關(guān)于溫室大棚智能控制系統(tǒng)的研究

閆工舒

【關(guān)鍵詞】溫室 大棚 智能 系統(tǒng)

溫室大棚管理涉及到環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等多個方面，綜合性高、復(fù)雜性強(qiáng)。如果想要合理控制必須根據(jù)環(huán)境變化的規(guī)律、植物生長的特點(diǎn)對于智能系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

溫室大棚總體處在封閉的一種狀態(tài)下，其中培育生長的作物生長狀況和大棚內(nèi)部的各種因素都有關(guān)聯(lián)性。創(chuàng)造出適合的環(huán)境可以讓作物保持良好的生長狀態(tài)。其中和環(huán)境參數(shù)相關(guān)的因素包括土壤濕度、空氣濕度、空氣溫度、二氧化碳濃度等等。通過智能化的控制和調(diào)節(jié)能夠保證好的環(huán)境基礎(chǔ)，這也是大棚應(yīng)用的最大優(yōu)勢之處。通過智能化的控制保證資源的最大化利用，通過合理的監(jiān)控，能夠創(chuàng)造出滿足生長條件的最佳環(huán)境。

2 大棚環(huán)境參數(shù)分析

2.1 空氣溫度

保證溫度是植物生長過程中的必然因素，其對于植物的所有生命活動具有影響，包括植物的發(fā)芽、根系生長、呼吸作用、光合作用等等。不同植物對于溫度的需求不一致，通常狀況分析，由于需要光合作用，因此白天的溫度應(yīng)該比晚上的溫度高一些。大部分的果菜類植物生長溫度白天控制在二十度到三十度之間，夜晚為十度到十八度之間。通過智能系統(tǒng)合理的控制溫度及時的調(diào)節(jié)能夠促進(jìn)植物的生長代謝。

2.2 空氣濕度

大棚內(nèi)空氣的相對濕度是需要監(jiān)控的外部因素之一。通過調(diào)整濕度能夠降低植物蒸騰量，促進(jìn)光合作用，保證植物生長需求。如果濕度過高會影響植物莖葉生長，甚至容易發(fā)生病蟲害，反之濕度過低就會影響水分吸收。因此最好將濕度控制在百分之五十到百分之八十五。

2.3 光照強(qiáng)度

光照也是植物生長中必須的能量源頭，通過智能系統(tǒng)對于棚內(nèi)光照強(qiáng)度和時間進(jìn)行合理控制，結(jié)合不同植物的種類進(jìn)行智能化調(diào)整，滿足植物的生長能量來源。

2.4 二氧化碳強(qiáng)度

研究分析發(fā)現(xiàn)二氧化碳也是植物生長中必須的物質(zhì)。在大棚中空氣流通能力不好，作物會消耗二氧化碳造成濃度的進(jìn)一步降低，最終削弱光合作用，通過智能化系統(tǒng)將棚內(nèi)部的二氧化碳濃度始終保持在適宜的范圍內(nèi)能夠促進(jìn)植物發(fā)育。

2.5 土壤濕度

大棚中土壤的水分含量將對于植物的存活甚至生長起到?jīng)Q定性作用。如果土壤的水分含量過低，容易影響植物光合作用，造成生長發(fā)育不良；如果土壤濕度過高，對于土壤內(nèi)部的微生物造成作用，影響植物根系的呼吸、生長，造成吸收效果不好。大棚內(nèi)部的濕度還會受到空氣濕度、光照等因素的影響，所以合理的監(jiān)控濕度也是必然選擇。

3 控制決策選擇

（1）大棚內(nèi)部整體環(huán)境溫度、濕度的變化是有一定過程的，總體呈現(xiàn)出非線性狀態(tài)，如果采用傳統(tǒng)的反饋控制調(diào)節(jié)手段，將會造成系統(tǒng)的超調(diào)，進(jìn)一步影響生物生長，因此智能控制過程中需要利用模糊邏輯控制的原則管理，同時考慮兩者之間的耦合性，濕度的變化會改變溫度，加熱升溫同時會造成濕度降低。

（2）結(jié)合不同植物的光照補(bǔ)償點(diǎn)、飽和點(diǎn)設(shè)定強(qiáng)度的最高值和最低數(shù)值。如果出現(xiàn)陰雨天氣時候合理利用繼電器進(jìn)行補(bǔ)光；光照強(qiáng)度高于最大值時候利用遮陽網(wǎng)進(jìn)行遮擋。

（3）智能監(jiān)控系統(tǒng)可以采用液態(tài)二氧化碳發(fā)生器，利用繼電器實(shí)現(xiàn)對于濃度變化的監(jiān)督管理和調(diào)節(jié)。

（4）土壤濕度營養(yǎng)的變化需要利用繼電器控制水、肥電磁閥來管理。或是采用滴灌的方式，將傳統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代滴灌技術(shù)結(jié)合到一起，制造出肥水溶液，將肥水溶液通過輸水管道定時、定量的輸送到植物的根系。保證土壤內(nèi)部水肥的含量始終處于有利的狀態(tài)下。這種膜下滴灌技術(shù)能夠局部調(diào)節(jié)，不會造成土壤結(jié)構(gòu)的破壞，水量蒸發(fā)損失少，能夠避免水分的回轉(zhuǎn)。

4 設(shè)計基本原則

4.1 穩(wěn)定安全性

想要保證整個系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，傳感器系統(tǒng)內(nèi)部的精確度要比較高同時穩(wěn)定性好，能夠處理面對大棚內(nèi)復(fù)雜環(huán)境條件的變化，如果采集信息中出現(xiàn)失誤，應(yīng)該能夠通過智能系統(tǒng)及時的辨別，最大化保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.2 可擴(kuò)展性原則

近年來隨著大棚智能控制技術(shù)的發(fā)展，棚內(nèi)環(huán)境的綜合監(jiān)控要求進(jìn)一步提升，系統(tǒng)設(shè)計中必須保證可擴(kuò)展性，進(jìn)行模塊化的設(shè)計，讓產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代。

4.3 界面調(diào)節(jié)簡單性原則

用戶最終的操作界面應(yīng)該應(yīng)用比較簡單，操作流程、設(shè)定參數(shù)等各個步驟要方便快捷，滿足使用者的需求標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)時的監(jiān)控現(xiàn)實(shí)各種數(shù)據(jù)的變化，提供對應(yīng)的語言提示功能。

4.4 低成本性原則

無論設(shè)計何種系統(tǒng)都必須考慮到經(jīng)濟(jì)投入方面的問題。大棚智能系統(tǒng)的設(shè)計過程中應(yīng)該滿足基本系統(tǒng)運(yùn)行條件下，控制資金的投入量，縮小系統(tǒng)運(yùn)行的成本。在滿足基本使用需求的條件上選擇低成本的元器件，設(shè)計簡單的電路。

5 硬件部分設(shè)計

硬件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集部分和控制單元部分，數(shù)據(jù)采集部分含有通信模塊、傳感器模塊、微控制器模塊，完成大棚內(nèi)部各種環(huán)境數(shù)據(jù)的采集傳輸。控制單元包括電源、人機(jī)交換部分、微控制器、語音播報、報警模塊、輸出控制部分、通信部分，通過顯示、智能控制、手動控制完成具體的任務(wù)。

6 軟件部分設(shè)計

軟件部分包括控制單元軟件設(shè)計以及數(shù)據(jù)采集單元軟件設(shè)計。控制單元軟件設(shè)計包括智能的顯示、控制、數(shù)據(jù)傳輸、語音播報、超限報警等等，其將收集到的資料和原本預(yù)設(shè)的數(shù)值進(jìn)行對比，進(jìn)一步調(diào)節(jié)整個大棚的環(huán)境參數(shù)，保證植物生長的最適合條件。數(shù)據(jù)采集有環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和傳輸。實(shí)現(xiàn)控制單元和數(shù)據(jù)采集之間數(shù)據(jù)交換的為RS485總線通訊方式。

總而言之，設(shè)施農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代化的標(biāo)志，溫室大棚是重要的構(gòu)成部分，提升大棚系統(tǒng)的綜合控制水平，最大化發(fā)揮出高效農(nóng)業(yè)規(guī)模化的優(yōu)勢，由此推進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，開創(chuàng)新的局面，帶動我國經(jīng)濟(jì)步入新的臺階。

參考文獻(xiàn)

[1]葉偉媛.溫室大棚智能控制系統(tǒng)的研制[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014.

[2]張剛.溫室大棚智能控制系統(tǒng)研究[J].農(nóng)業(yè)展望，2013.