基于作物莖流和FPGA的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)設計.pdf

1、溫室作為設施農業(yè)的典型代表，在解決我國蔬菜供應、增加農民收入等方面發(fā)揮著重要的作用。溫室環(huán)境是影響作物產量和品質的關鍵因素之一，因此設計一種柔性溫室硬件控制器不僅可以降低成本，而且可以為后期的二次開發(fā)提供更好的平臺。本文采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA作為核心器件，前級采用作物莖流儀采集作物生長參數(shù)，控制器中采用信息集成的方法，設計了一種溫室實時控制系統(tǒng)，主要工作如下:
　　1.在分析國內外溫室環(huán)境控制系統(tǒng)以及溫室環(huán)境因子對溫室作物生

2、長參數(shù)影響的基礎上，結合課題的要求，提出并確定了以FPGA、莖流儀和驅動電路相結合的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)及試驗的整體方案。
　　2.完成了整個系統(tǒng)的硬件設計。硬件系統(tǒng)主要包括電源模塊、FPGA核心模塊以及繼電器驅動模塊。電源模塊由開關電源提供FPGA模塊以及繼電器驅動模塊工作所需的工作電壓;FPGA核心模塊完成數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、傳輸以及控制邏輯的產生;控制邏輯的高低電平經(jīng)繼電器驅動模塊驅動溫室內執(zhí)行機構進行動作。
　　3.

3、完成了整個FPGA核心模塊的程序以及上位機監(jiān)控界面的設計。FPGA核心模塊包括以下6個功能模塊:數(shù)據(jù)采集模塊、分頻模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、超限報警模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊以及溫室環(huán)境控制模塊。使用硬件描述語言VerilogHDL進行模塊化設計，最后在頂層模塊中例化各底層模塊，完成系統(tǒng)的程序設計，并對完成的系統(tǒng)進行編譯、綜合。上位機監(jiān)控界面使用VC6.0進行設計，包括參數(shù)設置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制命令發(fā)送模塊、當前信息顯示和信息存儲模塊。

4、　　4.使用FPGA專業(yè)仿真軟件Modelsim，對編譯、綜合通過后的程序進行時序仿真，驗證系統(tǒng)的功能。成功通過仿真之后，將此系統(tǒng)移入到溫室中進行試驗驗證，驗證此溫室環(huán)境控制系統(tǒng)在夏季溫室中的降溫效果。試驗表明，此系統(tǒng)可以根據(jù)溫室環(huán)境的變化，實時地給出控制策略，使溫室內環(huán)境平穩(wěn)變化，為作物生長提供適宜的環(huán)境。
　　5.應用專業(yè)的統(tǒng)計分析軟件MINITAB，對黃瓜的莖流速率和葉面溫度及其影響因子之間的關系做相關性分析，得出相關性的大