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无土栽培的关键技术是营养液的精确调配,营养液的浓度和酸碱度直接影响作物的品质和产量。探索一种能实时调控营养液的配比、电导率(EC)和pH值的营养液精确调配技术,对于我国设施无土栽培施肥灌溉技术的发展具有重要的科学意义和应用前景。
构建了母液吸肥量测量系统,通过母液(酸液)的吸肥流量与电磁阀PWM参数的关系实验,分析了各通道吸肥流量的变化趋势和通道间的流量差异,对6路吸肥通道的母液(酸液)的平均吸肥流量与占空比的关系进行了线性回归,结果显示线性关系极显著。
采用园试通用配方作为母液,酸液选用硝酸,通过单路母液(酸液)加入量与EC/pH值的关系实验,分析了各路母液(酸液)对混合液EC/pH值的影响,并建立相应的回归方程。对作物生长影响最大的4路母液和酸液设计了5因素、3水平的正交试验,并对试验结果进行了多元线性回归,建立了多路母液加入量与营养液EC/pH值的回归模型,试验结果表明:与实测值相比,回归模型预测得到EC值的平均和最大相对误差分别为0.78%和1.15%,pH值的平均和最大相对误差分别为0.76%和0.97%。
分析了PID控制和模糊控制的基本原理和各自应用特点,结合PID参数的整定规律以及营养液调配经验和专家知识,制定了模糊规则表,实现了营养液EC/pH值的模糊PID控制算法。
最后,采用模块化的设计方法,对控制系统进行了硬件设计,并阐述了各模块的功能作用;软件开发完成了系统初始化、故障检测、EC/pH值的模糊PID控制、决策执行、按键处理、液晶显示等各个程序模块的设计。通过对营养液精确调配控制系统的调试试验,结果表明:系统运行可靠且稳定,控制方案合理,能够满足EC/pH值控制要求的性能指标。