近期工作匯報指導老師：房建東學生：陳克忠日期：2015年10月26日——閱讀論文總結，課題初步方向點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本目錄溫室環境智能監控研究現狀溫室環境智能監控方案總結我國溫室農業開展概況課題方向點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本1我國溫室農業開展概況近年來我國溫室農業得到了快速開展，截至2012年，面積已到達了362萬hm2占世界的89.3%；其中代表設施農業現代化水平的玻璃溫室面積接近9000hm2，占世界玻璃溫室面積的22.5%。與此同時，隨著信息技術的開展，傳感器技術、無線網絡、信息處理、決策效勞等智能化技術越來越多地應用于溫室管理中，尤其是近年來物聯網技術的開展和應用，更加促進了溫室智能化管理技術的開展。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本溫室環境決策調控溫室環境數據處理溫室環境信息獲取2溫室環境智能監控的研究現狀點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.1溫室環境信息獲取

溫室環境信息獲取方面，研究初期主要采有線傳輸方式，如朱偉興等人設計了以計算機為上位機、MCS-51單片機為下位機的智能溫室群集散控制系統就是運用RS232/RS422有線傳輸環境信息。其設計整體框圖如圖1.圖1朱偉興等設計的硬件整體框圖點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本再如懂喬雪等人設計的“溫室計算機分布式自動控制系統”

采用總線式RS-485通信網絡和逐級驗證的通信算法進行數據傳輸，通信結構圖及總體框圖如圖2、3。圖2懂喬雪等設計的通信硬件系統框圖圖3懂喬雪等設計的系統總體框圖點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本近年來國內外在溫室環境無線測控技術方面開展了相關研究工作，主要是采用

2G、3G網絡通信技術、Zigbee、藍牙和Wi-Fi等方式進行信息的傳輸。其中2G、3G網絡通信技術主要適用于遠距離信息傳輸，Zigbee、藍牙和Wi-Fi技術用于短距離信息傳輸領域。如張猛等設計的“基于ZigBee和Internet的溫室群環境遠程監控系統”就是運用了無線傳輸技術，其設計整體框圖如圖4。圖4張猛等設計的系統總體框圖點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本再如王斌等設計的“基于GPRS技術日光溫室綜合環境集散控制系統”該系統主要由３局部組成：溫室綜合環境監控模塊、GPRS數據傳輸模塊、基于WEB的溫室群監控中心模塊。整體設計框圖如圖5所示。圖5王斌等設計的系統總體框圖點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.2溫室環境數據處理由于溫室測控系統效勞于多個溫室，范圍廣，環境參數復雜，為了提高采集數據的可靠性和穩定性，大多數設計都采用了一定的方法將采集到的原始數據進行處理。如程曼等在“基于多傳感器數據融合的溫室環境控制的研究”一文中描述的，在多傳感器采集數據根底上,利用最小距離聚類法確定各傳感器融合的次序,提高數據融合結果的客觀性。器設計的整體框圖如圖6。圖6程曼等設計的系統總體框圖點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本再如張韓飛等在“多傳感器信息融合在溫室濕度檢測中的應用”一文中采用模糊C均值(FCM)聚類算法對溫室濕度進行數據融合,說明了FCM算法優于平均值算法，提高了檢測的準確性。其整體設計框圖如圖7所示。圖7張韓飛等設計的系統總體框圖點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.3溫室環境決策調控目前溫室環境優化控制主要是依據植物生長最適宜條件或者依據環境控制本錢最低來優化。在上述兩種優化調控方法中，由于基于生長最優往往不是經濟效益最好，而基于本錢最低那么不能保證發揮溫室增產潛力，所以近年來開展了將作物生長和環境調控本錢相結合的控制方法研究。如朱丙坤等人在“基于節能偏好的沖突多目標相容溫室環境控制”一文中利用多目標相容算法對溫室大棚進行控制，并對遺傳算法進行了改進，把節能這一偏好引入到了優化過程中。在多沖突目標算法中，不在追求精確的點目標，而是追求次優的區間目標，由于控制目標的放寬，就可以有很大的余地來協調控制精度和能耗，從而到達節能降耗的目的。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本決策調控數據處理數據獲取3溫室環境智能控制開展方向總結點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本3.1數據獲取方面由于總線方式布線復雜且有線線路在大棚內溫熱潮濕的環境下容易損壞等多方面原因，使用將越來越少，取而代之的將是無線通信，包括zigbee、藍牙、WiFi等短距離無線通信和GPRS、互聯網等遠程無線通信。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本3.2數據處理方面分布式處理將是未來的開展趨勢，傳統的數據處理往往是將所有原始數據都會聚到控終端進行統一處理，這樣既加大了數據處理的難度，又浪費了數據傳輸帶寬。所以將原始數據在采集端進行處理或者預處理是數據處理的前提，這就需要在數據采集端加適宜的數據處理硬件。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本傳統的溫室大棚控制系統的數據處理通常是將不同傳感器或者同一種類的不同傳感器獨立開來，或者只進行簡單的均值融合，這種方法不能從整體上把握溫室環境，并且存在數據冗余。多傳感器融合技術彌補了上述缺點，多傳感器信息融合是把多個相同類型或不同類型的傳感器所提供的局部觀察量加以綜合，消除信息之間的冗余和矛盾，利用信息互補，形成對環境的相對完整一致的感知描述，從而提高智能系統決策的快速性和正確性，以及規劃的科學性。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本現有的溫室監控系統智能化程度較低,它們能夠自動采集溫室內的小氣候數據，進行簡單的數據處理，并且利用直接監測數據或者經簡單處理后的數據進行溫室內小氣候的調控,但是調控的機制一般是比較死板的程式化設置參數,缺少基于專家知識的、針對具體作物生理特點和病蟲害發生規律的靈活調控機制。專家系統的融入能夠利用專家系統中的專家經驗實時處理分析溫室監控系統的監測數據，從原始數據中挖掘出更為深層次的信息，例如什么環境條件下更容易產生病蟲害，什么條件下果實張的更快更好等等。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本3.2決策控制方面傳統的設計一般只考慮使環境到達最優即可，但是環境最優必定是以犧牲能源為代價的，并且植物生長的適宜環境往往不是一個點，而是一個區間，只要能使環境在植物適宜生長的范圍之內即可。所以如何在環境優化與能源節約之間找到一個平衡點成為反響調控一個課題，無論以何種一句作為控制前提，最終的經濟效益是控制的最終落腳點近所以近年來開展了將作物生長和環境調控本錢相結合的控制方法研究。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本綜上所述，無線通信、分布式處理、多傳感器融合、專家系統、作物生長環境和調控本錢結合控制是未來“溫室環境智能控制”的開展方向，也是課題研究的重點。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4課題方向4.1總體概述課題方向初步定為運用無線通信、分布式處理、多傳感器融合、專家系統、作物生長環境和調控本錢結合控制方面的知識設計出一款“溫室環境智能監控系統”。課題創新點主要有，數據分析融入專家系統、病蟲害預防、適用于多種農作物。該系統解決了目前溫室環境監控系統普遍存在的環境數據獲取后很少與具體作物健康發育的特殊需求相結合，也很少用于病蟲害的智能化防治等問題。系統總圖框圖如以下圖所示。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.2課題開展首先是數據采集端，選取對作物生長最為重要的溫度、濕度、CO2濃度、光照和作物圖像作為原始采集參數。傳感器選型如下表所示。傳感器溫度濕度光照CO2濃度作物圖像型號SHT11SHT11BL1750MG811待定點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本采集端的數據預處理，首先對采集到的原始數據進行濾波，以減少外界噪聲干擾。經查閱資料，常用的濾波方法主要有十種〔見附錄1〕。①限幅濾波法〔又稱程序判斷濾波法〕②中位值濾波法③算術平均濾波法④遞推平均濾波法〔又稱滑動平均濾波法〕⑤中位值平均濾波法〔又稱防脈沖干擾平均濾波法〕⑥限幅平均濾波法⑦一階滯后濾波法⑧加權遞推平均濾波法⑨消抖濾波法⑩限幅消抖濾波法在宋慶恒的“基于多傳感器數據融合的蔬菜大棚控制系統設計”一文中用到的是滑動平均窗濾波，器MALAB實現函數如下。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本function[output_A]=fifo_filter(input_A,fifo_size)%求數組的fifo_size個數據的滑動平均濾波值%對input_A的每一列進行滑動平均濾波fifo_size=floor(fifo_size);if(fifo_size<=1)output_A=input_A;return;endfifo_p=1;sa=size(input_A);line=sa(1);col=sa(2);fifo=zeros(fifo_size,col);fifo_sum=zeros(1,col);forn=1:line;fifo_sum=fifo_sum-fifo(fifo_p,:)+input_A(n,:);fifo(fifo_p,:)=input_A(n,:);fifo_p=fifo_p+1;if(fifo_p>fifo_size)fifo_p=1;endtemp_A(n,:)=fifo_sum/fifo_size;endoutput_A=temp_A;end點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本對數據進行濾波以后還需要提出數據的異常點，剔除異常點常用