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禽畜饲养场环境测控系统及数据处理的研究

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第一章绪论

1.1国内外禽蓄饲养场环境测控技术研究状况

1.2现代测控技术的发展

1.3本文完成的工作

1.4课题来源

第二章禽畜饲养场环境测控系统

2.1禽畜饲养场环境监测参数的确定

2.2禽畜饲养场粉尘测量系统

2.2.1粉尘测量基本原理

2.2.2粉尘测量系统设计

2.3禽畜饲养场有害气体测控系统设计

2.3.1系统工作原理

2.3.2系统设计的难点和重点

2.3.3气敏传感器阵列和气敏传感器的选择

2.3.4数据采集方法

2.3.5测控系统硬件结构组成

2.3.6有害气体测量系统设计

第三章系统测控软件设计

3.1软件设计概述

3.2软件系统设计

3.2.1体系结构设计

3.2.2模块设计

3.2.3数据结构与算法设计

3.2.4用户界面设计

3.2.5软件测试

3.3测控系统软件设计

3.3.1测控系统软件组成

3.3.2测控系统软件设计内容

3.3.3测控系统软件设计实现

第四章应用神经网络预测有害气体浓度

4.1人工神经网络概述

4.2前向型神经网络

4.2.1径向基神经网络

4.2.2RBF网络的学习算法

4.2.3RBF网络的特点及应用

4.3有害气体浓度数据预测

4.3.1预测原理

4.3.2数据划分方法和归一化处理

4.3.3RBF网络的设计

4.3.4预测效果分析

第五章历史数据分析与处理

5.1数据的纠错和平滑处理

5.2坏数据调整的基本思路

5.3历史数据曲线模式聚类

5.3.1简单的竞争学习

5.3.2自组织映射神经网络的聚类分析

5.3.3自组织映射神经网络模型

5.3.4自组织映射学习算法

4.3.5采用SOM网实现数据曲线聚类

5.4含有坏数据的曲线模式识别

5.4.1用特征曲线数据产生RBF网络训练样本集

5.4.2RBF网络的训练

5.5坏数据辨识的组合神经网络模型

5.6基于特征曲线的坏数据的调查

5.7实例分析

5.7.1组合神经网络训练样本集的产生

5.7.2SOM网络设计与运算

5.7.3坏数据调整结果

第六章数据处理软件

6.1数据处理软件设计

6.1.1用户管理

6.1.2主窗体的界面设计

6.2数据库设计

6.3数据处理软件与MATLAB接口设计

6.4数据处理软件设计时的注意事项

6.5数据处理软件概述

6.5.1输入和转换

6.5.2标记和校正处理

6.5.3计算与预测处理

6.5.4显示

第七章结论与展望

7.1总结

7.2进一步研究的内容

致谢

参考文献

附录

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摘要

禽畜饲养场环境的智能化测量和控制技术是21世纪禽畜养殖业发展的一个重要方向,它将推动粗放型低效禽畜养殖业向知识型、技术型、现代化的高效禽畜养殖业转变,在发达国家已被认为是新世纪禽畜生产管理的一场革命,国内外许多专家学者对禽畜饲养场环境测控技术进行了大量的研究和实践。禽畜饲养场环境测控的核心是针对禽畜的生长环境,实施精确的测量和控制管理措施。结合课题的实际情况,本文重点研究了基于传感器阵列、虚拟仪器和计算机的现场信息获取及历史数据处理,主要内容如下: 在分析粉尘测量原理和有害气体测量方法的基础上,针对禽畜舍内的粉尘和有害气体污染设计了测量和控制系统。针对禽畜饲养现场信息采集的特点,研究了禽畜舍环境信息的采样方案,认为应根据具体的测量要求采用不同的采样方案,提出了动态信息采样策略。根据模块化的软件设计思想,采用NI的LabVIEW7.1开发了相应的现场测控软件,并对现场信号的采集过程进行了仿真试验。 数据处理的目的是为了精确计算出有害气体的排放量,分析产生这些有害气体的原因,从而采取措施减少这些有害气体的排放。来源于禽畜饲养场数据库的历史数据是分析的基础,也是生产管理者进行现场调控的依据。在对历史数据做进一步分析处理前,一般要对历史数据中的异常数据进行纠错和平滑处理。数据处理的思路是:首先确定某条数据曲线中存在坏数据,然后找出坏数据在曲线中的位置,最后将其剔除掉并根据特征曲线对数据曲线进行修正。本文根据自组织映射神经网络(SOM)和径向基神经网络(RBF)的特点,通过对SOM神经网络的抗差聚类和RBF神经网络模式识别的效果分析,探索性地建立了组合神经网络模型,并对氨气浓度数据中的异常数据进行了MATLAB仿真试验,获得了预期效果。另外,还应用RBF神经网络对时间序列的部分氨气浓度数据进行了预测处理,预测结果相对误差均小于10%,表明该预测方法效果良好。 按照软件工程学的思想,针对现场采集的历史数据,采用微软Visual C#.NET开发了界面友好的数据处理软件。设计内容包括:用户信息管理与登陆,与MATLAB的接口,数据库的管理,不同类型的原始数据的输入与转换、标记、清除与修正、计算与预测、显示与报告等不同的模块。由于课题涉及多学科、多方面的知识,受时间和实验条件的限制,设计的测控系统和数据处理软件等内容仍有待进一步深入地研究和探索。

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