智能溫室大棚建設方案探討

初金星

摘 要：農業的發展離不開作物的生長，而農作物的生長主要受外界環境的影響，因此，就需要將農業與現代科學技術相結合，從而衍生出符合時代特色的改善農作物生長環境的相關農業制品，溫室大棚就是其中之一，農業大棚能夠在保持光照的基礎上為植物的生長提供更為合理的溫室環境，是在農作物種植過程中重要的農業用具。本文主要分析了智能溫室大棚的建設方案，希望將信息技術融合到農業大棚的建設之中，從而為農業生產節約一定的人力資源。

關鍵詞：智能溫室大棚；建設方案；探討

溫室大棚能夠提供給農作物一定的生存空間，在此空間中，農作物可以得到恒定而溫和的室溫、適宜的水分、充足的光照等一定的有利自然條件，同時，農業大棚由一定的支架以及塑料薄膜構成，在其庇護之下的農作物也能獲得一定的抵御災害的能力。因此，農業大棚已經在我國的農業領域不斷被普及，但隨著溫室大棚的數量增多，由此而衍生的一系列問題也就逐漸暴露了出來，并對我國的農業發展造成了一定的影響。因此，應為溫室大棚的建設發展擬定一個改良方案。

1 智能溫室大棚建設總體方案

1.1 系統的構成

溫室大棚的整體建設思路為大棚的智能化，即通過現代的信息技術完善溫室大棚的智能化結構，從而節約在某些需要人工操作的環節上消耗的的人力，進而節省溫室大棚的運營成本。與此同時，機械在某種程度上其工作性能要優于人力，如機械具有防凍、防高溫、可在電流大環境下作業等特性，而相對而言人具有天生的觸感，在這些方面的耐冷度、耐熱度等無法與機械相比。因此在遇到相應自然條件下機械部件可以更為及時地處理因環境而產生的問題，同時機械不易受外界環境干擾，其準時性要優于人工，因此，溫室大棚的機械化是具有一定意義的。

本系統從功能上分為信號采集系統、控制執行系統和信息處理系統，硬件主要由上位機和下位機組成。上位機是一臺PC機，主要功能是保存和處理下位傳回的數據并進行分析，對下位機做出設置和控制。下位機是單片機或專用的溫室大棚控制器，它把各種傳感器采集的數據轉換成數字信號傳給上位機，并根據上位機下傳的數據和預先設定的參數，對各種執行系統進行控制。

1.2 相關部分的具體功能介紹

1.2.1 信號處理機制

信息處理系統是智能溫室大棚最為重要的組成部分，其主要工作機制是對各相關配件采集回來的信息加以集中、整合并進行相應的處理。智能溫室大棚的整體可分為下位機械部件和上位機械部件兩部分，上位機械部件執行宏觀控制工作，下位機械部件執行信息采集工作，上下位機械部件相互配合，從而完成智能溫室大棚的信息交互工作。由于采集回的數據大都是一種多輸入、多輸出、大滯后的非線性控制變量，所以還需要設計動態、實時、有效、可靠的人機接口的可視化界面。

信息處理系統主要由數據綜合管理系統組成，其主要功能有兩部分，一部分功能是用于與下位機的通訊、設置溫室環境參數，并把采集的數據存于管理數據庫中，實現數據的存儲、查詢、統計、打印，以備決策系統調用；另一部分為決策系統，功能是根據知識庫和采集的數據及時為用戶提供各種作物生長所需要的最佳氣候參數，并能自動生成最佳控制方案。

1.2.2 信號收集機制

這一部分主要借助信號傳感工具，具體可分為氣溫及空氣濕潤度檢測傳感工具、土壤恒溫檢測傳感工具、二氧化碳濃度檢測傳感工具、空氣中含氧量檢測傳感工具以及光照檢測傳感工具等。而單一傳感工具的安裝可能無法檢測整個大棚全部的植物生長環境信息，因此就需要同時安裝多個傳感工具來完成對大棚整體植物生長環境的監測。與此同時，要盡量保證傳感工具的抗干擾能力以及信號傳輸能力，從而保證數據的可靠性。

1.2.3 執行機制

該子系統包含內容較多，控制也最復雜，各執行部件把下位機傳來的控制信號執行后，還須把執行后的狀態反饋給下位機，下位機再把這些狀態暫存于自己的緩存中，同時上傳到上位機，以保證各執行部件能按事先制定的策略完成任務。

2 智能化溫室大棚的完善策略

2.1 完善數據收集工作

溫室大棚并非只是用一定數量的支架將塑料薄膜支起，大棚的內外因棚蓋的存在其環境也就發生了一定的變化，其內部環境相對外部而言較為復雜。這就對設備的抗噪能力有了一定的要求，溫室大棚的內部受溫度調節系統的控制，其土壤溫度和氣溫均高，受加濕系統的影響其空氣濕潤度也很高，這就無形之中創造了一種濕熱的環境，而在這種環境之中的信號接收設備極易被空氣中的水分子以及高溫所產生的熱量干擾，空氣中的水分子會影響信號的質量，過高的熱量會造成接收機線路老化，進而產生干擾電流等阻礙信號接收的不利因素。與此同時，在濕熱環境中傳播的信號自身還會發生一定的失真，這都是對信號接收的環節尤為不利的。因此，必須采用具備一定抗干擾能力的、信號傳輸距離長的設備，同時盡量調節相關的環境因素，對傳遞的信號進行一定的降噪處理，進而提升信號的傳播質量，從而提升系統的整體性能。

2.2 根據不同的需求配種不同的作物模型

溫室大棚內的作物會根據市場的需求來確定種類，每種作物都有自己不同的生長習性，這要求本系統要有不同作物的生長模型。這些模型可以從已有的研究成果中得到，把這樣的數據直接輸入到信息處理系統中，也可以利用信息處理系統中的記錄存儲功能，把以往的數據建立起該種作物的生長模型，最終實現根據作物最優控制溫室大棚。

2.3 建立相關管理控制機制

本系統設計中，最復雜、最難的部分就是智能控制。由于數據采集的數據大都是非線性信號變量，而且這些多輸入、多輸出的控制信號還有大滯后的特點，但對各種執行系統的控制卻要動態、實時、有效；而且整個系統不僅要有及時的信號數據采集系統和控制系統，更要有智能化的控制策略。實際應用中，常規的控制方法（如最優控制、PID）的控制效果都不是很理想，如果能把模糊控制、神經網絡、專家系統等人工智能控制方法應用于該系統中，可以大大提高溫室大棚環境控制的精度和水平。

結束語

智能溫室大棚建設有助于改善農作物的生長環境，有助于減少自然因素對于農作物的限制，有助于提升農作物的質量，因此相關部門應重視起相關智能溫室大棚的建設和推廣工作，組織相關技術人員進行先進的知識培訓，從而構建具備一定專業性的知識體系架構，并以此知識框架指導相關的智能大棚建設活動，完善縣官基礎設施的修建、完善、整合以及相關的監督和管理機制，在各部門的共同協作下，完善我國的農業生產進程，進而推動我國農業領域的進步與發展。

參考文獻

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