[实用新型]一种基于模糊PID控制的精确施肥系统

说明书

一种基于模糊PID控制的精确施肥系统，包括土壤元素浓度检测模块、土壤pH检测模块、模糊规则控制器、肥液体积PID控制模块、出水体积PID控制模块、肥液电磁阀、出水电磁阀、混合槽和水泵，土壤元素浓度检测模块、土壤pH检测模块均与模糊规则控制器连接，模糊规则控制器同时与肥液体积PID控制模块、出水体积PID控制模块连接，肥液体积PID控制模块与肥液电磁阀的受控端连接，出水体积PID控制模块与出水电磁阀的受控端连接，混合槽内的出水管上设置水泵。本实用新型能够更精确地调控液体肥料的浓度和用量，且能够将土壤中的植物生长的必需元素浓度与土壤pH均控制在适宜范围内。

技术领域

本实用新型属于计算机技术领域，尤其涉及新型的肥液稀释配比方法及模糊PID控制系统。

背景技术

液体肥料的使用越来越广泛，如果不能够精确使用可能会危害农作物，导致资源浪费甚至严重的土地污染。而我国的氮磷钾肥料利用率低下，因此有必要对肥液的使用进行较为精确的控制。

目前对于施肥的量大多依据种植经验进行控制，关于精确的施肥控制系统出现较少。涉及到计算机算法的施肥控制系统，大多直接利用模糊控制或PID算法进行控制，将二者进行结合的算法较少，并且大多是单输入单输出的控制，然而在施肥的过程中，还可能改变土壤的酸碱性，但能够解决土壤肥力以及土壤酸碱度双输出控制问题的系统较为少见。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种能够更精确地调控液体肥料的浓度和用量，且能够将土壤中的植物生长的必需元素浓度与土壤pH均控制在适宜范围内的控制系统。

为实现上述目的，本实用新型提出的技术方案如下：

一种基于模糊PID控制的精确施肥系统，包括土壤元素浓度检测模块、土壤pH检测模块、模糊规则控制器、肥液体积PID控制模块、出水体积PID控制模块、肥液电磁阀、出水电磁阀、混合槽和水泵，所述土壤元素浓度检测模块，土壤pH检测模块均与模糊规则控制器连接，所述模糊规则控制器同时与肥液体积PID控制模块、出水体积 PID控制模块连接，所述肥液体积PID控制模块与肥液电磁阀的受控端连接，所述出水体积PID控制模块与出水电磁阀的受控端连接，所述混合槽内的出水管上设置水泵，所述混合槽的肥液进管设置所述肥液电磁阀，所述混合槽的进水管设置出水电磁阀。

进一步，所述模糊规则控制器、肥液体积PID控制模块、出水体积PID控制模块集成在单片机上。

再进一步，所述单片机通过通讯总线与所述土壤元素浓度检测模块、土壤pH检测模块、肥液电磁阀、出水电磁阀连接。

优选的，所述通讯总线与所述水泵启动开关连接。

本实用新型中，记要控制的元素为X元素，利用土壤pH测量模块和土壤X元素含量检测模块得到相应的测量值，进行归一化并求和得出当前的土壤综合指标；接着，确定当前土壤综合指标与理想值之间的误差，并通过差分处理得到误差变化率；将误差与误差变化率进行模糊化处理后，代入设定的两套模糊规则，确定PID控制器模型中的积分参数、微分参数与比例参数；进而计算得出适宜的肥液体积以及用于稀释的水的体积；根据二者的体积，控制电磁阀门开放的时间，水泵抽取液体，将二者抽至混合槽内进行混合，继而通过管道用于喷灌；隔一定时间后再次测量并得出土壤综合指标，进行下一轮控制，直至综合指标稳定于最适值。

上述控制过程要由STM32F103单片机中的功能模块运行完成。单片机中的算法包括数据模糊化，以及隶属度函数计算，解模糊算法， PID控制模型的计算等步骤。

其中，所述模糊规则控制器分为肥液体积模糊规则控制器和出水模糊规则控制器。二者在输入量上均为综合指标误差及误差变化率在论域中的对应值，输出量分别为出水体积PID控制模块中的参数与肥液体积PID控制模块中的参数。