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摘 要

中国是一个淡水资源匮乏的国家，与此同时还面临着水资源利用率低、水质低下和分布失衡等问题。在中国的许多农业和畜牧业领域，有许多种植花卉，草木和果树的农业基地。在这一阶段，绝大多数这样的农业基地仍在使用传统的灌溉和施肥方法来灌溉园区的作物，这种传统的工作方法不仅会导致巨大的劳动力成本，而且还要消耗大量的淡水资源，也将浪费有机肥料和对自然环境造成环境污染。智能化，标准化，信息化的管理系统的基础建设，以及具有自动信息采集，自动传输，化肥水一体化的智能控制系统的完善，对生态农业的发展趋势具有积极意义。以达到促进生长发育，抑制病害发生，节约用水，提高化肥利用率，降低产品成本的目的。本文是基于PLC的模糊自动控制系统进行施肥灌溉同步控制，利用Matlab软件对控制系统进行仿真。

关键词：水肥一体 自动控制灌溉 PLC 模糊控制 Matlab仿真

Design and simulation of automatic control system for irrigation and fertilization of flowers and trees

Abstract

China is a country with a shortage of fresh water resources, and at the same time, it is faced with such problems as low utilization rate of water resources, poor water quality and unbalanced distribution. In many agricultural and animal husbandry fields in China, there are many agricultural bases for growing flowers, plants and fruit trees. At this stage, the vast majority of such agricultural bases are still using traditional irrigation and fertilization methods to irrigate the crops in the parks. Such traditional working methods will not only result in huge labor costs, but also consume a large amount of fresh water resources, which will also waste organic fertilizers and cause environmental pollution to the natural environment. The infrastructure construction of intelligent, standardized and informationized management system, as well as the improvement of intelligent control system with automatic information collection, automatic transmission and integration of fertilizer and water are of positive significance to the development trend of ecological agriculture. In order to achieve the purpose of promoting growth and development, inhibiting the occurrence of disease, saving water, improving the utilization rate of chemical fertilizer, reducing product cost. This paper is based on PiC fuzzy automatic control system for fertilization and irrigation synchronization control, using Matlab software to control system simulation. 

Key words: integrated water and fertilizer, automatic control irrigation, PLC, fuzzy control, Matlab simulation

目录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 灌溉施肥自动控制的国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

第二章 系统总体方案及关键技术 4

2.1 方案概述 4

2.2 系统总体方案设计 4

2.2.1 系统需求分析 4

2.2.2 系统设计遵循原则 5

2.2.3 系统总体结构 5

2.3 系统关键技术 6

2.3.1PLC控制技术 6

2.3.2组态 6

2.3.3模糊控制决策方法 7

第三章 系统硬件设计 8

3.1 概述 8

3.2 系统硬件设计总体方案 8

3.3 系统主要硬件组成 9

3.3.1环境参数采集硬件设计 9

3.3.2传感器选型 10

3.4 主控系统设计 12

第四章 系统软件设计及仿真 16

4.1 概述 16

4.2 控制表设计 17

4.3 上位机控制程序设计 18

4.4 环境参数采集传感器通信程序设计及PLC控制图 20

4.5 作物需水需肥特性 21

4.6 模糊控制决策 21

4.7 Matlab软件仿真 26

第五章 总结与展望 28

5.1 总结 28

5.2 系统评价 28

5.3 展望 28

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

随着改革开放的进程，中国的经济取得的飞速的发展，工业、农业等取得很大的发展，我国的农业取得了举世瞩目的成就，以全球7%的耕地养活了近世界20%的人口^[2]。在过去的40年，中国的农业发展大多以粗放型、资源浪费、以牺牲环境为代价发展。这期间，中国的化肥施用量增长了三倍，而化肥利用率仅为32%，远低于55%的世界平均水平，更导致了严重的环境污染问题。中国是一个淡水资源匮乏的国家，与此同时还面临着水资源利用率低、水质低下和分布失衡等问题^[6]。农业灌溉消耗了中国60%的可利用水资源，用水效率仅为30%-40%，远低于发达国家的水平^[2]。人民生活水平在不断的提高，另外，国家也在进行深化改革，推动工农业转型升级发展。在我国的许多农业地区大部分还是在采用传统的灌溉施肥方式来对园区的果树进行灌溉施肥，而这种传统的作业方式不但会产生很大的用工成本，同时还会浪费很大一部分淡水资源，以及化肥对环境的污染^[3]。

为了应对日益严峻的农业和畜牧业用水问题，发达国家不仅广泛使用节水灌溉技术，而且还采用了出色的自动化技术控制系统来实现高效灌溉。基于作物特定耗水量的灌溉，在此基础上，我们将使用信息技术来提高灌溉精度，实施有效的灌溉规则并减少用水量。提倡使用现代控制系统对农作物进行自动灌溉技术，这样它不仅可以解决农业和畜牧业用水日益困难的难题，而且可以改善作物生长和生长的自然环境到一定水平。根据农作物的耗水规律进行精确灌溉，可以防止传统的大规模灌溉所产生的浪费和浪费更为严重的情况。另一方面，在实施精确灌溉之后，水肥的基本原理可以进一步实现自动施肥技术的发展趋势，即水肥一体化技术。根据有关权威专家的分析，在现代人工种植园区中实施肥料和水化技术不仅可以减少人工农业和畜牧业浪费过多的水和肥料，而且能促进果树的正常生长发育，又能在一定方面提高果树的抗病能力，增强其防病虫害的能力。在中国的一些地区，由于各种自然因素，种植的果树总面积相对较大。如果在干旱天气无法灌溉，则树枝的生长发育和树枝的生长将无法获得有效的供水，果树的潜力无法很好地展现出来。

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