本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于LabVIEW的溫室水肥一體化營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)灌溉控制方法。

背景技術(shù)：

農(nóng)業(yè)是國(guó)之根本，自動(dòng)化、信息化及智能化的程度尤其重要，水肥一體化營(yíng)養(yǎng)液灌溉技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)擺脫了人為經(jīng)驗(yàn)水肥灌溉的傳統(tǒng)模式，達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥、省工、增效、減少農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染的效果，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一條重要途徑。隨著水肥一體化營(yíng)養(yǎng)液灌溉技術(shù)的成熟，一些農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)普及推廣水肥一體化營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用技術(shù)，使用該項(xiàng)技術(shù)后不但節(jié)約了灌溉用水和生產(chǎn)用肥料，還大大減少了溫室生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)外部環(huán)境的污染。

應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)來(lái)看存在許多關(guān)鍵問(wèn)題：1、營(yíng)養(yǎng)液濃度配比不合理，不同農(nóng)作物在不同生長(zhǎng)期對(duì)養(yǎng)分的需求量不一樣，養(yǎng)分過(guò)多則流失嚴(yán)重浪費(fèi)較多，養(yǎng)分過(guò)少會(huì)影響農(nóng)作物正常生長(zhǎng)；2、現(xiàn)有的溫室水肥一體化灌溉自動(dòng)控制設(shè)備，整套系統(tǒng)價(jià)格相對(duì)昂貴，遇到問(wèn)題時(shí)技術(shù)人員常常無(wú)法及時(shí)解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種基于LabVIEW的溫室水肥一體化營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)灌溉控制方法，可以針對(duì)農(nóng)作物不同生長(zhǎng)周期進(jìn)行分段控制所需營(yíng)養(yǎng)液濃度，精確灌溉，節(jié)水節(jié)肥。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于LabVIEW的溫室水肥一體化營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)灌溉控制方法，包括如下步驟：

(1)嵌入有LabVIEW平臺(tái)的計(jì)算機(jī)在LabVIEW標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定界面中設(shè)定作物名稱(chēng)、作物各生長(zhǎng)階段的EC和PH值范圍、空氣濕度范圍和環(huán)境溫度范圍；使用LabVIEW模糊控制工具包Fuzzy Logic搭建模糊控制器；

(2)PH傳感器、EC傳感器、空氣濕度傳感器和環(huán)境溫度傳感器分別采集相應(yīng)信號(hào)，采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行調(diào)制轉(zhuǎn)換；

(3)數(shù)據(jù)采集卡調(diào)制轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)由USB傳給嵌入有LabVIEW平臺(tái)的計(jì)算機(jī)，信號(hào)分為兩路，一路在LabVIEW軟件平臺(tái)的顯示面板上以圖表的形式顯示監(jiān)測(cè)；另一路由LabVIEW的程序?qū)Ρ扰袛嗖杉降男盘?hào)值是否在設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，如果是就繼續(xù)循環(huán)采集信號(hào)，如果不是則由模糊控制器計(jì)算調(diào)整量并發(fā)送調(diào)整指令；

(4)指令由LabVIEW軟件中的VISO節(jié)點(diǎn)經(jīng)I/O口輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行。

優(yōu)選的，步驟(1)中各個(gè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值輸入通過(guò)外接鍵盤(pán)人工輸入。

優(yōu)選的，步驟(3)中的環(huán)境溫度信號(hào)和空氣濕度信號(hào)值如果不在設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，LabVIEW軟件平臺(tái)的顯示面板上兩參數(shù)報(bào)警燈亮起。

優(yōu)選的，步驟(3)中，模糊控制器的設(shè)計(jì)方法為：

(a)確定模糊控制器結(jié)構(gòu)；選取二維控制結(jié)構(gòu)，輸入量為實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)量的誤差e和誤差變化ec，輸出為對(duì)應(yīng)調(diào)整量u；

(b)輸入輸出量的模糊化；把輸入輸出的精確量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)語(yǔ)言變量的模糊集合，描述輸出輸出變量語(yǔ)言值的模糊子集為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，設(shè)置模糊量誤差E、誤差變化EC為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，控制量U的論域?yàn)閧-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}，然后添加隸屬度函數(shù)；

(c)模糊推理決策算法設(shè)計(jì)；對(duì)于二維控制結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的輸入模糊集，制定模糊控制規(guī)則；

(d)對(duì)輸出模糊量進(jìn)行解模糊；模糊控制器的輸出量是一個(gè)模糊集合，選取重心法作為反模糊方法得出一個(gè)確切的精確控制量。

優(yōu)選的，步驟(4)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為下位機(jī)繼電器開(kāi)關(guān)模塊，控制混合罐中營(yíng)養(yǎng)液混合電磁閥的通斷。

優(yōu)選的，還包括由監(jiān)測(cè)探頭采集的視頻信號(hào)發(fā)送給嵌入有LabVIEW平臺(tái)的計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫室環(huán)境檢測(cè)。

本發(fā)明的有益效果為：針對(duì)農(nóng)作物的不同生長(zhǎng)期實(shí)行分段控制調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液濃度，精確灌溉，保證農(nóng)作物的正常種植；利用LabVIEW軟件模糊控制工具箱搭建模糊算法控制平臺(tái)，利用該虛擬控制平臺(tái)作為自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的上位機(jī)處理器，可以省去很多外圍的硬件電路，降低成本和操作運(yùn)用難度；控制系統(tǒng)具有較好的拓展性，根據(jù)實(shí)際控制需要在LabVIEW軟件中自由添加監(jiān)測(cè)控制項(xiàng)目，直觀反映灌溉效果及周?chē)h(huán)境情況，圖形化編程語(yǔ)言，直觀易理解，人機(jī)交互友好。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的營(yíng)養(yǎng)液EC值控制方法流程圖。

圖3是本發(fā)明的營(yíng)養(yǎng)液PH值控制方法流程圖。

圖4是本發(fā)明的溫度控制方法流程圖。

圖5是本發(fā)明的偏差e的隸屬度函數(shù)示意圖。

圖6是本發(fā)明的偏差變化量ec的隸屬度函數(shù)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種基于LabVIEW的溫室水肥一體化營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)灌溉控制方法，包括如下步驟：

(1)嵌入有LabVIEW平臺(tái)的計(jì)算機(jī)在LabVIEW標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定界面中設(shè)定作物名稱(chēng)、作物各生長(zhǎng)階段的EC和PH值范圍、空氣濕度范圍和環(huán)境溫度范圍；使用LabVIEW模糊控制工具包Fuzzy Logic搭建模糊控制器；各個(gè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值輸入通過(guò)外接鍵盤(pán)人工輸入；

(2)PH傳感器、EC傳感器、空氣濕度傳感器和環(huán)境溫度傳感器分別采集相應(yīng)信號(hào)，采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行調(diào)制轉(zhuǎn)換；

(3)數(shù)據(jù)采集卡調(diào)制轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)由USB傳給嵌入有LabVIEW平臺(tái)的計(jì)算機(jī)，信號(hào)分為兩路，一路在LabVIEW軟件平臺(tái)的顯示面板上以圖表的形式顯示監(jiān)測(cè)；另一路由LabVIEW的程序?qū)Ρ扰袛嗖杉降男盘?hào)值是否在設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，如果是就繼續(xù)循環(huán)采集信號(hào)，如果不是則由模糊控制器計(jì)算調(diào)整量并發(fā)送調(diào)整指令；環(huán)境溫度信號(hào)和空氣濕度信號(hào)值如果不在設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，LabVIEW軟件平臺(tái)的顯示面板上兩參數(shù)報(bào)警燈亮起；

(4)指令由LabVIEW軟件中的VISO節(jié)點(diǎn)經(jīng)I/O口輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為下位機(jī)繼電器開(kāi)關(guān)模塊，控制混合罐中營(yíng)養(yǎng)液混合電磁閥的通斷。

系統(tǒng)還包括由監(jiān)測(cè)探頭采集的視頻信號(hào)發(fā)送給嵌入有LabVIEW平臺(tái)的計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫室環(huán)境檢測(cè)。

步驟(3)中，模糊控制器的設(shè)計(jì)方法為：

(a)確定模糊控制器結(jié)構(gòu)；選取二維控制結(jié)構(gòu)，輸入量為實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)量的誤差e和誤差變化ec，輸出為對(duì)應(yīng)調(diào)整量u；

(b)輸入輸出量的模糊化；把輸入輸出的精確量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)語(yǔ)言變量的模糊集合，描述輸出輸出變量語(yǔ)言值的模糊子集為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，設(shè)置模糊量誤差E、誤差變化EC為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，控制量U的論域?yàn)閧-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}，然后添加隸屬度函數(shù)，如圖5和圖6所示；

(c)模糊推理決策算法設(shè)計(jì)；對(duì)于二維控制結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的輸入模糊集，制定模糊控制規(guī)則，如表1所示；

(d)對(duì)輸出模糊量進(jìn)行解模糊；模糊控制器的輸出量是一個(gè)模糊集合，選取重心法作為反模糊方法得出一個(gè)確切的精確控制量，如表2所示。

表1 模糊控制表

表2 模糊控制查詢(xún)表

如圖2所示，為EC值的控制方法流程圖。具體過(guò)程為：系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，在LabVIEW標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定界面中輸入定植期、生長(zhǎng)期、開(kāi)花期、坐果期、采摘期的具體天數(shù)t1、t2、t3、t4和t5，各生長(zhǎng)期對(duì)應(yīng)的EC值標(biāo)準(zhǔn)范圍為(ECa1～ECb1,ECa2～ECb2,ECa3～ECb3,ECa4～ECb4，ECa5～ECb5)，系統(tǒng)采集EC傳感器信號(hào)，判斷時(shí)間計(jì)數(shù)器上t天在哪一生長(zhǎng)期內(nèi)，采集的EC值是否在這一生長(zhǎng)期對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，如果是就繼續(xù)返回采集EC傳感器信號(hào)，如果不是則計(jì)算調(diào)整量，然后發(fā)送指令執(zhí)行調(diào)整。

如圖3所示，為PH值的控制方法流程圖。具體過(guò)程為：系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，在LabVIEW標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定界面中輸入作物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)液的PH值標(biāo)準(zhǔn)范圍(PH min～PH max)，系統(tǒng)采集PH傳感器信號(hào)，判斷所采集的PH值是否在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，如果是則返回繼續(xù)采集傳感器信號(hào)，如果不是則調(diào)整計(jì)算量，然后發(fā)送指令執(zhí)行調(diào)整。

如圖4所示，為環(huán)境溫度的控制方法流程圖。具體過(guò)程為：系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，在LabVIEW標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定界面中輸入作物生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度值的范圍(T min～T max)，系統(tǒng)采集溫度信號(hào)，判斷所采集的溫度值是否在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，如果是則返回繼續(xù)采集溫度信號(hào)，如果不是則報(bào)警燈亮。

本發(fā)明針對(duì)農(nóng)作物的不同生長(zhǎng)期實(shí)行分段控制調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液濃度，精確灌溉，保證農(nóng)作物的正常種植；利用LabVIEW軟件模糊控制工具箱搭建模糊算法控制平臺(tái)，利用該虛擬控制平臺(tái)作為自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的上位機(jī)處理器，可以省去很多外圍的硬件電路，降低成本和操作運(yùn)用難度；控制系統(tǒng)具有較好的拓展性，根據(jù)實(shí)際控制需要在LabVIEW軟件中自由添加監(jiān)測(cè)控制項(xiàng)目，直觀反映灌溉效果及周?chē)h(huán)境情況，圖形化編程語(yǔ)言，直觀易理解，人機(jī)交互友好。

盡管本發(fā)明就優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變化和修改。