نمایش و کنترل دمای گلخانه با منطق فازی و میکروکنترلر AVR (گلخانه توت فرنگی)

هدف پروژه نمایش و کنترل دمای گلخانه توت فرنگی با منطق فازی و میکروکنترلر AVR طراحی سیستم نمایش دمای یک گلخانه توت فرنگی در کامپیوتر به صورت منطق فازی و همچنین کنترل دمای گلخانه توت فرنگی است. گلخانه ی هوشمند دارای ابزار و سیستم هایی است که در جهت ارتقاء کمیت و کیفیت محصول و به حداقل رساندن نیروی انسانی به خدمت گلخانه داران در آمده است. وظیفه عمده این تجهیزات، ثابت نگهداشتن شرایط اقلیمی داخل گلخانه در تمام فصول سال است.

هدف در این پروژه طراحی سیستم نمایش دمای یک گلخانه توت فرنگی در کامپیوتر به صورت منطق فازی و همچنین کنترل دمای گلخانه توت فرنگی است. سیستمی که طراحی شد، دارای یک سخت افزار است که روی آن سنسور برای اندازه گیری دما و دو عدد رله برای روشن وخاموش کردن هیتر و کولر تعبیه شده است.

همچنین برای ارتباط با کامپیوتر از پورت سریال استفاده شده است برای نمایش وضعیت رله ها و همچنین دما، روی خود سخت افزار نیز نمایشگری طراحی شده است و همه ی این قسمت ها توسط میکروکنترلر کنترل می شود. در قسمت نرم افزار کامپیوتری، دما از پورت سریال دریافت و پردازش می شود. و در نهایت در یک فایل هرچند ثانیه یکبار ذخیره می شود. و برای کنترل دما از کنترلر با منطق فازی استفاده خواهیم کرد.

چکیده مقاله کنترل دمای گلخانه با منطق فازی و میکروکنترلر AVR

در این پروژه هدف طراحی سیستم نمایش دمای یک گلخانه توت فرنگی در کامپیوتر به صورت منطق فازی و همچنین کنترل دمای گلخانه توت فرنگی است. سیستمی که طراحی شد، دارای یک سخت افزار است که روی آن سنسور برای اندازه گیری دما و دو عدد رله برای روشن وخاموش کردن هیتر و کولر تعبیه شده است.

همچنین برای ارتباط با کامپیوتر از پورت سریال استفاده شده است برای نمایش وضعیت رله ها و همچنین دما، روی خود سخت افزار نیز نمایشگری طراحی شده است و همه ی این قسمت ها توسط میکروکنترلر کنترل می شود.

در قسمت نرم افزار کامپیوتری، دما از پورت سریال دریافت و سپس از طریق برنامه کنترلی طراحی شده با منطق فازی در نرم افزار MATLABپردازش می شود. و در نهایت در یک فایل هرچند ثانیه یکبار ذخیره می شود.

و برای کنترل دما از کنترلر با منطق فازی استفاده خواهیم کرد. یکی از قسمت های مهم انجام گرفته در این پروژه راهنمای فازی می باشد. استفاده از سیستم های فازی به عنوان راهنمای فازی، بعضا در سیستم های پیشرفته مورد استفاده قرار گرفته است.

ولی اعمال آن بر محیط های کشاورزی برای اولین بار در این مقاله مورد بررسی و پیاده سازی قرار گرفته است. این پروژه شامل طراحی مدارات الکترونیکی، برد مدار چاپی، طراحی برنامه نرم افزاری در MATLAB و برنامه میکروکنترلر و همچنین قسمت های سخت افزاری ساخته شده است.نتایج نشان دهنده عملکرد مناسب کنترل کننده است.

مفاهیم اولیه در منطق فازی

منطق فازي يك نوع منطق است كه روش هاي نتيجه گيري در مغز بشر را جايگزين مي كند. در واقع روشي است كه مغز انسان خود بر اساس آن كار مي كند يعني ورودي ها و پردازش در مغز انسان فازي هستند. ما مي توانيم اين روش پردازش را در ماشين ها هم پياده سازي كنيم تا آنها هم بتوانند آن را اجرا كنند و از فوايد آن بيشتر و بهتر استفاده كنيم.

سیستمهای منطقی فازی یک فرا مجموعه از منطق بولی است که بر مفهوم درستی نسبی، دلالت می کند. منطق کلاسیک هر چیزی را بر اساس یک سیستم دوتائی نشان می دهد ( درست یا غلط، 0  یا  1، سیاه یا سفید) ولی منطق فازی درستی هر چیزی را با یک عدد که مقدار آن بین صفر و یک است نشان می دهد. مثلاً اگر رنگ سیاه را عدد صفر و رنگ سفید را عدد  1  نشان دهیم، آن گاه رنگ خاکستری عددی نزدیک به صفر خواهد بود.

منطق فازی معتقد است که ابهام در ماهیت علم است. بر خلاف دیگران که معتقدند که باید تقریب‌ها را دقیق‌تر کرد تا بهره‌وری افزایش یابد، لطفی‌زاده معتقد است که باید به دنبال ساختن مدل‌هایی بود که ابهام را به عنوان بخشی از سیستم معرفی کند.

جعبه ابزار منطق فازی در MATLAB

جعبه ابزار منطق فازی متشکل از مجموعه­ای از توابع فازی در قالب محیط محاسباتی MATLAB می­باشد. این جعبه ابزار امکاناتی را برای استنتاج سیستم­های فازی در چارچوب MATLAB فراهم می­آورد. همچنین در راستای شبیه سازی سیستم­های فازی، امکان یک پارچه سازی آنها در قالب نرم افزار Simulink وجود دارد. می­توانید از توابع مربوط به این جعبه ابزار در برنامه­های دیگر (مثلا به زبانC) استفاده نمایید. این جعبه ابزار از یک محیط گرافیکی برای کمک به کاربر بهره می­گیرد، اما در صورت تمایل می­توانید از توابع مربوط به آن روی  خط فرمان MATLAB استفاده نمایید. این جعبه ابزار دارای سه دسته متفاوت از امکانات می­باشد:

• – توابع خط فرمان،
• – توابع محاوره­ای گرافیکی،
• – بلوک­های Simulink،

دسته­ی اول از توابعی تشکیل می­شود که می­توانید آنها را روی خط فرمان ویا از برنامه کاربردی خود فراخوانی نمایید. بسیاری از این توابع در قالب M-File­های MATLAB پیاده سازی شده­اند. در واقع الگوریتم های مربوط به منطق فازی  به وسیله­ی دستوراتMATLAB  در قالب این فایل­ها پیاده سازی شده­اند. برای مشاهده کد مربوط به این توابع، از دستور زیر روی خط فرمان استفاده نمایید.

Type function_name

می­توانید با اعمال تغییر در هریک از توابع مربوط به جعبه ابزار و ذخیره سازی مجدد آن با یک نام جدید، توابع مورد نظر خود را ساخته و قابلیت­های این جعبه ابزار را گسترش دهید.

در دسته دوم، جعبه ابزار مجموعه­ای از ابزارهای محاوره­ای را برای دسترسی کاربر از طریق محیط گرافیکی به ابزارهای مختلف فراهم می­آورد. این ابزار­های گرافیکی محیطی را برای طراحی، تحلیل و پیاده سازی سیستم های فازی فراهم می­آورند.

دسته سوم امکانات این جعبه ابزار، از مجموعه­ای از بلوک­های Simulink تشکیل شده­اند که برای شبیه سازی سریع سیستم­های فازی در قالب محیطSimulink  به کار می­روند.

با توجه به اینکه غالب استدلال های بشر با قواعد فازی مرتبط هستند، اهمیت و کاربرد این جعبه ابزار روز به روز در حال گسترش می­باشد. این جعبه ابزار با فراهم آوردن یک چارچوب نظام­مند برای محاسبات مربوط به قواعد فازی، به شکل مطلوبی قدرت استدلال کاربر را افزایش می­دهد.

اگر به الکترونیک عملی علاقمند هستید توصیه میکنیم مقالات مفاهیم پایه الکترونیک را نیز مطالعه کنید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.