基于模糊PID的水肥一體化灌溉控制系統設計

湯春球,劉鳳來,余自良

(武漢理工大學 機電工程學院,湖北 武漢 430070)

目前粗放式的灌溉與撒肥造成了水資源和肥料的嚴重浪費,肥料不僅不能最大限度發揮其效力,也會在一定程度上破壞土壤墑情[1]。因此,水肥一體化灌溉系統的設計與應用,對節水、節肥具有重要意義。

由于土壤是一個大慣性、具有滯后性的系統,在灌溉時,濕度傳感器不能及時反映出土壤的真正濕度,當傳感器檢測濕度達到設定值時,關閉灌溉閥門后,管道中剩余的肥液會繼續傳輸到作物根部,致使實際土壤濕度大于設定土壤濕度[2];筆者結合模糊控制與PID(proportion integral differential)控制的優點設計了模糊PID控制算法,基于專家知識與工作人員經驗制定了模糊PID控制規則表,對土壤實際含水量、含肥量與土壤理想情況下需水量、需肥量進行模糊決策,通過控制灌溉閥門開度控制灌溉的快慢,采用模糊PID控制算法灌溉時,在灌溉前期會增大灌溉閥門開度使土壤濕度盡快達到且小于設定濕度值,然后控制系統會隨著檢測的實際濕度值的增大而減小閥門開度,直至最后濕度達到設定值,關閉閥門,避免出現灌溉過量的情況。

1 水肥一體化灌溉系統總體設計

設計的水肥一體化灌溉系統由環境信息采集模塊、水肥一體機模塊、PLC(programmable logic controller)與觸摸屏控制模塊、農業物聯網服務平臺模塊等組成。系統結構如圖1所示。環境信息采集模塊通過CC2350控制傳感器采集環境數據并通過ZigBee無線傳輸模塊傳送到PLC,并接收PLC下發的采集環境信息的指令,進而控制各傳感器工作[3]。……