智能化溫室控制的現狀與發展趨勢

李娜　孔德志

【摘 要】隨著計算機智能控制技術和自動化程度的迅速發展，智能控制在我國得到了更加廣泛的應用。本文介紹了國內外溫室控制的現狀，分析了我國溫室控制存在的問題，并對溫室控制的發展方向進行了總結。

【關鍵詞】溫室；智能控制；現狀；發展方向

【Abstract】With the rapid development of Computer Intelligent control technology and Automatic level， intelligent control has been widely used in China. This article introduced current situation of the domestic and international greenhouse control technology， analyzed the problems of greenhouse control and finally summarized the development direction.

【Key words】Green House； Intelligent Control； Current Situation； Development Direction

0 引言

自動化行業的飛速發展為現代化農業的發展帶來了新的契機，現代農業非常依賴于溫室環境，溫室是一個獨立的為農作物生長創造環境的設施，由于農作物的培育對于溫度、濕度、CO2濃度等參數的要求很高，所以溫室管理需要引入更為先進的自動化控制系統，所以智能溫度控制系統對于現代農業的發展有非常重要的意義。

智能溫室是專門為農業溫室、農業環境控制等開發生產的智能控制系統。可測量溫度、濕度、光照、氣壓、紫外線、土壤溫濕度以及CO2濃度等農業環境要素。

將自動化控制系統應用于溫室當中，使得溫室內大氣、土壤、光照、CO2濃度、風向、風速等參數的采集更加準確，從而模擬出最適合的棚內植物生長的環境，再通過控制系統對數據進行分析之后，由一些控制器來進行自動化控制，從而調節到適合農作物生長的環境。

1 國內外研究現狀

1.1 國外現狀

溫室控制技術在國外的發展要追溯到羅馬時期。從20世紀70年代開始，計算機控制技術也開始應用到溫室控制當中，最開始是用現場采集技術，發展到后來應用了較為高級的分布式控制系統。目前，美國已經將眾多新型技術應用到溫室生產當中，包括全球定位控制系統、計算機控制技術和遙感技術等。除此之外，許多發達國家在溫室控制方面都有較為深入的研究。

國內外對溫室環境控制系統的研究也為其帶來的飛速的發展，在控制手段的技術上經歷了“手動—自動機械—分散電動—集中電子—計算機集成”五個階段。其中，溫室控制系統的難點在于對環境參數的采集，然后針對于環境做出相應的控制動作，這對于傳統控制系統來說是一個挑戰。從20世紀80年代開始，隨著計算機技術的飛速發展，計算機控制技術廣泛應用于各個行業，也包括溫度控制系統當中。

目前世界制造業的迅猛發展為溫度控制系統也帶來了巨大的革新，人們已經不滿足于自動化控制，而是追求全自動化、無人化控制，例如荷蘭在生產它們作為標志性的花卉及蔬菜時，自動化控制占85%。針對于一些較為復雜的參數，例如溫室材料、結構、載荷、微環境（包括溫濕度、通風、光照、CO2濃度等）等，英國有一家專門機構來進行研究，這樣，全自動化溫室控制技術就能更便捷的發展。目前日本研究出無人化的溫室大棚，對只能溫室控制及現代化農業的發展都帶來了新的啟發。

總的來說，國外在溫度控制系統方面的研究已經非常的深入，包括參數采集，控制方式的升級，以及無人化的實現。但溫度控制系統應用于農業生產中還有很多問題亟待解決，因為農作物的生長有許多經驗性的因素存在，所以要達到完全的自動化生產還需要更多的仿真數據及實踐研究。

1.2 國內現狀

我國將溫室應用于農作物生長起步較晚。20世紀60年代簡易塑料大棚開始出現。70年代之后，新型的節能型日光溫室技術慢慢普及，發展至1981年，保護地的面積約為1.6萬公頃，占種植面積的4.35%，其中溫室僅僅1500公頃，占蔬菜種植面積0.4%。到了1994年，全國有節能型日光溫室115萬畝，大棚400萬畝，總面積達515萬畝。直到近幾年，溫室種植技術才開始廣泛應用于農業生產。而溫室自動控制系統能夠大大提高溫室的工作效率，現在國內許多機構都在著手研究，但是溫室自動控制系統主要問題有以下幾點：

（1）投入產出低，運行經濟效益差，并且引進價格高。

（2）技術要求高，一般用戶不易掌握，限制了其使用范圍。

（3）不適合我國氣候的特征。從國外引進的溫室不能適合我國的運行模式，從而在氣候特征方面不能完全契合。

所以，研究出一個適合我國氣候環境，并且能夠推廣開來的溫室自動控制系統是當務之急。基于上述各類因素，我國農業自動化領域的學者在吸收了外國智能溫室技術優點的基礎上，進行了我國溫室環境中各種參數變化的研究。從而越來越多的溫室自動控制系統產品問世，也有相當一部分產品應用于一些農業示范園，甚至應用到量產的農作物溫室當中。目前，國內智能溫度控制技術的發展正逐漸成型。

2 我國溫室存在的主要問題

（1）起步晚、科技水平低。我國機械栽培技術起步晚、基礎差，生產設備不規范，沒有完整的成套電器設備，也沒有完善的自動化生產體系。

（2）技術單一。目前的技術研究僅限于單個溫室，沒有針對于多個溫室的集中控制系統，目前物聯網技術的發展有希望解決這一問題。

（3）通信方式落后。目前，我國溫室測控系統的通信主要是485總線以及CAN總線等有線方式。因為有線通信方式存在諸多弊端，例如布線復雜，空間限制級故障率高，維修維護復雜等等。而現在由于無線傳感技術正逐漸成熟，無線通信技術有望更多的應用于溫室控制系統中。

（4）缺少合適的上位機管理系統。目前的溫室控制系統中，一些上位機只限于存儲采集的歷史數據，而之前提到農業生產需要許多經驗因素，溫度控制系統則需要更多的農業專家進行實時控制管理系統。

（5）設施抵御自然災害的能力差。目前大多建筑材料包括鋼材、玻璃等等。而這些材料沒有國家統一的標準和規格，且應用率不高，僅占設施栽培面積的10%，而自動化溫度控制需要對溫度、濕度、光照等參數進行調節，而一些自己建造的塑料設施并不能實現這些要求，所以設施的規范化是目前亟待解決的問題。

（6）機械化水平不高。目前，在操作方面還是以人工為主，沒有大型的機械等輔助進行生產等行為的實施。

3 智能溫室控制的發展趨勢

智能溫室控制系統的出現為我國現代化農業的發展帶來了便利，而放眼未來，為了完善和加強智能溫室控制系統技術，還有許多方面需要進行研究。也將會有越來越高科技的產品的出現來促進農業及自動化行業的發展，其發展趨勢主要從以下幾個方面

（1）越來越多的參數檢測及控制，除了溫度濕度及氣體濃度等常見的參數，還需要針對于不同農作物的多種參數進行控制。

（2）相對簡單的操作終端，由于農業生產的操作者并非自動化行業的從業者，所以相對簡單的用戶操作界面也非常重要。

（3）便于維護維修，由于系統較為復雜，故障點也較多，所以需要便捷的維護維修。

（4）系統便于升級，從農業物聯網的角度出發，會有越來越多的功能加入，所以智能溫室控制系統需要更加的有可開發性。

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[責任編輯：王楠]