節(jié)水灌溉 Water Saving Irrigation ISSN 1007-4929,CN 42-1420/TV 節(jié)水灌溉網(wǎng)絡(luò)首發(fā)論文 題目： 基于模糊PID控制的節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者： 劉洪靜，李黎，高金輝 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)日期： 2020-02-10 引用格式： 劉洪靜，李黎，高金輝基于模糊PID控制的節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)水灌溉. http:/kns.cnki.net/kcms/detail/42.1420.TV.20200210.1446.008.html 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)：在編輯部工作流程中，稿件從錄用到出版要經(jīng)歷錄用定稿、排版定稿、整期匯編定稿等階段。錄用定稿指內(nèi)容已經(jīng)確定，且通過(guò)同行評(píng)議、主編終審?fù)饪玫母寮?。排版定稿指錄用定稿按照期刊特定版式（包括網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)版式）排版后的稿件，可暫不確定出版年、卷、期和頁(yè)碼。整期匯編定稿指出版年、卷、期、頁(yè)碼均已確定的印刷或數(shù)字出版的整期匯編稿件。錄用定稿網(wǎng)絡(luò)首發(fā)稿件內(nèi)容必須符合出版管理?xiàng)l例和期刊出版管理規(guī)定的有關(guān)規(guī)定；學(xué)術(shù)研究成果具有創(chuàng)新性、科學(xué)性和先進(jìn)性，符合編輯部對(duì)刊文的錄用要求，不存在學(xué)術(shù)不端行為及其他侵權(quán)行為；稿件內(nèi)容應(yīng)基本符合國(guó)家有關(guān)書(shū)刊編輯、出版的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，正確使用和統(tǒng)一規(guī)范語(yǔ)言文字、符號(hào)、數(shù)字、外文字母、法定計(jì)量單位及地圖標(biāo)注等。為確保錄用定稿網(wǎng)絡(luò)首發(fā)的嚴(yán)肅性，錄用定稿一經(jīng)發(fā)布，不得修改論文題目、作者、機(jī)構(gòu)名稱和學(xué)術(shù)內(nèi)容，只可基于編輯規(guī)范進(jìn)行少量文字的修改。 出版確認(rèn)：紙質(zhì)期刊編輯部通過(guò)與中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社有限公司簽約，在中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（網(wǎng)絡(luò)版）出版?zhèn)鞑テ脚_(tái)上創(chuàng)辦與紙質(zhì)期刊內(nèi)容一致的網(wǎng)絡(luò)版，以單篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊發(fā)論文的錄用定稿、排版定稿、整期匯編定稿。因?yàn)橹袊?guó)學(xué)術(shù)期刊（網(wǎng)絡(luò)版）是國(guó)家新聞出版廣電總局批準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)連續(xù)型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以簽約期刊的網(wǎng)絡(luò)版上網(wǎng)絡(luò)首發(fā)論文視為正式出版。 基于模糊 PID 控制的節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 劉洪靜 1， 李黎 2， 高金輝 1 （ 1.河南師范大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 增材智能制造河南省工程實(shí)驗(yàn)室 , 河南 新鄉(xiāng) 453007； 2.新鄉(xiāng)水文水資源勘測(cè)局 , 河南 新鄉(xiāng) 453000） 摘 要： 為了減少水資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉的智能控制，采用模糊 PID 算法、信電共線的 2 線通訊方式和Modbus 通訊 協(xié)議 ，結(jié)合 MCGS 組態(tài)系統(tǒng)研究并設(shè)計(jì)了一種節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò) 2 根總線給若干灌溉從機(jī)低壓直流供電，并進(jìn)行雙向通訊檢測(cè)與控制；將實(shí)際土壤濕度值與設(shè)定值進(jìn)行誤 差對(duì)比后，經(jīng)模糊 PID 控制器輸出控制量，通過(guò)主機(jī)控制從機(jī)，從機(jī)控制電球閥開(kāi)閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉的智能控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該節(jié)水灌溉系統(tǒng)響應(yīng)上升時(shí)間短，超調(diào)量小，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和魯棒性。 關(guān)鍵詞： 節(jié)水灌溉；模糊 PID；信電共線； Modbus 通訊 協(xié)議 ； MCGS 組態(tài)系統(tǒng) 中圖分類號(hào) ： TP273 文獻(xiàn)標(biāo) 識(shí) 碼： A Design of Water-saving Irrigation Intelligent Control System Based on Fuzzy-PID Control LIU Hong-jing1， LI Li2， GAO Jin-hui1 (1. Engineering Laboratory for Intelligent Additive Manufacturing of Henan Province , College of Electronic and Electrical Engineering, Henan Normal University, Xinxiang Henan 453007, China; 2. Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau, Xinxiang Henan 453000, China) Abstract: For reducing the water-wasting and realizing the intelligent control of irrigation, an intelligent water-saving irrigation control system is designed by using the Fuzzy PID algorithm, two-line communication mode and Modbus communication protocol, with the MCGS configuration system. The system supplies low dc power to several irrigation slaves through two-line, and makes two-way communication detection and control;Comparing and judging the actual soil moisture and the set values, the fuzzy PID controller outputs the control quantity, the intelligent control of irrigation is realized by controlling slave machine and opening or closing ball valve. The experimental results show that the response time of the water-saving irrigation system is short, the overshoot is small, and the system has strong stability and robustness. Key words： Intelligent Irrigation； Fuzzy PID； Telecom Common Line； Moudbus Communication Protocol； MCGS Configuration system 0 引 言 我 國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)灌溉用水占比較大，傳統(tǒng)的灌溉方式導(dǎo)致水資源的嚴(yán)重浪費(fèi) 1，不符合我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)基金項(xiàng)目 ： 教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（ 201701077018，） 資助。 作 者 簡(jiǎn)介： 劉洪靜（ 1993-），男 ， 碩士，主要研究方向：電子信息系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 。 E-mail： 984916834qq.com。 通信作者： 高金輝 （ 1962-） ，男 ， 河南 南陽(yáng)， 教授 ，主要研究方向 ：電子技術(shù)設(shè)計(jì) 、 傳感器技術(shù)應(yīng)用 。 E-mail： gaojinhui282sina.com。 水灌溉的要求。為 了 解決這一問(wèn)題需要發(fā)展一種較高水平的灌溉技術(shù)，以作物對(duì)水分的需求量為依據(jù)，適時(shí)適量灌溉，使作物生長(zhǎng)在最佳狀態(tài)。 由于農(nóng)業(yè) 灌溉對(duì)象是一個(gè)大慣性、 非線性和純時(shí)延的系統(tǒng) ， 無(wú)法對(duì)其建立精確與統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型 2，傳統(tǒng)的 PID控制，理論成熟，參數(shù)調(diào)整方便 3，但控制精度達(dá)不到要求，存在超調(diào)的現(xiàn)象；模糊控制是一種非線性控制， 不需要建立精確 的 數(shù)學(xué)模型 ,根據(jù)領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)或操作人員的經(jīng)驗(yàn)就可制定有效的控制策略 ，但其抗干擾能力欠佳 4。 本文根據(jù)兩者的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種新的模糊 PID 控制方法，提高了控制精度和抗干擾能力；采用信電共線新的通網(wǎng)絡(luò)首發(fā)時(shí)間：2020-02-10 15:24:41網(wǎng)絡(luò)首發(fā)地址：http:/kns.cnki.net/kcms/detail/42.1420.TV.20200210.1446.008.html從機(jī) 1 ModBus 協(xié)議 從機(jī) 2 電球閥1 水流傳感器1 水流傳感器2 水流傳感器3 電球閥2 電球閥3 土壤濕度傳感器3 土壤濕度傳感器2 土壤濕度傳感器1 主機(jī)模塊 L2 DC24V L1 設(shè)定土壤濕度 MCGS 組態(tài) 系統(tǒng) 從機(jī) 3 模糊 PID控制器 訊方式， 通過(guò)在 2 根 低壓供電 總線 上調(diào)制通訊控制信號(hào) （滿幅電壓發(fā)送，電流回傳接收） ，系統(tǒng) 無(wú)極性接線的方法 替代傳 統(tǒng)供電和通訊分離的多線制電纜，克服了傳統(tǒng) RS232、RS485 有線通訊方式 5傳輸距離有限、通訊線束多、接線復(fù)雜的問(wèn)題。并利用 Modbus 通訊協(xié)議、 Simulink 仿真和滴灌實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性，取得了較好的效果，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水灌溉的智能控制， 在可控范圍內(nèi)最大程度地減少灌溉用水的浪 費(fèi) 6，解決了我國(guó)灌溉水資源利用率低、管理水平滯后、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人機(jī)交互能力差等弊端。 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)由：模糊 PID 控制器、 MCGS 組態(tài)系統(tǒng)、信電共線主機(jī)模塊、從機(jī)模塊，土壤濕度傳感器，水流傳感器和電球閥組成。 MCGS 組態(tài)系統(tǒng)用于設(shè)定土壤濕度、顯示各個(gè)分機(jī)和傳感器狀態(tài)，并能與主機(jī)模塊通信，控制相應(yīng)的從機(jī)。主機(jī)模塊和從機(jī)模塊之間通過(guò) MudBus 協(xié)議進(jìn)行通信。從機(jī)土壤濕度傳感器采集土壤信息，并將信息通過(guò)主機(jī)模塊反饋給模糊 PID 控制器，經(jīng)算法運(yùn)算處理后，將輸出量通過(guò)組態(tài)系統(tǒng)反饋給主機(jī)模塊，從而控 制相應(yīng)分機(jī)的電球閥的開(kāi)閉，實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉的智能控制。水流傳感器檢測(cè)水流流量及反饋電動(dòng)球閥的開(kāi)閉狀態(tài)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 圖 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 2 信電共線硬件設(shè)計(jì) 2.1 主機(jī)核心電路設(shè)計(jì) 主機(jī)核心 電路如圖 2 所示， 系統(tǒng) 支持總線電壓直流12V-48V，通過(guò)電壓變化信號(hào)向從機(jī)發(fā)送控制信號(hào)。 模塊EV620 通過(guò) 485 總線與 MCGS 組態(tài)屏通信， BRK 為總線故障指示引腳。 當(dāng) EV620 接收到 MCGS 發(fā)來(lái)的串口信號(hào)，需要向從機(jī)發(fā)送信號(hào)時(shí)，通過(guò)控制引腳 BH 使總線輸出腳 L1 的電壓值在滿足供電的前提下小范圍內(nèi)上下波動(dòng) ，從而使總線上形成規(guī)律性變化的電壓信號(hào)，以供從機(jī)識(shí)別。 當(dāng) EV620 接收到從機(jī)發(fā)來(lái)的應(yīng)答信號(hào)時(shí)，引腳 BL 檢測(cè)總線上的電流變化，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺R(shí)別的電壓信號(hào)，通過(guò)串口發(fā)送給 MCGS 并顯示。 圖 2 主機(jī)核心電路 2.2 從機(jī)核心電路設(shè)計(jì) 從機(jī)核心 電路如圖 3 所示， 控制芯片 PB331 的 PI 引腳為信號(hào)輸入端，檢測(cè)主站發(fā)送來(lái)的電壓信號(hào)，以識(shí)別主站發(fā)來(lái)的指令； PO 引腳為信號(hào)輸出端，通過(guò)控制 T1 的導(dǎo)通控制總線電流，向主機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。 MCU 單片機(jī) 為帶有 flash 的增強(qiáng)型 8 位 8051 內(nèi)核微控制器 ，通過(guò) IO 口讀取傳感 器數(shù)值、電球閥狀態(tài)，并控制電球閥運(yùn)行。 TR 為土壤濕度傳感器， SL 為水流傳感器， Valve 為電球閥。 當(dāng) PB331 的 PI 引腳檢測(cè)到主站發(fā)來(lái)的電壓信號(hào)后，通過(guò)串口發(fā)送給 MCU 執(zhí)行相關(guān)操作。 當(dāng) PB331 接收到 MCU 發(fā)送來(lái)的應(yīng)答信號(hào)時(shí)，控制 PO腳使 T1 導(dǎo)通或關(guān)閉，從而使總線上形成小范圍規(guī)律性變化的電流信號(hào)，以供主機(jī)識(shí)別。 圖 3 從機(jī)核心電路 3 組態(tài)系統(tǒng)介紹及通訊協(xié)議設(shè)計(jì) 3.1 MCGS 組態(tài)系統(tǒng)介紹 MCGS 組態(tài)屏 是一套以 Cortex-A8 CPU 為核心的高性能嵌入式一體化觸摸屏 7，利用 MCGS 人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和運(yùn)行控制 8，其建立的組態(tài)系統(tǒng)工程 由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及運(yùn)行策略等五個(gè)部分構(gòu)成 。本組態(tài)系統(tǒng)設(shè)有登錄界面、主界面、分組界面等若干界面，系統(tǒng)主界面如圖 4 所示。 圖 4 組態(tài)系統(tǒng)主界面 3.2 通訊協(xié)議設(shè)計(jì) 為了便于 和 MCGS 組態(tài) 系統(tǒng) 通信， 信電共線主、從機(jī)均采用 Modbus RTU 通訊協(xié)議 9,10， 通過(guò)主機(jī)向從機(jī)發(fā)送請(qǐng)求，從機(jī)向主機(jī)響應(yīng)的方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。 本設(shè)計(jì)是一臺(tái)主機(jī)對(duì)若干臺(tái)從機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，定義的分機(jī)寄存器地址如表 1 所示，并根據(jù)具體情況編 寫(xiě)了兩個(gè)控制指令：主機(jī)讀取從機(jī)狀態(tài)的命令和主機(jī)控制從機(jī)電球閥開(kāi)關(guān)的命令。其控制格式如下： 主機(jī)檢測(cè)灌溉狀態(tài)，讀取從機(jī)狀態(tài)的命令格式：從機(jī)地址、 0x04、 0x00、 0x04、 0x00、 0x05、低位 CRC、高位CRC。第一個(gè) 0x04 為功能碼：?jiǎn)蝹€(gè)讀； 0x00、 0x04 為讀取的第一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的地址， 0x00、 0x05 為讀取的寄存器個(gè)數(shù)，即從寄存器 0x04 開(kāi)始順序讀取 5 個(gè)寄存器的地址；高、低位 CRC 為校驗(yàn)碼。 主機(jī)控制相應(yīng)從機(jī)電球閥開(kāi)關(guān)的命令格式：從機(jī)地址、0x06、 0x00、 0x04、 0x00、 0x01 或 0x00、地位 CRC、高位CRC。 0x06 為功能碼：?jiǎn)蝹€(gè)寫(xiě)； 0x00、 0x04 為電球閥狀態(tài)寄存器地址； 0x00、 0x01 為打開(kāi)電球閥指令， 0x00、 0x00為關(guān)閉電球閥指令；高位、低位 CRC 為校驗(yàn)碼 。 表 1 分機(jī)寄存器地址分配表 寄存器地址 名稱 屬性 類型 0x04 電球閥狀態(tài) 讀 /寫(xiě) Bool 0x05 電球閥開(kāi)檢測(cè) 讀 Bool 0x06 電球閥關(guān)檢測(cè) 讀 Bool 0x07 水流檢測(cè) 讀 /寫(xiě) Bool 0x08 電球閥運(yùn)行狀態(tài) 讀 /寫(xiě) Int 0x09 實(shí)際土壤濕度值 讀 Int 注：電 球閥運(yùn)行狀態(tài)：開(kāi)啟時(shí)為 1，關(guān)閉時(shí)為 2，空閑時(shí)為0，動(dòng)作超時(shí)為 0xff。 4 模糊 PID 控制 器設(shè)計(jì) 4.1 模糊 PID 控制器 原理介紹 模糊 PID 控制器原理 11如圖 5 所示： 圖 5 模糊 PID 控制器原理圖 控制器中，土壤濕度偏差 e(k)由 k 時(shí)刻的土壤濕度設(shè)定值 r(k)與實(shí)際檢測(cè)值 y(k)構(gòu)成： e(k)=r(k) - y(k) (1) 偏差變化率 ec(k) 由當(dāng)前時(shí)刻誤差 e(k)與前一個(gè)時(shí)刻的誤差 e(k-1)構(gòu)成： ec(k)=e(k) - e(k-1) (2) 輸出變量為 u(k)， 由 e(k)、 ec(k)及變量 k、 k、 kd 構(gòu)成： (3) 通過(guò)偏差和變化率的輸入，依據(jù)模糊規(guī)則得出相應(yīng)的變化量 k、 k、 kd， 并和原來(lái)設(shè)定的 PID 參數(shù)進(jìn)行相加 ， 得出需要傳遞給輸出的變量 k、 k、 kd。 設(shè)置濕度偏差 e(k)和偏差變化率 ec(k)的基本論域分別為 -5， +5和 -3， +3，對(duì)應(yīng)的離散論域均為 -3， -2， -1， 0，1， 2， 3，則量化因子 ke=3/5=0.8， kec=3/3=l。設(shè)置輸出量u 基本論域?yàn)?0， 30，由于輸出量不存在負(fù)值，離散論域 u設(shè)為 0， 1， 2， 3， 4， 5，則比例因子 ku=30/5=6。濕度偏差 e、 濕度變化率 ec 和變量 k、 k、 kd 均采用三角隸屬度函數(shù)，函數(shù)曲線見(jiàn)圖 6。 圖 6 三角隸屬度函數(shù)圖 4.2 模糊 PID 控制規(guī)則 本模糊控制規(guī)則建立的原則是在輸入偏差 e(K)變大的時(shí)候向誤差減小的方向進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)誤差變小的時(shí)候要保持系統(tǒng)穩(wěn)定，盡可能避免出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，具體規(guī)則如下，邏輯控制表見(jiàn)表 2。 （ 1）當(dāng)偏差 e(K)較大時(shí)，代表土壤濕度相差較大，應(yīng)該加快系統(tǒng)調(diào)節(jié)，加大 Kp 并減 小 Kd 使系統(tǒng)快速到達(dá)預(yù)定的值。為防止系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)，應(yīng)當(dāng)取較小的 Ki 值。 （ 2）當(dāng)偏差 e(K)適中時(shí)，代表土壤濕度在向設(shè)定濕度值靠近，變化范圍不易過(guò)大，系統(tǒng)應(yīng)盡量保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下，應(yīng)當(dāng)把 Kp 向較小的方向調(diào)整， Ki、 Kd取適中值即可。 （ 3）當(dāng)偏差 e(K)較小時(shí)，代表土壤濕度接近設(shè)定值，為了增加系統(tǒng)的容錯(cuò)性，應(yīng)取較大的 Kp、 Ki 值，為了避免系統(tǒng)發(fā)生振蕩， Kd 的取值尤為重要，一般取中等大小。 表 2 模糊 PID 邏輯控制表 Kp/ Ki/ Kd Ec NB NM NS ZO PS PM PB e NB PB/NB/NB PM/ZO/PS PB/PB/NM PM/NM/NB PB/PB/NM NB/PB/NB PB/NB/NB NM PB/NB/NB NM/ZO/ZO PB/PB/ZO PS/NS/NM PB/PB/ZO PM/ZO/PB PB/NB/NB NS PB/NB/NB PM/NS/NS PB/PB/PM ZO/NS/ZO PB/ PB/PM NS/PS/NS PB/NB/NB ZO PB/NB/NB PS/NB/NS PB/PB/ZO ZO/ZO/NS PB/ PB/ZO NS/PS/NS PB/NB/NB PS PB/NB/NB PS/NS/ZO PB/PB/PM NM/ZO/ZO PB/ PB/PM NM/PM/ZO PB/NB/NB PM PB/NB/NB NM/ZO/PB PB/PB/ZO ZO/PS/ZO PB/ PB/NB NM/ZO/ZO PB/NB/NB PB PB/NB/NB ZO/ZO/PM PB/PB/NB NS/PS/PM PB/ PB/NB NB/PB/PB PB/NB/NB 4.3 simulink 仿真 根據(jù) 所述的模糊 PID 控制器，運(yùn)用 Simulink 進(jìn)行仿真，來(lái)驗(yàn)證其可行性。由于實(shí)際土壤水勢(shì)曲線為非線性，土壤濕度受多種因素影響，經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，采用土壤濕度基質(zhì)變化率的公式來(lái)反映變化函數(shù) 12： y = 100sin (2 x/400 ) (4) 其中 x 為經(jīng)過(guò)換算的開(kāi)閥時(shí)間， y 為土壤濕度變化率。 通過(guò)單獨(dú) PID 控制器仿真分析， Kp、 Ki、 Kd 的初始值分別為 13、 0.5、 0.1 且 Kp 取值在 8， 18， Ki 取值在 0， 1， Kd 取值在 0， 0.2時(shí)，系統(tǒng)的控制 效果較好。因此輸出比例因子 ap 18 -13/10 0.5， ai 1 -0.5/10 0.05，ad 0.2 -0.1/10 0.01，變量 Kp、 Ki、 Kd 表達(dá)式如下： Kp 0.5Kp 13 (5) Ki 0.05Ki 0.5 (6) Kd 0.01Kd 0.1 (7) 以設(shè)定濕度為 30 度為例，仿真結(jié)果如圖 7 所示。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò) 48 秒后濕度達(dá)到設(shè)定值并保持水平，超調(diào)量較小，響應(yīng)時(shí)間短，效果優(yōu)于單一的模糊控制器和 PID 控制器。 圖 7 simulink 仿真結(jié)果 5 系統(tǒng)測(cè)試 5.1 系統(tǒng)通訊測(cè)試 以組 1 中關(guān)閉的 2 號(hào)從機(jī)為例。檢測(cè)灌溉狀態(tài)時(shí)，發(fā)送讀取 2 號(hào)從機(jī)狀態(tài)的指令為： 0x02、 0x04、 0x00、 0x04、 0x00、 0x06、 0x31、 0xFA。調(diào)試工具返回值 RX 為： 0x02、 0x04、 0x0C、 0x00、 0x00、 0x00、 0x00、 0x00、0x01、 0x00、 0x00、 0x00、 0x00、 0x00、 0x1C、 0xC7、 0xBF。 當(dāng)土壤濕度值未達(dá)到設(shè)定值，需要灌溉時(shí)，發(fā)送開(kāi)啟 2號(hào)從機(jī)電球閥的指令為： 0x02、 0x06、 0x00、 0x04、 0x00、 0x01、 0x09、 0xF8。 調(diào)試工具返回值 RX 為： 0x02、 0x06、 0x00、 0x04、 0x00、 0x01、 0x09、 0xF8。組態(tài)測(cè)試效果如圖 8 所示。 當(dāng)土壤濕度值達(dá)到設(shè)定值，需要結(jié)束灌溉時(shí)，發(fā)送閉 2號(hào)電球閥的指令為： 0x02、 0x06、 0x00、 0x04、 0x00、 0x00、 0xC8、 0x38。 調(diào)試工具返回值 RX 為： 0x02、 0x06、 0x00、 0x04、 0x00、 0x00、 0xC8、 0x38。組態(tài)測(cè)試效果如圖 9 所示。 圖 8 系統(tǒng)通訊測(cè)試圖 1 圖 9 系統(tǒng)通訊測(cè)試圖 2 5.2 節(jié)水灌溉測(cè)試 根據(jù)已搭建好的節(jié)水灌溉系統(tǒng)，設(shè)定土壤濕度為 20度，采用滴灌的方式對(duì)某大型盆栽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，土壤濕度傳感器插入土壤深度為 7cm，秒表計(jì)時(shí) 100s，測(cè)得數(shù)據(jù)曲線如圖 10 所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該節(jié)水灌溉系統(tǒng)響應(yīng)上升時(shí)間短，在誤差允許范圍內(nèi)超調(diào)量較小，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和魯棒性。 圖 10 土壤濕度測(cè)試圖 6 結(jié)論 本設(shè)計(jì)基于 模糊 PID 算法，利用信電共線 2 線通訊方式和 MudBus 協(xié)議 ，結(jié)合 MCGS 組態(tài)系統(tǒng) ， 以 設(shè)定的 土壤濕度值作為灌溉的依據(jù)， 研究并設(shè)計(jì)了一種 節(jié)水灌溉 智能控制 系 統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)合理 、安全可靠 、 性能穩(wěn)定 、 操作 簡(jiǎn)單 、實(shí)用性強(qiáng)等 優(yōu)點(diǎn) 。 解決了傳統(tǒng)灌溉水資源浪費(fèi)大、 安全 性差 、人機(jī)交互能力不強(qiáng) 的問(wèn)題， 達(dá)到了節(jié)水灌溉的目的，在灌溉 領(lǐng)域具 有 一定 的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值 。 參考文獻(xiàn) 1 李嵩，周建平，許燕基于 PSO優(yōu)化 Fuzzy-PID精量灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J節(jié)水灌溉， 2019，（ 3）： 90-93. 2 張育斌，魏正英，馬勝利，等灰色預(yù)測(cè)模糊 PID灌溉控制技術(shù)開(kāi)發(fā) J中國(guó)農(nóng)村水利水電， 2016，（ 2）： 5-8. 3 邵鵬飛，曹江濤，桑紅，等 Fuzzy-PID復(fù)合控制在溫室節(jié)水灌溉中的應(yīng)用 J傳感器與微系統(tǒng)， 2016， 35（ 8）： 144-147. 4 於沈剛，馬明舟，岳雪峰，等模糊 PID智能灌溉控制器的設(shè)計(jì)及MATLAB仿真 J節(jié)水灌溉， 2018，（ 5）： 86-89. 5 盧超，梁爍，嚴(yán)帥，等基于 485總線的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)J電子器件， 2018， 41(6) ： 1572-1576 6 許平灌溉技術(shù)的發(fā)展在我國(guó)農(nóng)耕制度演進(jìn)中的作用 J河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2009， (3) ： 141-143 7 丁靜， 陶曄，孫進(jìn)基于 PLC與 MCGS組態(tài)技術(shù)的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2017， (8) ： 87-90+124 8 Fan-wen M, Yu-xiang Z, 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