控制设计的农业灌溉论文提纲

论文题目：智慧农业网络化精准灌溉系统设计

摘要：目前的智慧农业灌溉系统不能够充分利用自然降水,在很大程度上造成了水资源的浪费。而且,随着现代农业、智慧农业以及精准农业的不断发展,水田面积不断扩大,网络化智能灌溉系统的需求日益增加。现有灌溉系统的底层设备多采用有线信息传输的方式,需要架设大量线缆,灵活性差、通信网络的连通性差、能耗高、灌溉系统决策终端智能化程度不足,在增加设备能耗的同时,影响设备的寿命,给设备的部署及维护带也来了很大的困难。对此,本文综合运用了传感器技术、嵌入式系统技术、无线自组网技术及人工智能理论,引入气象参数并提出精准灌溉策略,设计了智慧农业网络化精准灌溉系统。具体内容如下:（1）设计了基于智慧农业技术的网络化水田作物精准灌溉套件,主要包括数据采集节点、智能网络化节点、精准灌溉动作设备节点以及精准灌溉控制终端,精准灌溉系统基于无线通信的方式,可灵活部署于水田区域。（2）建立了精准灌溉系统通信网络全连通模型、通信网络能耗评估模型及通信网络节点最优部署模型。为了提升灌溉网络通信效率并降低通信能耗,采用基于维诺图改进的飞蛾扑火优化算法（Voronoi Moth Flame Optimization,VI-MFO）对搭建的节点部署数学模型进行求解。（3）搭建了精准灌溉系统作物耗水预测模型、降水预测模型及作物最优灌溉决策模型。为了提高灌溉的精准度并节约水资源,引入气象参数并采用自适应模糊控制方法进行灌溉决策。（4）构建了精准灌溉决策系统,将水田状态信息及网络气象参数作为系统输入,经过系统决策,自适应控制水田灌溉设备进行精准灌溉。并以中国江苏地区水稻田为例,分别进行了系统仿真测试及实物测试。仿真实验结果表明,所提出的智能灌溉系统比非智能灌溉系统设备启动次数减少了26.67%,灌水量节约了40.82%,排水量减少了33.89%,确保农作物的生长水位保持在最佳状态,提高设备的使用寿命,减少了无效灌溉次数,避免了水资源的浪费;实物测试结果表明,系统软硬件各部分工作正常,设备动作时延、决策系统决策时间、系统偏差以及通信距离等参数均符合设计指标的要求。

关键词：智能灌溉;网络节点最优部署;精准灌溉决策;飞蛾扑火算法;模糊控制

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 存在的问题

1.4 研究内容

2 灌溉系统总体方案设计

2.1 系统预期目标及需求分析

2.2 系统总体方案

2.3 系统性能指标

2.4 系统关键技术分析

2.4.1 数据采集技术

2.4.2 组网技术

2.4.2.1 有线组网技术

2.4.2.2 无线组网技术

2.4.3 智能算法

2.4.4 精准灌溉动作设备

2.5 本章小结

3 灌溉系统功能模块设计

3.1 数据采集节点设计

3.1.1 传感器单元设计

3.1.2 Web气象信息获取

3.2 智能网络化节点设计

3.2.1 网络架构设计

3.2.2 网络节点设计

3.3 精准灌溉动作设备节点设计

3.4 精准灌溉控制终端设计

3.4.1 手持控制终端设计

3.4.2 PC控制终端设计

3.5 本章小结

4 灌溉决策模型设计

4.1 精准灌溉模型建立

4.1.1 精准灌溉通信网络节点最优部署模型

4.1.2 精准灌溉系统最优灌溉决策模型

4.2 模糊控制器设计

4.2.1 模糊控制器架构设计

4.2.2 变量模糊化

4.2.3 隶属度函数

4.2.4 模糊控制规则

4.3 本章小结

5 实验测试及结果分析

5.1 精准灌溉通信网络节点部署仿真实验

5.1.1 参数设定

5.1.2 仿真结果

5.2 精准灌溉系统测试仿真实验

5.2.1 参数设定

5.2.2 试验环境参数设定

5.2.3 仿真试验

5.2.4 对比实验

5.3 实际应用测试效果

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢