［編輯簡介］：使用NI圖形化係統設計開發新穎的便攜式智能溫室，以USB-6211 數據采集（DAQ）模塊作為硬件接口，利用NI cRIO-9014實時控製器來監測風力發電設備與光電電池的供電狀況，並利用三種不同的知識庫，以動態類神經網絡建構了電源控製器模型。
行業:
生命科學, 消費品, 科研
產品:
cRIO-9014, NI 9265, NI 9215, USB-6211, LabVIEW
挑戰:
chuangjianyigezhinengxitonglaishixianbianxieshiwenshideyuanxing，yiguanlibaokuogongdianjishifeizaineidesuoyouziyuan，kongzhihuanjingbianliangyihuodezuijiashoucheng，bingliyonglvsegongchengjishujiangxitongsunhaojiangdidaozuishao。
解決方案:
利用一個基於人工智能(AI)架構的控製器來測量溫室的傳感器並控製溫室的執行機構，這一控製器使用了NI USB-6211 數據采集（DAQ）模塊作為硬件接口，並利用NI cRIO-9014實時控製器來監測風力發電設備與光電電池的供電狀況。整個係統在LabVIEW專業版開發環境下編程實現。
"便攜式智能型溫室的主要部件是基於AI（人工智能)的智能型核心控製器。我們使用了LabVIEW來開發核心控製器，並利用了本校於 2008 年開發的LabVIEW下的智能控製工具包(Intelligent Control Toolkit for LabVIEW)。"
無(wu)土(tu)種(zhong)植(zhi)技(ji)術(shu)是(shi)一(yi)種(zhong)無(wu)需(xu)使(shi)用(yong)泥(ni)土(tu)，隻(zhi)利(li)用(yong)空(kong)氣(qi)和(he)營(ying)養(yang)水(shui)霧(wu)種(zhong)植(zhi)植(zhi)物(wu)的(de)方(fang)法(fa)。采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)替(ti)代(dai)傳(chuan)統(tong)種(zhong)植(zhi)方(fang)法(fa)，並(bing)不(bu)受(shou)幹(gan)旱(han)或(huo)洪(hong)澇(lao)等(deng)惡(e)劣(lie)天(tian)氣(qi)環(huan)境(jing)的(de)影(ying)響(xiang)，確(que)保(bao)農(nong)作(zuo)物(wu)的(de)質(zhi)和(he)量(liang)不(bu)會(hui)減(jian)少(shao)或(huo)降(jiang)低(di)。所(suo)以(yi)在(zai)某(mou)些(xie)作(zuo)物(wu)由(you)於(yu)氣(qi)候(hou)環(huan)境(jing)等(deng)原(yuan)因(yin)而(er)不(bu)能(neng)被(bei)種(zhong)植(zhi)在(zai)某(mou)處(chu)時(shi)，就(jiu)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)無(wu)土(tu)種(zhong)植(zhi)技(ji)術(shu)。除(chu)此(ci)之(zhi)外(wai)，采(cai)用(yong)無(wu)土(tu)種(zhong)植(zhi)技(ji)術(shu)之(zhi)後(hou)，作(zuo)物(wu)無(wu)需(xu)花(hua)費(fei)精(jing)力(li)來(lai)擴(kuo)展(zhan)根(gen)莖(jing)，就(jiu)能(neng)夠(gou)將(jiang)更(geng)多(duo)能(neng)量(liang)用(yong)於(yu)提(ti)高(gao)產(chan)物(wu)的(de)質(zhi)量(liang)，例(li)如(ru)作(zuo)物(wu)的(de)大(da)小(xiao)，味(wei)道(dao)或(huo)者(zhe)營(ying)養(yang)價(jia)值(zhi)。然(ran)而(er)這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)需(xu)要(yao)大(da)量(liang)投(tou)入(ru)與(yu)人(ren)員(yuan)的(de)專(zhuan)業(ye)訓(xun)練(lian)，在(zai)初(chu)期(qi)，這(zhe)些(xie)投(tou)入(ru)是(shi)相(xiang)當(dang)巨(ju)大(da)的(de)。
無wu土tu種zhong植zhi法fa的de優you點dian還hai有you很hen多duo，它ta無wu需xu使shi用yong農nong機ji，所suo以yi不bu會hui導dao致zhi土tu壤rang汙wu染ran，也ye沒mei有you水shui土tu流liu失shi的de風feng險xian。由you於yu不bu使shi用yong化hua學xue農nong藥yao，並bing且qie整zheng個ge過guo程cheng幾ji乎hu完wan全quan自zi動dong化hua，還hai能neng夠gou有you效xiao地di節jie約yue資zi源yuan。這zhe種zhong集ji約yue式shi的de生sheng產chan方fang式shi很hen適shi合he在zai城cheng市shi使shi用yong。
womenliyongzhinengxitonghelvsegongchengjishushejileyigequanxindebianxieshizhinengxingwenshiyuanxing，shixianleduigongdianyushifeidengsuoyouziyuandetongshiguanli，nenggoukongzhihuanjingbianliangyihuodezuijiashoucheng，bingjiangxitongsunhaoxiajiangdaozuidi。zhinengwenshicaiyonglewutuzhongzhifa，shiyongfangbian，qiejijulinghuoxing，kebeifangzhiyucantinghuochengshizhujiazhong。
此溫室具有兩種主要特點：首(shou)先(xian)，傳(chuan)統(tong)的(de)溫(wen)室(shi)一(yi)般(ban)無(wu)法(fa)放(fang)置(zhi)於(yu)建(jian)築(zhu)物(wu)或(huo)家(jia)中(zhong)，而(er)便(bian)攜(xie)式(shi)溫(wen)室(shi)的(de)主(zhu)要(yao)目(mu)的(de)就(jiu)是(shi)要(yao)能(neng)放(fang)置(zhi)在(zai)傳(chuan)統(tong)溫(wen)室(shi)無(wu)法(fa)進(jin)駐(zhu)之(zhi)處(chu)。其(qi)次(ci)，這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)智(zhi)能(neng)溫(wen)室(shi)，所(suo)有(you)會(hui)影(ying)響(xiang)生(sheng)長(chang)的(de)變(bian)量(liang)與(yu)因(yin)果(guo)反(fan)應(ying)都(dou)被(bei)納(na)入(ru)考(kao)慮(lv)，係(xi)統(tong)會(hui)根(gen)據(ju)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)並(bing)產(chan)生(sheng)響(xiang)應(ying)。
使用這座便攜式智能型溫室會帶來許多益處，如：非無土種植法專家也能操作；建立溫室的初期成本可以大幅降低；我們可以選擇單獨種植不同的作物，例如蕃茄、辣椒與生菜等。一些新生代的溫室係統已經決定采用我們的便攜式智能溫室作為主要平台，例如，位於墨西哥莫雷洛斯州 (Morelos) 奎納瓦卡市 (Cuernavaca) 的一處占地 1200平方米的溫室。
便攜式智能型溫室簡介
溫室的結構被分為三部分：耕種區，供電係統和智能控製係統。作物被種植於耕種區，裏麵有養分槽、輸shu送song係xi統tong與yu一yi個ge用yong於yu控kong製zhi耕geng種zhong區qu溫wen度du的de水shui槽cao。我wo們men將jiang智zhi能neng控kong製zhi係xi統tong中zhong的de所suo有you傳chuan感gan器qi與yu執zhi行xing機ji構gou都dou放fang置zhi在zai耕geng種zhong區qu中zhong，並bing在zai耕geng種zhong區qu外wai圍wei覆fu蓋gai了le密mi封feng的de塑su料liao膜mo。
供電係統是便攜式智能型溫室的第二個重要部件。這裏，我們采用了一個供電電路為所有的電力、電子裝置供電。為了開發可持續使用的溫室，我們運用了綠色工程的技術，采用了一個400W風力渦輪發電機與一塊60W光電電池，即時在環境狀況不佳時，每天也可為係統提供 3.3 kWh的電力。這一係統包括了變頻器與蓄電池。
第三個部件是智能控製係統，我們可以將之細分為傳感器與執行機構組、供電用開關控製器、智能型核心控製器，以及硬件接口電路。
智能溫室的監控
溫室的幾項變量會影響作物的數量與質量。便攜式智能型溫室可以控製養料的用量、光照強度、溫度以及耕種區內的濕度，另一個重要的變量則是供電控製。我們使用一組傳感器來偵測變量，一組執行機構來進行控製。
NI USB-6211 M係列多功能DAQ模塊可以采集光照強度、溫度、濕度和養料等變量並產生信號。我們同時還使用了擁有128 MB DRAM、2 GB硬盤的cRIO-9014 實時控製器，NI 9265模擬輸出模塊與 NI 9215模mo擬ni輸shu入ru模mo塊kuai，以yi監jian控kong供gong電dian係xi統tong。最zui後hou，我wo們men對dui智zhi能neng型xing核he心xin控kong製zhi器qi中zhong的de數shu據ju進jin行xing處chu理li，計ji算suan出chu合he理li的de響xiang應ying並bing輸shu出chu，以yi對dui整zheng個ge係xi統tong實shi現xian控kong製zhi。
智能型核心控製器
便攜式智能型溫室的主要組件是基於AI技術的智能型核心控製器。控製器是由數個模糊控製器(Fuzzy control)和類神經網絡(Neural network)所組成的，模糊控製器會控製光照強度並管理養料，而類神經網絡則用於開發溫度、濕度和供電等控製器。在開發核心控製器時，我們還采用了本校於2008年開發的LabVIEW下的智能控製工具包(Intelligent Control Toolkit for LabVIEW)，這一工具包正在專利申請中。
我們用模糊控製器來控製光照強度並管理養料。智能型核心控製器需要測量濕度、光照強度與溫度的值。我們針對每輸入端子的三個隸屬函數(Membership function)提出27條模糊規則(Fuzzy rule)，以取得合理響應。這些規則參考了農業專家的意見、書籍、研究論文與實驗數據。在提出每個輸入端子的隸屬函數後，我們也針對光照強度與養料管理的輸出隸屬函數提出報告。
我們使用類神經網絡開發了溫度、濕度和供電控製器。使用USB-6211來測定溫室內外的溫度，以獲得實驗數據。為了采用動態類神經網絡建構係統模型，我們使用了2880個樣本與後向傳播訓練 (Backpropagation training)表達式，找出係統的溫度類神經模型。然後我們執行了模糊控製及經典的比例-積分-微分(PID)控製。最後，我們以動態類神經網絡構建了整個控製器模型，這是由於使用經典 PID隻能用於單個設定點，但是這一控製器卻可以用於所有的設定點。
我們利用三種不同的知識庫（真實數據、發電機和光伏電池係統的神經模型以及數學方程式），yidongtaileishenjingwangluojiangouledianyuankongzhiqimoxing。womengenjufushehefengsubianliangyugongdianliangdebijiaozhi，anzhaoheshineiwenduwenshimoxingyiyangdefangshijiangoufadianjiheguangfudianchideshenjingmoxing。kongzhiqitongguoyucezuidagongdian，zailianggedianyuanxitongzhijianqiehuan。
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