《无土栽培远程灌溉控制系统》
文献综述
- 前言
该课题主要针对无土栽培灌溉控制方式人工劳动强度大、精度低，智能化程度不够的问题，设计了一套无土栽培远程灌溉控制系统。土栽培通过人工创造作物根系生长环境代替土壤条件，其营养液的电导率（EC）、PH值、温度等应控制在合理的参数范围内，以提供最佳的作物生长环境。相比于以色列、荷兰等发达国家，目前中国无土栽培灌溉技术处于初步研究与发展阶段，很多地区至今仍使用手动控制的灌溉方式。因此，设计出一款能检测出无土栽培过程中各项数据并能实施远程控制以达到灌溉目的的系统很重要。该系统以单片机为检测与控制核心，进行灌溉部件驱动控制，并结合相应传感器实时采集营养液监控参数。使用GPRS无线传输技术实现上位机与下位机之间的数据同步通信，实现远程灌溉控制。
- 相关文献的研究现状
（一）国外无土栽培的现状
美国是无土栽培应用最早的国家之一, 也是世界上最早应用无土栽培进行商业化的国家,但其无土栽培面积并不大,且多数集中在干旱、沙漠的地区。据1984年的统计资料,美国全国只有200公顷的无土栽培面积,栽培的蔬菜种类主要有番茄、黄瓜和莴苣(生菜)。其无土栽培蔬菜注重整体结构,提高光能利用率,强调在充分提高单株产量的基础上增加单位面积的产量, 全国平均产量:番茄为135-150t/公顷, 黄瓜135-225t/公顷,莴苣30-45t/公顷。荷兰是世界上无土栽培最发达的国家之一。荷兰的无土栽培在20世纪80年代以后的发展迅速。荷兰的无土栽培面积已达3000多公顷。
（二）国内无土栽培的现状
我国无土栽培技术在研究应用起步较晚, 但较原始的无土栽培技术却有悠久历史。生豆芽、种水仙早有记载, 但较正规的科学研究和生产试验,则是近十几年的事。山东农业大学于1975年开始用蛭石栽培西瓜、黄瓜、番茄等,均获成功。1985年我国成立了第一个无土栽培学术组织──中国农业工程学会无土栽培学术委员会,从1986年至1992年每一年召开一次年会,1992年年会上决定改名为“中国农业工程学会设施园艺工程专业委员会”,并决定以后每2年召开一次年会。1994、1996、1998和2000年分别在河北、新疆、广东和辽宁等省区召开一次年会。1990年,无土栽培面积增长到15 h㎡。1995年无土栽培的面积发展到50 h㎡,2000年无土栽培的面积达100h㎡左右,2005年无土栽培的总面积约为315 h㎡。近几年,我国无土栽培进入迅速发展阶段,无土栽培的面积和栽培技术水平都得到空前的提高。
（三）无土栽培技术现状
目前国内外精准灌溉主要依靠模糊理论与PID控制技术实现,将模糊推理参与到3个参数调节过程中,在提高系统稳定性、降低超调量、减少稳态时间等方面取得了不错的效果。王海华等将模糊控制与分段PI控制相结合实现肥液EC精量调控,使用PI粗分段控制方法向设定值快速靠近,最后运用模糊细分段控制实现逼近目标,此分段调控方法能较好地克服EC过量超调问题,且达到稳态用时更短。张育斌等运用开环阶跃响应、PID控制技术和模糊控制技术设计的EC智能PID控制器,具备PID参数自整定能力,针对不同肥液浓度都具有良好的控制性能和鲁棒性。模糊PID控制能简化系统复杂性,且无需建立完整的数学模型,适用于时变、非线性系统控制。但在隶属函数与模糊规则的设计上完全凭借人为经验,针对不同的控制对象与系统需进行一定的人为调整,导致控制过程较为复杂。
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