硒砂瓜温室种植模糊控制系统设计

摘要：设计了针对中卫香山地区硒砂瓜温室种植的智能控制系统，设计依托温度传感器wzppt100、湿度传感器HS1101以及单片机MC68HC705 C8等硬件，在采集与处理温室温度、湿度、光照度等参数的基础上，采用模糊算法，实现对温室卷帘机、换气扇、供暖器、微管喷滴灌等系统的实时控制。
关键词：温室；模糊控制；MC68HC705C8；传感器

硒砂瓜被称为“石头缝里长出的两瓜”，是宁夏中卫香山地区农民在沙砾淤积丰富的香山冲击扇区域将大量碎沙石覆盖在山地表层，利用砂砾铺压对地表所具有的节水、增温、保墒效果的一种特殊种植模式下产出的西瓜。这里海拔1 600～1 800 m高的得天独厚光热资源为两甜瓜中天然葡萄糖、维生素、氨基酸和多种微量元素特别是食物中稀缺的硒元素的积聚提供了独特的自然条件，因此产出的西瓜个大皮厚、保鲜期长、便于运输、果汁丰富、甘蜜爽口，糖份含量高达13．8％。
硒砂瓜的营养元素含量全面合理，其中，含人体所需的氨基酸18种，维生素3种，微量元素5种，含钙56 mg／kg，钾1 090 mg／kg，特别是含有人体保健必需的硒和锌等微量元素。
温室种植硒砂瓜可以大幅提高其年产量。如今，硒砂瓜种植产业科学化、标准化发展已经成为当地农民增收、农业增效的发展趋势，而温室模糊控制系统的设计与实施，是实现科学化、规模化种植的必要措施。

1 控制系统概述
本系统由传感器子系统、基于模糊算法的单片机处理子系统、卷帘保暖子系统、供暖与换气子系统、微管喷滴灌子系统组成，基本结构如图1所示。

2 模糊算法
众所周知，温室环境系统是一个复杂的大系统，具有时变性、非线性且不确性等特点。如增加室内的湿度，就会引起温度的降低，同样，温度的升高也会引起室内湿度发生变化，这就为基于传统控制理论开发温室控制系统带来了很大的困难。模糊控制是以模糊数学为基础发展起来的一种非线性的控制方法，模糊控制在一定程度上模仿了人在操作控制过程中的思维和逻辑推理，不需要建立控制对象精确的数学模型，只需将现场操作人员的经验和数据总结成较完善的语言控制规则并形成模糊控制芯片的工作软件即可。因此它能解决对象的不确定性、非线形、时变性、滞后等问题，系统的鲁棒性强。
2．1 模糊控制器设计
系统设计中，如图2所示，温度的实际测量值用Tt表示，湿度的实际测量值用Ht表示，温度和湿度设定值分别用T0、H0表示，将温湿度误差ET、EH作为控制器输入，则ET=Tt-T0，EH=Ht-H0，控制器的输出变量分别用U1，U2，U3，U4表示，其中，U1-卷帘机控制；U2-供暖泵控制；U3-换气风扇控制；U4-微管喷滴灌控制。

其中，T0，H0来自上位机，Tt、Ht来自现场传感器，K1、K2为量化因子，实际应用中，根据现场实况及以往人工控制经验，可调整其值。