基于ZigBee和模糊PID技术的温室灌溉系统的设计与研究

节水灌溉是一项保障中国经济、生态、社会持续发展的重大战略措施。灌溉不仅受作物不同生长发育时期的影响,还受温度、湿度、降水、蒸腾等多种环境条件的影响,很难建立精确的数学模型。目前常用的灌溉控制系统主要以有线方式工作,因此系统安装及维护成本高。为了克服传统灌溉通讯方式以有线为主、控制参数单一以及节水效果不明显等缺陷,本文在研究和分析国内外节水灌溉技术的基础上,研制了一种基于ZigBee无线网络技术的模糊PID灌溉控制系统,该系统利用智能控制系统中的模糊控制技术和经典控制系统中的PID控制技术,能实现对不同生长时期不同需水量的作物的均匀精细灌溉。本论文主要进行了以下几个方面的工作：首先对国内外智能灌溉控制技术状况进行了分析；其次论证了灌溉系统的工作原理及总体设计方案,简要的介绍了灌溉系统的组成和系统结构；第三通过论证好的设计方案,详细地阐述了整个灌溉系统的硬件设计,主要包括ZigBee网络节点结构设计、土壤水分传感器设计、RS232串口通讯电路设计、USB转串口电路设计、JTAG接口电路设计、键盘电路设计、电源电路设计以及128*64液晶显示驱动电路设计等；第四对灌溉系统的软件程序采用了模块化设计,便于调试和程序修改,主要包括ZigBee主控芯片CC2530F256主程序的设计、模糊PID控制程序设计和灌溉系统程序设计等；第五是使用C语言和汇编语言对设计好的软、硬件进行了实时仿真和调试。论文的主要研究成果有：1、设计出更优的模糊PID控制器,可以改变模糊控制规则表和调节PID系统的相关参数,以适应不同作物不同时期的节水灌溉。2、完成了整个灌溉系统的外围电路设计、软件程序设计及其接口程序设计,达到了预定功能。3、进行了Simulink仿真和CC2530F256硬件调试,结果表明：该系统稳定性好、响应速度快以及节约成本,能够满足不同作物不同时期的节水灌溉。