農業園藝溫室的智能化控制系統分析

殷瑞芝

摘 要 農業園藝溫室的智能化控制系統可以搜集整體相關環境因素數據并分析數據，以達到對各個環境因素進行控制的目的。基于此，總結溫室智能化控制系統的發展歷程，并以4種不同硬件控制系統的智能化控制系統為例，說明我國智能化控制系統的進步性。最后，提出現階段農業園藝溫室的智能化控制系統的問題，期待研究人員可以解決相關問題。

關鍵詞 農業；溫室；智能化控制系統

中圖分類號：S625 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）24--02

隨著計算機技術和網絡技術的進步，農業現代化的步伐也越來越快。采用智能化系統對農業園藝溫室進行控制不僅是研究人員的研究對象，也是實踐的重點。本文認為，不同溫室內的農作物需要不同的溫度、濕度和光照等環境因素，采用智能化控制，可以提高環境因素控制的精確度，提高產量。

1 溫室智能化控制系統的發展歷程

在20世紀80年代，我國開始了農業園藝溫室智能化控制系統的研究。在研究初期，研究人員就已經掌握了溫室內微機控制技術。直到20世紀90年代末，通過向西方國家進行學習和研究，我國的溫室智能控制技術得到了突飛猛進的發展，可以自行生產先進的環境控制設備。在研究人員的努力下，我國溫室智能化控制系統從無自主生產能力到具有自主創新能力，取得了長遠的進步。2012年，我國已經開發出基于無線傳感器網絡和嵌入式技術的溫室環境監控系統。這種智能系統可以對溫室的里外環境進行檢測，并顯示溫度和濕度情況。同時，可以根據不同農作物的要求對環境進行控制和調節，以滿足農業現代化生產的需要。

2 采用智能化控制系統的意義

農作物生長需要合適的光照、二氧化碳、溫度和濕度等，缺乏任何一項因素都難以健康成長。農業園藝溫室的智能化控制系統可以搜集整體相關環境因素數據并分析數據，以達到對各個環境因素進行控制的目的。從農作物產量的角度來看，智能化控制系統可以增產增量，最大限度地提高農戶經濟效益。從農作物質量的角度來看，智能化控制可以保證農作物的質量，提高單株農作物的價值。從環境保護的角度來看，智能化控制系統可以精確化肥用量，確保不過量使用農藥和化肥，避免溫室內部對外部環境的污染。

3 農業園藝溫室智能化控制硬件系統

在研究人員的努力下，我國的農業園藝溫室智能化控制系統實現了質的飛躍。系統中最重要是便是智能控制硬件系統。目前，我國的溫室智能控制系統有4種模式。

3.1 以單片機為基礎的控制系統

以單片機為基礎的控制系統的組成部分包括控制設備、智能傳感器、底層基本結構和前臺機組。前臺機組的核心即是單片機，單片機可以自動控制和檢測數據，其測量數據可以自動存儲并輸送至主計算機內，在主計算機內對數據進行處理。以單片機為基礎的控制系統可以對溫室里外的濕度、溫度和光照等環境因素進行測量，并輸出測量數據，控制相應設備。以單片機為基礎的控制系統成本較低，且操作簡單，但也有部分缺點，如故障率較高和布線復雜等。

3.2 以可編程邏輯控制器為基礎的控制系統

以可編程邏輯控制器為基礎的控制系統的功能齊全、可靠性較高且抗干擾能力較強，達到高效溫室的控制要求。其主要原理在于監測溫室里外的環境因素，并與上位機通信，為農作物生長調節參數。2011年，陶平[1]設計了以可編程邏輯控制器為基礎的主控結構，將從主節點輸出的數據傳輸至可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器根據系統設置的環境因素數據對設備進行控制，從而滿足農作物生長要求。

3.3 以工業控制機為基礎的控制系統

以工業控制機為基礎的控制系統是由工控機、執行機構輸出輸入設備和多種傳感器組成的。2008年，針對溫室農作物的生長需要，石磊[2]等研制了基于ARM微控制器的溫室智能控制系統。ARM溫室智能控制系統用微處理器代替單片機，配合繼電器和傳感器對溫室里外的環境進行監控，該設計方式提高了硬件的功能性，而且系統的整體性也有所提高。以工業控制機為基礎的控制系統安裝簡單，成本較低且維修方便。

3.4 以現場總線為基礎的控制系統

以現場總線為基礎的控制系統意味著信息處理現場化，現場實現控制功能。這種方案增加了系統的信息量，減少了傳輸信息的光纜長度。該系統成本較低，布線簡單，可以長距離傳輸信息且可靠性較高，非常適用于大面積溫室控制，這些優勢表明以現場總線為基礎的控制系統具有廣闊的應用前景。2008年，陳東陽[3]設計了以AT89C51WD單片機為基礎的高性能網絡節點，對溫室采用參數控制。

4 現階段農業園藝溫室的智能化控制系統的問題

近幾年，雖然農業園藝溫室的智能化控制系統的功能取得了進步，但仍存在著一些不足，主要有：第一，溫室自動控制主要以單環境因素為主，無法對氧氣、二氧化碳、溫度和濕度等方面因子進行綜合研究；第二，我國大部分地區的溫室控制智能化程度較低，依然在依靠個體經驗進行環境管理，并未實現智能化；第三，多數地區的溫室管理方法較為粗放，無法根據具體農作物的要求進行精細操作；第四，智能化技術使用率較低，主要局限于大型農業公司和企業。要克服這四點困難，未來還需對溫室智能控制系統繼續進行研究，以降低成本，提高應用率。

5 總結

在發達國家，農業園藝溫室應用智能化控制系統的范圍較為廣泛。在我國，智能化控制系統的大范圍應用還有很長的一段路要走。本文首先總結了溫室智能化控制系統的發展歷程，認為溫室智能控制系統對農作物的數量、質量和生態環境都具有重要意義。然后以4種不同硬件控制系統的智能化控制系統為例子，說明我國智能化控制系統的進步性。最后，提出現階段農業園藝溫室的智能化控制系統的問題，期待研究人員可以解決相關問題。

參考文獻

[1]陶平.PLC智能控制系統在棚栽溫室上的應用[J].浙江農業科學，2011，4（15）：947-951.

[2]石磊，李天華.基于作物生長模型的溫室智能控制系統[J].農機化研究，2008，2（9）：71-73.

[3]陳東陽.基于AT89C51單片機的蔬菜大棚控制系統[J].計算機與現代化，2008，1（28）：4-6.

（責任編輯：趙中正）