智能灌溉监控系统的设计与应用研究
|
摘要
本文对智能监控技术在灌溉系统上的应用进行了研究，设计了一个由嵌入式测控终端和中央监控计算机组成的灌溉监控网络系统。系统引进了最新的计算机、电子、网络和通信等相关领域的最新成果，通过对土壤湿度、电导率、酸碱度及空气温湿度等信号的采集，实现全自动灌溉。由中央监控计算机通过总线控制各个测控终端，并且由内置的给水和给肥专家系统及通过Internet获取的天气信息进行节水灌溉预报。
现代产业正在向大型、连续、综合化发展，形成了复杂的生产过程，而产品则出现越来越智能、宜用、小型化的特点。对于这些生产过程和产品的设计，面临着一系列用传统方法不能解决的新问题，比如不确定性广泛存在；信息形式多样化，信息量庞大；系统功能要求越来越高。为了解决这些新问题，必须研究新型的系统结构，建立新的理论和方法，这就从工程实践方面导致了智能监测控制系统的产生，出现从常规的监控系统向智能监测控制系统发展。本文对其在灌溉系统上的应用研究进行了以下工作：
首先对各种灌溉系统进行了比较，探讨了灌溉系统的智能实现，包括：网络监控、无线传输(短消息监控)和人工智能。然后进行了嵌入式测控终端的软硬件设计，包括：数据采集、土壤湿度的测量、输入输出接口及总线设计等等。最后探讨了中央监控计算机上的智能实现，包括：基于Prolog的专家系统构建、基于RS-485的总线通信方案、通过HTTP协议自动获取天气预报及监控管理软件的设计等。
The design and study of intelligent irrigation monitoring and control system is stated in this dissertation. The network monitoring irrigation system consists of some embedded terminal units and a central monitoring computer. It relates to some new technologies, such as computer technology, electronic engineering, network and telecommunication. With the watermark sensor, pH/EC sensor, and relative humidity sensor etc., the supply of the exact amount of water and fertilizer is realized. The central monitoring computer controls the terminal units through field bus. Built-in expert system for irrigation and the weather information received through Internet will help the forecast of irrigation.
Modern industry becomes more and more larger, successive and complicated, and the process is complicated too. On the other hand, the products get more and more intelligent, easy to use and smaller. Then some new problems come out, such as uncertainty, diversity of information types, mass information and multi -functions. To solve those new problems, new pattern architecture, new theories and methods have to be studied. This promotes the development of intelligent monitoring and control system. The work listed below is accomplished in this paper:
First, intelligent realization on irrigation is discussed, including network monitoring, wireless communication (SMS) and artificial intelligence. Then the embedded software and circuit design of terminal unit is described, including data collection, watermark sensor, interface design. Finally, the intelligence on the central computer is realized. It includes expert system based on Prolog, field bus based on RS-485, downloading the weather report through HTTP protocol and monitoring and control management software design.
现代产业正在向大型、连续、综合化发展，形成了复杂的生产过程，而产品则出现越来越智能、宜用、小型化的特点。对于这些生产过程和产品的设计，面临着一系列用传统方法不能解决的新问题，比如不确定性广泛存在；信息形式多样化，信息量庞大；系统功能要求越来越高。为了解决这些新问题，必须研究新型的系统结构，建立新的理论和方法，这就从工程实践方面导致了智能监测控制系统的产生，出现从常规的监控系统向智能监测控制系统发展。本文对其在灌溉系统上的应用研究进行了以下工作：
首先对各种灌溉系统进行了比较，探讨了灌溉系统的智能实现，包括：网络监控、无线传输(短消息监控)和人工智能。然后进行了嵌入式测控终端的软硬件设计，包括：数据采集、土壤湿度的测量、输入输出接口及总线设计等等。最后探讨了中央监控计算机上的智能实现，包括：基于Prolog的专家系统构建、基于RS-485的总线通信方案、通过HTTP协议自动获取天气预报及监控管理软件的设计等。
The design and study of intelligent irrigation monitoring and control system is stated in this dissertation. The network monitoring irrigation system consists of some embedded terminal units and a central monitoring computer. It relates to some new technologies, such as computer technology, electronic engineering, network and telecommunication. With the watermark sensor, pH/EC sensor, and relative humidity sensor etc., the supply of the exact amount of water and fertilizer is realized. The central monitoring computer controls the terminal units through field bus. Built-in expert system for irrigation and the weather information received through Internet will help the forecast of irrigation.
Modern industry becomes more and more larger, successive and complicated, and the process is complicated too. On the other hand, the products get more and more intelligent, easy to use and smaller. Then some new problems come out, such as uncertainty, diversity of information types, mass information and multi -functions. To solve those new problems, new pattern architecture, new theories and methods have to be studied. This promotes the development of intelligent monitoring and control system. The work listed below is accomplished in this paper:
First, intelligent realization on irrigation is discussed, including network monitoring, wireless communication (SMS) and artificial intelligence. Then the embedded software and circuit design of terminal unit is described, including data collection, watermark sensor, interface design. Finally, the intelligence on the central computer is realized. It includes expert system based on Prolog, field bus based on RS-485, downloading the weather report through HTTP protocol and monitoring and control management software design.
引文
[1]赵富德，刘启合，田爱秋，等．临沂市节水灌溉自动化系统的特点[J]．中国水利水电，2003(6)：65．
[2]周荣．节水灌溉技术世纪探索[N]．中国花卉报，2001-1-2．
[3]毛慎建，张文革，许一飞．智能化灌溉控制器[J]．喷灌技术，1995(2)：31-34．
[4]吴良杰．喷灌的微机自动控制系统[J]．林业机械与木工设备，1998，26(1)：17-18．
[5]韩宝国．无线遥控灌溉系统研究：[硕士学位论文]．河海大学，2002．
[6]张季如，朱瑞赓，夏银飞，等．ZZLS绿色生态护坡材料的强度试验研究[J]．岩土力学与工程学报，2003，22(9)：1533-1537．
[7]周荣．智能化、精准化灌溉——我国城市大规模绿化发展之出路[EBIOL]．http://www.rainbird.com.cn/seminar/turf/irri.htm.
[8]Juan A. Botla A1, Antonio F. Gmez-Skarmeta A1, Mercedes Valdés A1, Antonio Padilla A1. Data Mining Applied to Irrigation Water Management. Lecture Notes in Computer Science, 2085,2001.
[9]潘伟民．单片机在农林业喷灌控制中的应用[J]．微型机与应用，1996(8)．
[10]赵军，王占哲．农田自动化预报及控制节水喷灌系统[J]．节能技术，2001(7)．
[11]司徒锡康，徐巨善，刘相安．智能喷灌控制系统的设计[J]．华南师范大学学报(自然科学版)，1995(2)．
[12]许建中．微灌喷灌工程自动监控系统[J]．水利水电技术，1995(4)．
[13]王德祥．微型计算机农田自动喷灌系统的研究与设计[J]．宁夏科技，1998(3)．
[14]张银霞．单片机自动微灌控制器的研究、设计与应用：[硕士学位论文]．河南农业大学，2002．
[15]香港土木工程署．二零零二年环保报告[EB／OL]．http://www.ced.gov.hk/chi/working/environmental/pdf/er2002_chi, pdf.
[16]何立民．单片机应用技术选编[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1993．
[17]李群芳，黄健．单片机微型计算机与接口技术[M]．电子工业出版社，2001．
[18]余永权．ATMEL89系列单片机应用技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2002．
[19]何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1996．
[20]伯杰，吕骏．嵌入式系统设计：an introduction to processes, tools and techniques[M]．北京：电子工业出版社，2002．
[21]朱瑞赓，张雄兵，孙吉主．绿色生态材料用于露天停车场的研究[J]．土工基础，2003，17(2)：31-33．
[22]Sistemes Electrnics Progrés S. A. Watermark Transmitter. http://www.progres-spain.com/angles/accessoriesl.html.
[23]陈本华，杨苑璋．自动喷灌基础技术研究[J]．电子工程师，1996(1)：36-40．
[24]黄之初，周洋，柴艳红．基于DSP的碎碾机工况智能监测仪的硬件设计[J]．中国水泥，2003，15(8)：57-59．
[25]田清华，陈家斌，张建平．太阳能热水器自动控制系统的设计[J]．计算机测量与控制．2002，10(12)：798-800．
[26]万加富，张文斐，张占松．网络监控系统原理与应用[M]．北京：机械工业出版社．2003．
[27]黄天戍，向继东，杨显娇，等．konworks串口适配器的设计与实现[J]．计算机应用．2002．22(7)51-53．
[28]徐淑华．单片微型机原理及应用[M]．哈尔滨工业大学出版社，1994．
[29]季建华，都志杰，吴勤勤．智能仪表原理、设计及调试——8位、16位单片机应用技术[M]．华东理工大学出版社，1995．
[30]吕露．园林绿地自动化灌溉及主要自控设备选型[EB／OL]．http://www.rainbird.com.cn/seminar/control/1/auto.htm.
[31]余晔，王仲东，黄剑．485总线在微机监控系统中的应用[J]．武汉理工大学学报，2003，25(1)：69-72．
[32]美国雨鸟国际公司．园林草坪灌溉设计基础[EB／OL]．http://www.rainbird.com.cn/download/article/outlook.htm.
[33]米湘成．可视水稻生长模型与智能栽培专家系统的研制；[博士学位论文]．湖南农业大学，2001．
[34]中国科学院南京土壤研究所．微机节水灌溉系统[EB／OL]．http://www.issas.ac.cn/kjkf/column3/3-26.htm.
[35]傅京孙，蔡自兴，徐光祜．人工智慧及其应用[M]．儒林图书出版社公司(台北)，1992．
[36]陈盘洪．马铃薯专家系统的研究与构建：[硕士学位论文]．太原理工大学，2003．
[37]宋海燕．农作物营养诊断专家系统的研究：[硕士学位论文]．山西农业大学，2003．
[38]王文娥．内蒙古河套灌区早秋浇节水保墒改土治碱决策专家系统研究：[硕士学位论文]．西北农林科技大学，2001．
[39]Cai Zixing, Wang Yaonan, Tong Tiaosheng. A real-time Expert Control System.
AI in Engineering, 1996,10(4).
[40] Dennis Merritt. Building Expert Systems in Prolog. Springer Verlag, July 1989
[41] 张健．农业专家系统开发工具及知识表示方法：[硕士学位论文]．昆明理工大学，2002．
[42] 欧建锋．微灌工程规划设计专家系统的研究：[硕士学位论文]．扬州大学，2001．
[43] 唐纳德A．沃特曼．专家系统指南[M]．东北林业大学出版社，1989．
[44] W. F. Clocksin, C.S. Mellish. Programming in Prolog. Springer-verlag, 1981.
[45] Leon Sterling, Ehud Shapiro. The Art of Prolog, Second Edition: Advanced Programming Techniques. MIT Press, March, 1994.
[46] Ivan Bratko. Prolog Programming for Artificial Intelligence. Pearson Addison Wesley. September, 2000.
[47] Richard O' Keefe. The Craft of Prolog(Logic Programming). MIT Press. June, 1990.
[48] 周立柱．Prolog逻辑程序设计应用[M]．清华大学出版社．1991．
[49] Amzi! Inc. Adventure in Prolog. http://www.amzi.com/AdventureInProlog/index.htm.
[50] 纪月奎，冀翾．Prolog程序设计及其应用[M]．海洋出版社，1986．
[51] 陈光乾，潘金贵，谢俊元．TURBO PROLOG程序设计[M]．南京大学出版社，1989．
[52] 王文娥，汪志农，马孝义．农业专家系统及其在灌溉管理中的应用[J]．计算机与农业，2000(8)：5-7．
[53] 张雄希，何嘉斌．远程无线监测系统的设计及实现[J]．电子设计应用．2003(8)35-37．
[54] 马春华，于莉莉．SMS方式远程监控软件的设计与实现[J]．广东通信技术，2003，23(4)：39-41．
[55] 孙宜涛，赵敏，江帆．基于Internet的机动车安全性能检测线远程监测系统[J]．计算机自动测量与控制，2002，10(12)：808-811．
[56] 罗云燕．水情远程监控系统的设计与实现：[硕士学位论文]．西南交通大学，2002．
[57] 张晓红，闫东升．VB中如何利用MSComm控件实现串行通讯[J]．福建电脑，2004(3)：37，35．
[58] 冯同普．全自动喷灌系统的软件开发[J]．河北水利水电技术，2002(1)．
[59] 曹小飞，王仲东，黄剑．微机多串口通信在监控系统中的应用[J]．武汉理工大学学报，2003，25(2)：80-83．
[60] Francisco Eymael Garcia Scherer. Artificial Intelligence and The Law:How to Develop a Rule-Based Legal Expert System in Prolog. PCAI, 17(3).
[61] Dennis Merritt. Best Practices for Rule-Based Application Development. MICROSOFT EMEA ARCHITECTS JOURNAL. January, 2004. http://www.thearchitectjournal.com/Journal/issuel/article5.html
[62] 田会方，杨岳，周洋．基于Internet的纤维缠绕机远程监控系统[J]．武汉理工大学学报，2003，25(7)．
[63] 周洋，黄之初，杨岳．一种智能微机灌溉监控系统的设计[J]．工业控制计算机．2004(5)．
[64] 周德泽，袁南儿，应英．计算机智能监测控制系统的设计与应用[M]．清华大学出版社，2002．
[2]周荣．节水灌溉技术世纪探索[N]．中国花卉报，2001-1-2．
[3]毛慎建，张文革，许一飞．智能化灌溉控制器[J]．喷灌技术，1995(2)：31-34．
[4]吴良杰．喷灌的微机自动控制系统[J]．林业机械与木工设备，1998，26(1)：17-18．
[5]韩宝国．无线遥控灌溉系统研究：[硕士学位论文]．河海大学，2002．
[6]张季如，朱瑞赓，夏银飞，等．ZZLS绿色生态护坡材料的强度试验研究[J]．岩土力学与工程学报，2003，22(9)：1533-1537．
[7]周荣．智能化、精准化灌溉——我国城市大规模绿化发展之出路[EBIOL]．http://www.rainbird.com.cn/seminar/turf/irri.htm.
[8]Juan A. Botla A1, Antonio F. Gmez-Skarmeta A1, Mercedes Valdés A1, Antonio Padilla A1. Data Mining Applied to Irrigation Water Management. Lecture Notes in Computer Science, 2085,2001.
[9]潘伟民．单片机在农林业喷灌控制中的应用[J]．微型机与应用，1996(8)．
[10]赵军，王占哲．农田自动化预报及控制节水喷灌系统[J]．节能技术，2001(7)．
[11]司徒锡康，徐巨善，刘相安．智能喷灌控制系统的设计[J]．华南师范大学学报(自然科学版)，1995(2)．
[12]许建中．微灌喷灌工程自动监控系统[J]．水利水电技术，1995(4)．
[13]王德祥．微型计算机农田自动喷灌系统的研究与设计[J]．宁夏科技，1998(3)．
[14]张银霞．单片机自动微灌控制器的研究、设计与应用：[硕士学位论文]．河南农业大学，2002．
[15]香港土木工程署．二零零二年环保报告[EB／OL]．http://www.ced.gov.hk/chi/working/environmental/pdf/er2002_chi, pdf.
[16]何立民．单片机应用技术选编[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1993．
[17]李群芳，黄健．单片机微型计算机与接口技术[M]．电子工业出版社，2001．
[18]余永权．ATMEL89系列单片机应用技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2002．
[19]何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1996．
[20]伯杰，吕骏．嵌入式系统设计：an introduction to processes, tools and techniques[M]．北京：电子工业出版社，2002．
[21]朱瑞赓，张雄兵，孙吉主．绿色生态材料用于露天停车场的研究[J]．土工基础，2003，17(2)：31-33．
[22]Sistemes Electrnics Progrés S. A. Watermark Transmitter. http://www.progres-spain.com/angles/accessoriesl.html.
[23]陈本华，杨苑璋．自动喷灌基础技术研究[J]．电子工程师，1996(1)：36-40．
[24]黄之初，周洋，柴艳红．基于DSP的碎碾机工况智能监测仪的硬件设计[J]．中国水泥，2003，15(8)：57-59．
[25]田清华，陈家斌，张建平．太阳能热水器自动控制系统的设计[J]．计算机测量与控制．2002，10(12)：798-800．
[26]万加富，张文斐，张占松．网络监控系统原理与应用[M]．北京：机械工业出版社．2003．
[27]黄天戍，向继东，杨显娇，等．konworks串口适配器的设计与实现[J]．计算机应用．2002．22(7)51-53．
[28]徐淑华．单片微型机原理及应用[M]．哈尔滨工业大学出版社，1994．
[29]季建华，都志杰，吴勤勤．智能仪表原理、设计及调试——8位、16位单片机应用技术[M]．华东理工大学出版社，1995．
[30]吕露．园林绿地自动化灌溉及主要自控设备选型[EB／OL]．http://www.rainbird.com.cn/seminar/control/1/auto.htm.
[31]余晔，王仲东，黄剑．485总线在微机监控系统中的应用[J]．武汉理工大学学报，2003，25(1)：69-72．
[32]美国雨鸟国际公司．园林草坪灌溉设计基础[EB／OL]．http://www.rainbird.com.cn/download/article/outlook.htm.
[33]米湘成．可视水稻生长模型与智能栽培专家系统的研制；[博士学位论文]．湖南农业大学，2001．
[34]中国科学院南京土壤研究所．微机节水灌溉系统[EB／OL]．http://www.issas.ac.cn/kjkf/column3/3-26.htm.
[35]傅京孙，蔡自兴，徐光祜．人工智慧及其应用[M]．儒林图书出版社公司(台北)，1992．
[36]陈盘洪．马铃薯专家系统的研究与构建：[硕士学位论文]．太原理工大学，2003．
[37]宋海燕．农作物营养诊断专家系统的研究：[硕士学位论文]．山西农业大学，2003．
[38]王文娥．内蒙古河套灌区早秋浇节水保墒改土治碱决策专家系统研究：[硕士学位论文]．西北农林科技大学，2001．
[39]Cai Zixing, Wang Yaonan, Tong Tiaosheng. A real-time Expert Control System.
AI in Engineering, 1996,10(4).
[40] Dennis Merritt. Building Expert Systems in Prolog. Springer Verlag, July 1989
[41] 张健．农业专家系统开发工具及知识表示方法：[硕士学位论文]．昆明理工大学，2002．
[42] 欧建锋．微灌工程规划设计专家系统的研究：[硕士学位论文]．扬州大学，2001．
[43] 唐纳德A．沃特曼．专家系统指南[M]．东北林业大学出版社，1989．
[44] W. F. Clocksin, C.S. Mellish. Programming in Prolog. Springer-verlag, 1981.
[45] Leon Sterling, Ehud Shapiro. The Art of Prolog, Second Edition: Advanced Programming Techniques. MIT Press, March, 1994.
[46] Ivan Bratko. Prolog Programming for Artificial Intelligence. Pearson Addison Wesley. September, 2000.
[47] Richard O' Keefe. The Craft of Prolog(Logic Programming). MIT Press. June, 1990.
[48] 周立柱．Prolog逻辑程序设计应用[M]．清华大学出版社．1991．
[49] Amzi! Inc. Adventure in Prolog. http://www.amzi.com/AdventureInProlog/index.htm.
[50] 纪月奎，冀翾．Prolog程序设计及其应用[M]．海洋出版社，1986．
[51] 陈光乾，潘金贵，谢俊元．TURBO PROLOG程序设计[M]．南京大学出版社，1989．
[52] 王文娥，汪志农，马孝义．农业专家系统及其在灌溉管理中的应用[J]．计算机与农业，2000(8)：5-7．
[53] 张雄希，何嘉斌．远程无线监测系统的设计及实现[J]．电子设计应用．2003(8)35-37．
[54] 马春华，于莉莉．SMS方式远程监控软件的设计与实现[J]．广东通信技术，2003，23(4)：39-41．
[55] 孙宜涛，赵敏，江帆．基于Internet的机动车安全性能检测线远程监测系统[J]．计算机自动测量与控制，2002，10(12)：808-811．
[56] 罗云燕．水情远程监控系统的设计与实现：[硕士学位论文]．西南交通大学，2002．
[57] 张晓红，闫东升．VB中如何利用MSComm控件实现串行通讯[J]．福建电脑，2004(3)：37，35．
[58] 冯同普．全自动喷灌系统的软件开发[J]．河北水利水电技术，2002(1)．
[59] 曹小飞，王仲东，黄剑．微机多串口通信在监控系统中的应用[J]．武汉理工大学学报，2003，25(2)：80-83．
[60] Francisco Eymael Garcia Scherer. Artificial Intelligence and The Law:How to Develop a Rule-Based Legal Expert System in Prolog. PCAI, 17(3).
[61] Dennis Merritt. Best Practices for Rule-Based Application Development. MICROSOFT EMEA ARCHITECTS JOURNAL. January, 2004. http://www.thearchitectjournal.com/Journal/issuel/article5.html
[62] 田会方，杨岳，周洋．基于Internet的纤维缠绕机远程监控系统[J]．武汉理工大学学报，2003，25(7)．
[63] 周洋，黄之初，杨岳．一种智能微机灌溉监控系统的设计[J]．工业控制计算机．2004(5)．
[64] 周德泽，袁南儿，应英．计算机智能监测控制系统的设计与应用[M]．清华大学出版社，2002．
© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号 地址：北京市海淀区学院路29号 邮编：100083 电话：办公室：(+86 10)66554848；文献借阅、咨询服务、科技查新：66554700 |