摘要：分析了無土栽培養液配比裝置的設計要求，給出設計要求表，並確定功能引數，進行功能分析後，建立功能結構，採用形態學矩陣法求解出多種方案，經加權評價後確定最佳自動控制系統設計方案．
關鍵詞：無土栽培；自動控制；方案設計；營養液；形態學矩陣
引言無土栽培是不用土壤栽培植物的一門新興農業高新技術，它的出現和應用使農業種植、特別是非保護地栽培達到了高產、優質、高效的目標，因此受到世界各國，特別是發達國家的高度重視01．但無土栽培畢競是農業科技發展到一定階段的產物．它的應用應具備必要的裝置和技術條件．在我國此項技術起步較晚，但隨著改革開放和農業種植業結構的調整，無土栽培這一高新技術也日益受到重視，許多高校和科學院所相繼開展了這一技術的研究，但許多關鍵技術尚未很的解決．其中營養液的自動配液及供液灌溉技術作為無土栽培技術的關鍵需深入研究m．研製適合於我國國情的營養液調配及供液控制裝置，將是推動無土栽培技術推廣的關鍵．它的實現對提高設施農業的效益有非常重要的影響．本文首先根據無土栽培養液配比裝置(自動施肥機)的設計要求，建立設計要求表，確立總功能，進行功能分析後，建立功能結構，採用形態學矩陣法求解出多方案，經技術經濟綜合評價後確立最佳自動控制設計方案．
設計要求及功能結構分析
1．1設計要求明細表
無土栽培養液自動控制系統設計，應根據給定的母液(a和b)、酸(鹼)及水自動配製成含農作物所需的營養成分的營養液．同時應滿足農作物不同生長階段適時調整營養液成分、供給量及供給時間，從而達到優質高產的目的…．如圖l所示，營養液是由母液a、母液b、酸(鹼)以及水按一定比例配製而成．其成分的控制引數是電導率(ec)和ph值…．其中電導率的大小表徵溶液的離子濃度．ph值的大小反映溶液的酸鹼度．供液控制引數為時間，與環境溫度、濕度及光合作用等具體情況有關．根據營養液成分控制引數(ec、phj的控制精度和作物供液時間要求，參考國外同類裝置的技術情況．新型自動施肥機的具體設計要求如表1．
圖l營養液配渡供藏要求示意圈
1．2功能分析及總功能
將以上設計要求進一步抽象，分析設計物件的功能需求，確定出該裝置的總功能為自動配製成符合濃度(ec)和ph值要求的營養液，並按要求進行灌溉．用黑箱理論描述如圖2所示．其中母液a、母液b、酸(或鹼)、水、按一定比例配製成(經黑箱後)標準營養液為物料流；電能及液壓能為能量流；配製營養液過程中的各種控制訊號、反饋訊號以及供液過程中的控制訊號組成訊號流．
1功能結構建立
功能結構的建立是把總功能分解為子功能的過程，即加寬或細化黑箱的過程．將總功能分解為若干子功能，子功能間的關係即形成功能結構．此系統中由驅動元件提供能量給執行元件，並由系統器件控制執行機構實現系統功能的轉換，訊號流通過能量流來控制物料流以實現按一定比例配液．自動施肥機的功能結構如圖3所示．
2方案設計
將功能結構進一步變異．改變各子功能的組合次序或連線方式，並匹配於適合的物理元件就產生了具體設計方案．將各功能元分別匹配於可能的物理元件構成一形態學矩陣6「(見表2)．
2．1多方案產生
總功能可姒分解為7個功能元，根據「發散」思維的原則尋求各功能元解，得到多種方案組合，共3×2×2×2×3x3×3=648種．根據設計要求對多個方案篩選，剔除與設計要求明顯不符的方案，如方案九-b：．c。．d：
．b．f：_g．．～工控機具有標準功能卡及介面，不能直接控制b：時間繼電器，d：
定量比幫浦國內無成型產品，所以經篩選最終得到以下3種有應用價值的優選方案-方案la：．b：．c。
．d。．e．．f，．q；方案2：a：
．brc：-d--bf：-g，；方案3：
a一一b；。c：『d，。
e：。f1-g：
3最佳方案的確定
方案評價是選取最佳方案的依據．方案的評價方法有多種．如經驗評價法、數學分析法和試驗評價法等．其中數學分析法應用較廣．本設計採用數學分析法中的技術經濟綜合評價法，由目標加權係數分配樹確定加權係數∥，方案評分採用lo分制，評分表如表3．
方案的技術價由上式計算而得，方案的各項評分值加權平均，所得技術價彬越高，說明該方案可計算出各方案的技術價形．由分析結果可知方案3技術價最古t因通過對各項目的評價，可計算出各方案的技術圖形由分忻可知此為最佳方案，從而可得到控制方案框圖(圖5)·
4結論本文通過分析無土栽培營養液自控裝置的設計要求，建立了該裝置的功能結構，並由形態學矩陣法求得多個方案解．利用技術經濟綜合評價得出最佳設計方案．在此方案中，通過營養液濃度、ph值檢測，並對採集的訊號放大、轉換處理，由主控單元(工控機)實現控制決策，進而驅動各種執行機構，實現各功能引數的控制．設計結果表明，按此方案設計的控制系統工作可靠，自動化程度、生產率等方面都具有優良的特性，較好的滿足了設計要求．
托普物聯網簡介
托普物聯網是浙江托普儀器****旗下的重要專案。浙江托普儀器是國內領先的農業儀器研發生產商，依據自身在農業領域的研發實力，和自主研發的配套裝置，在農業物聯網領域嶄露頭角！
托普物聯網以客戶需求為源頭，結合現代農業科技、通訊技術、計算機技術、gis資訊科技，以及物聯網技術，竭誠為傳統行業提供資訊化、智慧型化的產品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智慧型解決方案、畜牧養殖管理解決方案、食品安全溯源解決方案、食用菌種植智慧型化管理解決方案、水產養殖管理解決方案、溫室大棚智慧型控制解決方案等。
托普物聯網三大系統產品
我們知道物聯網主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應用層。因此托普物聯網產品主要以這三個層次延伸，涵蓋了感知系統（環境監測感測裝置）、傳輸系統（資料傳輸處理網路）、應用系統（終端智慧型控制平台。）
托普物聯網模組化智慧型整合系統
托普物聯網依據自身研發優勢，開發了多種模組化智慧型整合系統。
1、感測模組：即環境感測監測系統。它依據各類感測裝置可以完成整個園區或完成對異地園區所需資料監測的功能。
2、終端模組：即終端智慧型控制系統。它可以完成整個園區或遠端控制異地園區進行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風機，自動補光及遮陽，自動捲簾，自動開窗關窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農業生產所需的自動控制。
3、**監控模組：即實時**監控系統。主要是通過監控中心實時得到植物生長資訊，在監控中心或異地網際網路上既可隨時看到作物的實時生長狀況。
4、預警模組：即遠端植保預警系統。可以通過聲光報警、簡訊報警、語音報警等方式進行預警。
5、溯源模組：即農產品安全溯源系統。該系統對農產品從種植準備階段、種植和培育階段、生長階段、收穫階段等對作物生長環境、噴藥施肥情況、病蟲害狀況等實施實時資訊自動記錄，有據可查，在儲藏、運輸、銷售階段採用***或者rfid射頻技術對各個階段資料記錄，這樣就能實現消費者拿到農產品時通過終端裝置或網路就能檢視到各類資訊，才能放心食用。
6、作業模組：即**控制室。可通過總控室對整個區域情況進行監測，包括各個區域採集點引數、控制作業狀態、實時**影象、施肥噴藥狀況、報警資訊等。
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