一种基于LabVIEW的温室水肥一体化营养液自动灌溉控制方法与流程

本发明涉及农业装备技术领域，尤其是一种基于LabVIEW的温室水肥一体化营养液自动灌溉控制方法。

背景技术：

农业是国之根本，自动化、信息化及智能化的程度尤其重要，水肥一体化营养液灌溉技术在农业生产中的应用，使传统农业摆脱了人为经验水肥灌溉的传统模式，达到节水、节肥、省工、增效、减少农业生态环境污染的效果，是实现农业现代化的一条重要途径。随着水肥一体化营养液灌溉技术的成熟，一些农业发达国家已经普及推广水肥一体化营养液循环利用技术，使用该项技术后不但节约了灌溉用水和生产用肥料，还大大减少了温室生产过程中对外部环境的污染。

应用该项技术实现的自动灌溉系统来看存在许多关键问题：1、营养液浓度配比不合理，不同农作物在不同生长期对养分的需求量不一样，养分过多则流失严重浪费较多，养分过少会影响农作物正常生长；2、现有的温室水肥一体化灌溉自动控制设备，整套系统价格相对昂贵，遇到问题时技术人员常常无法及时解决。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于LabVIEW的温室水肥一体化营养液自动灌溉控制方法，可以针对农作物不同生长周期进行分段控制所需营养液浓度，精确灌溉，节水节肥。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于LabVIEW的温室水肥一体化营养液自动灌溉控制方法，包括如下步骤：

(1)嵌入有LabVIEW平台的计算机在LabVIEW标准值设定界面中设定作物名称、作物各生长阶段的EC和PH值范围、空气湿度范围和环境温度范围；使用LabVIEW模糊控制工具包Fuzzy Logic搭建模糊控制器；

(2)PH传感器、EC传感器、空气湿度传感器和环境温度传感器分别采集相应信号，采集到的信号经过数据采集卡进行调制转换；

(3)数据采集卡调制转换后的信号经由USB传给嵌入有LabVIEW平台的计算机，信号分为两路，一路在LabVIEW软件平台的显示面板上以图表的形式显示监测；另一路由LabVIEW的程序对比判断采集到的信号值是否在设定的标准值范围内，如果是就继续循环采集信号，如果不是则由模糊控制器计算调整量并发送调整指令；

(4)指令由LabVIEW软件中的VISO节点经I/O口输出至执行机构执行。

优选的，步骤(1)中各个参数的标准值输入通过外接键盘人工输入。

优选的，步骤(3)中的环境温度信号和空气湿度信号值如果不在设定的标准值范围内，LabVIEW软件平台的显示面板上两参数报警灯亮起。

优选的，步骤(3)中，模糊控制器的设计方法为：

(a)确定模糊控制器结构；选取二维控制结构，输入量为实测值与标准量的误差e和误差变化ec，输出为对应调整量u；

(b)输入输出量的模糊化；把输入输出的精确量转化为对应语言变量的模糊集合，描述输出输出变量语言值的模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，设置模糊量误差E、误差变化EC为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，控制量U的论域为{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}，然后添加隶属度函数；

(c)模糊推理决策算法设计；对于二维控制结构以及相应的输入模糊集，制定模糊控制规则；

(d)对输出模糊量进行解模糊；模糊控制器的输出量是一个模糊集合，选取重心法作为反模糊方法得出一个确切的精确控制量。

优选的，步骤(4)中的执行机构为下位机继电器开关模块，控制混合罐中营养液混合电磁阀的通断。

优选的，还包括由监测探头采集的视频信号发送给嵌入有LabVIEW平台的计算机，实现实时温室环境检测。

本发明的有益效果为：针对农作物的不同生长期实行分段控制调整营养液浓度，精确灌溉，保证农作物的正常种植；利用LabVIEW软件模糊控制工具箱搭建模糊算法控制平台，利用该虚拟控制平台作为自动灌溉系统的上位机处理器，可以省去很多外围的硬件电路，降低成本和操作运用难度；控制系统具有较好的拓展性，根据实际控制需要在LabVIEW软件中自由添加监测控制项目，直观反映灌溉效果及周围环境情况，图形化编程语言，直观易理解，人机交互友好。

附图说明

图1是本发明的控制系统结构示意图。

图2是本发明的营养液EC值控制方法流程图。

图3是本发明的营养液PH值控制方法流程图。

图4是本发明的温度控制方法流程图。

图5是本发明的偏差e的隶属度函数示意图。

图6是本发明的偏差变化量ec的隶属度函数示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于LabVIEW的温室水肥一体化营养液自动灌溉控制方法，包括如下步骤：

(1)嵌入有LabVIEW平台的计算机在LabVIEW标准值设定界面中设定作物名称、作物各生长阶段的EC和PH值范围、空气湿度范围和环境温度范围；使用LabVIEW模糊控制工具包Fuzzy Logic搭建模糊控制器；各个参数的标准值输入通过外接键盘人工输入；

(2)PH传感器、EC传感器、空气湿度传感器和环境温度传感器分别采集相应信号，采集到的信号经过数据采集卡进行调制转换；

(3)数据采集卡调制转换后的信号经由USB传给嵌入有LabVIEW平台的计算机，信号分为两路，一路在LabVIEW软件平台的显示面板上以图表的形式显示监测；另一路由LabVIEW的程序对比判断采集到的信号值是否在设定的标准值范围内，如果是就继续循环采集信号，如果不是则由模糊控制器计算调整量并发送调整指令；环境温度信号和空气湿度信号值如果不在设定的标准值范围内，LabVIEW软件平台的显示面板上两参数报警灯亮起；

(4)指令由LabVIEW软件中的VISO节点经I/O口输出至执行机构执行，执行机构为下位机继电器开关模块，控制混合罐中营养液混合电磁阀的通断。

系统还包括由监测探头采集的视频信号发送给嵌入有LabVIEW平台的计算机，实现实时温室环境检测。

步骤(3)中，模糊控制器的设计方法为：

(a)确定模糊控制器结构；选取二维控制结构，输入量为实测值与标准量的误差e和误差变化ec，输出为对应调整量u；

(b)输入输出量的模糊化；把输入输出的精确量转化为对应语言变量的模糊集合，描述输出输出变量语言值的模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，设置模糊量误差E、误差变化EC为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，控制量U的论域为{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}，然后添加隶属度函数，如图5和图6所示；

(c)模糊推理决策算法设计；对于二维控制结构以及相应的输入模糊集，制定模糊控制规则，如表1所示；

(d)对输出模糊量进行解模糊；模糊控制器的输出量是一个模糊集合，选取重心法作为反模糊方法得出一个确切的精确控制量，如表2所示。

表1 模糊控制表

表2 模糊控制查询表

如图2所示，为EC值的控制方法流程图。具体过程为：系统开始运行，在LabVIEW标准值设定界面中输入定植期、生长期、开花期、坐果期、采摘期的具体天数t1、t2、t3、t4和t5，各生长期对应的EC值标准范围为(ECa1～ECb1,ECa2～ECb2,ECa3～ECb3,ECa4～ECb4，ECa5～ECb5)，系统采集EC传感器信号，判断时间计数器上t天在哪一生长期内，采集的EC值是否在这一生长期对应的标准值范围内，如果是就继续返回采集EC传感器信号，如果不是则计算调整量，然后发送指令执行调整。

如图3所示，为PH值的控制方法流程图。具体过程为：系统开始运行，在LabVIEW标准值设定界面中输入作物生长所需营养液的PH值标准范围(PH min～PH max)，系统采集PH传感器信号，判断所采集的PH值是否在标准值范围内，如果是则返回继续采集传感器信号，如果不是则调整计算量，然后发送指令执行调整。

如图4所示，为环境温度的控制方法流程图。具体过程为：系统开始运行，在LabVIEW标准值设定界面中输入作物生长标准环境温度值的范围(T min～T max)，系统采集温度信号，判断所采集的温度值是否在标准值范围内，如果是则返回继续采集温度信号，如果不是则报警灯亮。

本发明针对农作物的不同生长期实行分段控制调整营养液浓度，精确灌溉，保证农作物的正常种植；利用LabVIEW软件模糊控制工具箱搭建模糊算法控制平台，利用该虚拟控制平台作为自动灌溉系统的上位机处理器，可以省去很多外围的硬件电路，降低成本和操作运用难度；控制系统具有较好的拓展性，根据实际控制需要在LabVIEW软件中自由添加监测控制项目，直观反映灌溉效果及周围环境情况，图形化编程语言，直观易理解，人机交互友好。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。