较严重导致灌溉过程中水分流失的问题,研制出一款根据土壤湿度传感器数据和作物需水量进行决策,实现智能灌溉的阀门控制器。该控制器以STM32单片机为控制核心,采用太阳能供电的方式,控制器包括单片机控制电路、土壤湿度采集电路、太阳能充电控制电路、阀门驱动电路、无线通信电路、阀门状态反馈电路。控制器通过土壤湿度传感器采集的数据进行灌溉决策,在土壤含水率低于作物最适宜生长值下限时开启阀门,当土壤含水率达到田间持水量时关闭阀门。农民能通过手机APP远程获取土壤湿度数据和阀门开关状态信息,并能远程控制阀门进行灌溉。经实验分析论证,该控制器运行稳定,能将土壤含水量控制在合适的范围。     

基于模糊决策的自动节水喷灌控制器的设计

结合灌溉不易建立精确的数学模型和模糊控制决策不需要建立精确数学模型的特点，应用模糊逻辑设计了以AT89C51为核心的全自动模糊智能节水灌溉控制器，该控制器能根据检测到的土壤含水量和作物的需水情况进行模糊决策从而实现全自动智能灌溉。系统已经成功运行干曲阜示范区，收到了较好的经济和社会效益。     

基于物联网Android平台的远程智能节水灌溉系统

针对农业灌溉中的水资源浪费问题和灌溉远程控制问题,对物联网相关技术进行研究,设计了基于物联网Android平台的农业远程智能节水灌溉系统,实现了对多传感器节点(空气温湿度、光照、土壤湿度、电磁阀、变频器等)远程采集和控制,以及对多个控制器节点的远程监测与控制。系统不受时间地域限制,用户可以通过Android移动终端实现对智能节水灌溉系统的监测和控制。系统采用CC2 5 3 0作为无线传感器芯片、OK6 4 1 0作为控制器节点芯片。实测结果验证了该设计的可行性和有效性,可为远程智能节水灌溉提供平台支持,能够满足农业节水灌溉的需要。     

自动化控制在节水灌溉系统中的应用

为了节约农田灌溉用水,提高水资源的使用效率,应用计算机技术、自动化控制技术于农田灌溉系统。结合ZigBee无线传感网络与GPRS网络,设计开发了基于CC2530和MSP430的节水灌溉控制系统。该系统以单片机为控制核心,由无线传感器节点、无线路由节点、基站、监控中心4部分组成,能实时监测土壤含水率变化。系统利用土壤水分传感器测量土壤含水率参数,对比预设的含水率上下限,判断是否需要灌溉及何时停止灌溉。初步测试证明,该系统运行稳定可靠,能够准确获取土壤含水率信息,并进行节水灌溉控制。和传统灌溉方式相比,自动灌溉实现了智能化、自动化、精确化的灌溉控制,节约了水资源,有效地提高了生产率。     

基于无线传感器网络的茶园分布式灌溉控制系统

为实现茶树需水信息准确检测和茶园精量灌溉自动控制,设计了一套基于无线传感器网络的茶园分布式灌溉控制系统,给出了系统体系结构及软、硬件实现方法;针对无线传感器网络节点在茶园内高度分散的特点,提出两种适用于不同规模茶园的分布式灌溉控制方案,设计了由模糊控制器和最优化控制器组成的分层灌溉控制器,使得系统可在满足一定性能指标前提下,实现茶园精量灌溉控制.试验结果表明系统设计合理可行,特别适用于大型农田、果园、苗圃等区域的精量灌溉.     

基于无线传感器网络的果园数字信息采集与管理系统

为充分掌握土壤水分、环境温度、环境湿度与光照情况,实现适时、适地、适量灌溉,施肥与远程管理,设计了基于无线传感器网络技术,结合GPS定位（用于WSN锚节点的定位）技术的果园数字信息采集与管理系统。该系统通过相应的传感器采集果园微气象信息（包括土壤水分、环境温度、环境湿度与光照等）,并在无线传感网络的支持下,先结合GPS确定少数锚节点的位置,再根据锚节点计算出未知节点的相对位置,从而确定所有节点的位置信息。采集到的信息经转换后直接接入ES（专家系统）,用ES输出辅助决策信息（状态评价结果,包括精确灌溉与环境控制建议等）给用户,实现了果园数字化管理的可视化、便利化。      

基于PLC和物联网感应的智能灌溉节水系统设计

为了减少水资源浪费,实现高精准农业灌溉,基于PLC和物联网技术,结合ZigBee与GPRS通讯技术,研究并设计了一种智能灌溉节水系统。系统通过无线传感器网络节点采集土壤湿度信息,以湿度偏差及偏差变化率作为输入量,建立模糊控制规则库,搭建了实验平台。试验结果表明:该智能灌溉节水系统具有设计合理、运行可靠、实用性强的优点,很好地满足了无线灌溉控制的要求,解决了传统灌溉水资源浪费大、稳定性差的问题,实现了节水灌溉的目的,在农业灌溉方面有很高的实际生产应用价值。     

基于无线传感器网络的丘陵果园灌溉控制系统

为解决目前丘陵地区果树灌溉技术中存在的过度灌溉、浪费水资源等问题,以实现丘陵果园节水灌溉,结合无线传感器网络技术,设计开发了一种基于无线传感器网络的丘陵果园灌溉控制系统.系统以ATmega128L单片机为控制核心,由上位机、汇聚节点、无线传感器节点、土壤水分传感器和电磁阀等组成,其中土壤水分传感器和电磁阀连接到无线传感器节点上,汇聚节点与传感器节点之间数据采用无线方式进行传输,汇聚节点通过RS-232串口线与上位机相连.系统能实时监测葡萄土壤含水率的变化,根据土壤含水率来判断葡萄是否缺水,并发出灌溉指令实施对葡萄精确灌溉,系统实现了葡萄园灌溉的自动化控制.通过试验,选定25 cm深度的土壤含水率为灌溉启动监测量,启动灌溉的监测阈值设定为26.8%;选定50 cm深度的土壤含水率为灌溉停止监测量,系统停止灌溉的监测阈值为45.5%.试验表明：系统可以达到精确灌溉要求,结合葡萄的生存阈值可以实现节水灌溉.     

基于ZigBee和GPRS智能监测的节水灌溉装置设计

为了提高农业用水的利用率,解决农业用水紧张问题,提出了一种基于分布式ZigBee和GPRS无线通信技术的大范围远程控制节水灌溉系统,实现了节水灌溉装置的远程监控和自动化调节。该系统以单片机作为控制器,将土壤湿度测试数据进行传输和保存,通过设定阈值来控制零压启动电磁阀实施灌溉操作,并采用无线传感网络和GPRS将采集的数据进行远程传输,实现了定时定量和精确化灌溉。对精细化滴灌系统的过滤器和湿度测试装置的智能监测性能进行了测试,结果表明:该系统可以有效地将过滤器压力和湿度随时间变化曲线传送到远程监控端,且实现了自动化过滤装置的反冲洗功能、滴灌喷头的自动化调节及滴灌的精细化作业。     

基于混合WSN的智能灌溉远程SCADA系统

采用Citect组态软件、无线传感器网络（WSN）、和GPRS模块,开发设计了一套分布式精确灌溉的闭环远程SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统。该系统主要由上位机、灌溉监控器、WSN、GPRS无线通讯模块和灌溉阀门系组成。其中,无线传感器网络采用地上和地下的混合拓扑结构,灌溉控制器通过土壤水分含量调控区域面积内的灌水量;远程监控中心采用Citect组态软件实现数据、人机界面管理,并可以通过web发布来实现高层次的监控。测试和试验过程中,数据采样间隔设定为30min,选用4组WSN节点,分别测得深度为5cm和35cm处的土壤温度、含水量,测试结果与普通灌溉相比可节水约20％。该系统实现了灌溉的在线自动监控和作物的精量灌溉,创新性的建立了一种地上、地下混合结构的无线传感器网络模型,为进一步研究奠定了基础。     

基于迭代学习控制算法的苹果园灌溉系统

介绍了一种基于迭代学习控制算法的苹果园灌溉系统。硬件电路由MSP430F149单片机、TR-5型土壤水分传感器、太阳能供电模块及灌溉控制电路组成。迭代学习控制算法应用于苹果园灌溉这种具有重复运动性质的控制过程中,利用本次的灌溉信息,通过迭代学习律修正下一次的灌水量,实现在有限时间区间上的果园最佳土壤含水量精确控制。解决因苹果园地表灌溉水需经较长时间才能渗透到苹果树吸收水分根系的主要分布区,所造成的实时控制系统无法及时准确获取果园土壤含水量反馈信息的问题。     

基于土壤湿度参数的自动化节水灌溉装置在草坪绿地上的应用

草坪建植和养护需要消耗大量水资源，而我国人均淡水量仅有2 240 m3，是世界平均淡水拥有水平的1/4，因此，草坪业在我国发展缓慢，群众接受度较低。基于土壤湿度参数的绿地草坪自动化节水灌溉装置由控制器、传感器、电磁阀及中央控制器构成，理论核心是草坪调亏灌溉理论。装置通过在草坪土层中安装测定土壤持水量的传感器，采集土壤湿度信息，将数据反馈给控制终端，控制终端结合草坪草的性质及传感器反馈的信息，确定出该草坪所处的水分需求状态，从而通过控制电磁阀开闭来控制灌溉量，对灌溉进行有效调控。该装置具备数据采集、灌溉控制、参数设置和数据处理等功能，可以精准控制土壤湿度，减少草坪耗水量、提高水分利用率，并设置适当水分胁迫，使草坪在更低的耗水量下长势更优。该文论述了装置的组成及运行原理，并结合市场现有灌溉装置进行对比与分析。结果表明，该装置实现了对草坪需水程度的实时监测与智能调控，减少无效灌溉，提升灌溉效率，可以发展出以减少灌溉定额、提升草坪质量为目的的新型灌溉模式，降低草坪养护成本。