一种基于WI-FI的远程大棚温度监控系统技术方案

本发明专利技术提供了一种由管理单元、无线传输单元和控制单元组成，管理单元通过无线传输单元访问控制单元，监测大棚温度实时状态；控制单元通过基于单神经元PID的控制算法对大棚温度进行实时调节。大棚温度对象一般在作物耐受温度范围内波动，此时通过控制加热元件，实现调节温度的功能；当且仅当大棚温度对象超过作物耐受最高温度时，通过控制降温元件进行喷水降温。本发明专利技术采用WI‑FI网络作为传输介质，通过多层分布式无线网络，可以灵活地扩大或缩小监控范围，方便增减需要的大棚温度监控节点数量，同时提高了大棚温度控制效率；将神经网络计算原理与常规PID控制算法相结合了，提高了控制效率，优化了系统性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大棚温度监控系统，尤其涉及一种基于WI-FI无线数据传输方法和基于单神经元PID控制算法的大棚温度监控系统。
技术介绍
随着我国国民经济的发展，人民的生活水平日益提高，冬季大棚蔬菜的市场日渐扩大，尤其是北方地区在寒冷的冬季用塑料大棚栽培蔬菜，更体现出经济价值。大棚温度控制，即根据农作物生长发育的需要，通过传感器技术、微型计算机以及单片机技术和人工智能技术实现大棚温度自动调节，使农作物在不适宜生长发育的反季节中，获得比室外生长更优的环境条件。农业大棚直接处于露天环境中，通常面积较大，传统阈值控制系统在应对大棚温度这一复杂过程对象时具有一定的局限性，可能会导致温度控制不及时、控制性能不佳。目前的大棚温度控制系统多采用有线方式进行数据传输。有线网络系统具有移动性差、不灵活、可拓展性差、组网和维护不便利等缺点。随着现在无线网络技术的发展，无线网络的稳定性和实时性都有了很大的改善，其性能足以保证控制系统安全稳定地运行。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种温度控制及时、准确，且基于无线数据传输的大棚温度监控系统。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种基于WI-FI的远程大棚温度监控系统，其特征在于：由管理单元、无线传输单元和控制单元组成，管理单元通过无线传输单元访问控制单元，监测大棚温度实时状态；控制单元通过基于单神经元PID的控制算法对大棚温度进行实时调节。>优选地，所述管理单元为用户端PC，一方面用于设置大棚温度的控制目标值，另一方面用于监测大棚温度的实时温度值。优选地，所述无线传输单元由多个WI-FI模块组成，包括MST管理站点、AP接收节点、RST中继站点、RAP中继接收节点、CST控制站点，所有MST、AP、RST、RAP、CST之间的信息传输方式为无线传输，所述管理单元与MST有线连接，CST连接所述控制单元。优选地，所述AP用于实现所述RST和所述MST之间的正常通信。优选地，所述RAP和所述RST共同组成一组中继器，用于延长网络传输距离。优选地，所述控制单元包括：大棚温度对象；用于实时检测大棚温度对象数据并传递给MMF监控服务器的温度传感器；一方面接收大棚温度对象实时数据，并通过无线传输单元发送给管理单元；另一方面接收管理单元的控制指令，并依据所述基于单神经元PID的控制算法控制大棚温度对象的MMF监控服务器；用于接收MMF的指令，并通过加热元件和/或降温元件对大棚温度对象进行实时调节的温度控制执行器。优选地，所述加热元件采用电阻丝。优选地，所述降温元件包括滴灌喷头及控制滴灌喷头开闭的电磁阀门。优选地，所述控制单元还包括：设于温度传感器后端的、用于过滤掉大棚环境中的干扰信号的LPF有源低通滤波器；设于LPF与MMF之间的用于实现模拟量和数字量转化的ADI模数转换器；设于MMF与温度控制执行器之间的用于实现数字量和模拟量转化的DAI数模转换器。优选地，所述电阻丝、电磁阀门与所述DAI相连，通过调节电阻丝两端电压或者电磁阀门的开闭实现对大棚温度对象的控制。优选地，所述MMF上设有软件滤波器，软件滤波器由限幅滤波器和滑动平均滤波器组成。优选地，所述大棚温度对象一般在作物耐受温度范围内波动，此时通过基于单神经元PID的控制算法控制加热元件，实现调节温度的功能；当且仅当大棚温度对象超过作物耐受最高温度时，通过控制降温元件进行喷水降温。优选地，所述大棚温度对象的频域模型为： Y ( s ) = G ( s ) U ( s ) G ( s ) = 1 s 2 + 2 s + 1 e - 10 s ]]>其中，Y(s)为大棚内温度传感器的输出信号；U(s)为基于单神经元PID算法的控制器输出的控制信号；G(s)为大棚温度对象的传递函数，e-10s为大棚温度过程中的纯滞后环节；将大棚温度对象的频域模型转换为离散时域模型：y(k)＝1.8097y(k-1)-0.8187y(k-2)+0.00468u(k-1)+0.00438u(k-2)其中，k为采样序列号；y(k)为当前时刻大棚温度采样值；y(k-1)、y(k-2)分别为当前时刻的前1、2个采样周期内大棚温度采样值；u(k-1)、u(k-2)分别为当前时刻的前1、2个采样周期内控制器的输出值。优选地，所述基于单神经元PID的控制算法的表达式为： u ( k ) = K p e ( k ) + K t T s Σ m = 0 k e ( m ) + K d e ( k ) - e ( k - 1 ) T s 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于WI‑FI的远程大棚温度监控系统，其特征在于：由管理单元、无线传输单元和控制单元组成，管理单元通过无线传输单元访问控制单元，监测大棚温度实时状态；控制单元通过基于单神经元PID的控制算法对大棚温度进行实时调节。

【技术特征摘要】
1.一种基于WI-FI的远程大棚温度监控系统，其特征在于：由管理单元、无线传输单元
和控制单元组成，管理单元通过无线传输单元访问控制单元，监测大棚温度实时状态；控制
单元通过基于单神经元PID的控制算法对大棚温度进行实时调节。
2.如权利要求1所述的一种基于WI-FI的远程大棚温度监控系统，其特征在于：所述管
理单元为用户端PC。
3.如权利要求1所述的一种基于WI-FI的远程大棚温度监控系统，其特征在于：所述无
线传输单元由多个WI-FI模块组成，包括MST管理站点、AP接收节点、RST中继站点、RAP中继
接收节点、CST控制站点，所有MST、AP、RST、RAP、CST之间的信息传输方式为无线传输，所述
管理单元与MST有线连接，CST连接所述控制单元。
4.如权利要求1所述的一种基于WI-FI的远程大棚温度监控系统，其特征在于，所述控
制单元包括：
大棚温度对象；
用于实时检测大棚温度对象数据并传递给MMF监控服务器的温度传感器；
一方面接收大棚温度对象实时数据，并通过无线传输单元发送给管理单元；另一方面
接收管理单元的控制指令，并依据所述基于单神经元PID的控制算法控制大棚温度对象的
MMF监控服务器；
用于接收MMF的指令，并通过加热元件和/或降温元件对大棚温度对象进行实时调节的
温度控制执行器。
5.如权利要求4所述的一种基于WI-FI的远程大棚温度监控系统，其特征在于：所述控
制单元还包括：
设于温度传感器后端的、用于过滤掉大棚环境中的干扰信号的LPF有源低通滤波器；
设于LPF与MMF之间的用于实现模拟量和数字量转化的ADI模数转换器；
设于MMF与温度控制执行器之间的用于实现数字量和模拟量转化的DAI数模转换器。
6.如权利要求4或5所述的一种基于WI-FI的远程大棚温度监控系统，其特征在于：所述
MMF上设有软件滤波器，软件滤波器由限幅滤波器和滑动平均滤波器组成。
7.如权利要求4所述的一种基于WI-FI的远程大棚温度监控系统，其特征在于：所述大
棚温度对象一般在作物耐受温度范围内波动，此时通过基于单神经元PID的控制算法控制
加热元件，实现调节温度的功能；当且仅当大棚温度对象超过作物耐受最高温度时，通过控
制降温元件进行喷水降温。
8.如权利要求4所述的一种基于WI-FI的远程大棚温度监控系统，其特征在于：所述大
棚温度对象的频域模型为：
Y ( s ) = G ( s ) U ( s ) G ( s ) = 1 s 2 +...

【专利技术属性】
技术研发人员：马俊卿，王泽浩，周武能，李智伟，王朝正，尹珂，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31