智能溫室控制系統技術

田新英

隨著社會經濟與科學技術的不斷發展，智能溫室控制系統逐漸演變為當下農業發展的主要趨勢，深刻影響人們日常生產活動。在實踐工作中，利用溫室的自動控制技術，可為農業生產提供高產出、高品質目標保障，具有較強的價值應用優勢，值得深入研究與推廣。基于此，本文圍繞智能溫室控制系統，為其技術應用工作提供幾點優化建議，以供相關研究參考。

【關鍵詞】溫室環境 自動控制系統 多因素變量

近年來，以自動化技術為代表的智能溫室控制系統受到社會公眾的高度關注，轉變傳統溫室智能化改造模式顯得尤為關鍵，為農業生產提供準確管理效益。在網絡技術、計算機技術等高新技術的快速發展背景下，結合農業生產的溫度、光照、濕度、空氣相等環境因素，明確農作物生長過程中各個環境因子的影響情況，提升溫室控制系統的穩定性能顯得尤為關鍵，便于培養溫室智能化、適應性特征。目前，立足于溫室智能化改造條件，為滿足農作物生長需求，擬定合適的生長環境虛擬化方案，以智能化程度較高的智能溫室控制系統為典型代表，也已成為當下農業控制的有效應用舉措。

1 明確總體架構設計

目前，我國智能溫室面積達到588.4hm2，其中以玻璃溫室面積為典型特征，占據世界溫室面積的22.5%。在農業生產過程中，智能溫室控制系統結合西門子PLC上位機+下位機“人機交互”結構模式，針對室內溫度、濕度演變情況，為農作物生長提供系統設定要求，且大多情況下以現場手動控制、遠程手動控制、自動控制為組建內容，經由數據初始化—環境因子采集—數值比較分析實施流程，圍繞調節溫室環境設計方案，形成系統智能控制效應。

以玻璃連棟鋼結構溫室應用方案為例，溫室結構自動控制系統以頂層設置對光照的具體變化情況為主，并結合天窗的輔助程序，達到彌補光照度不足、空氣流通、葉面灌溉等實際目的。結合智能溫室系統功能要求，該系統的上位機以PC+Kingview 6.55（組態王）控制為主，通過動態監控觀察情況，綜合分析整個溫室的運行狀況，并與溫度、濕度、光照度等因子相關聯，深入調整遠程操作狀態下的恒定參數，實現上位機單獨工作運行狀態；此外，該溫室下位機系統主要以PLC控制器、傳感機構為基本表征，與-48MRPLC擴展模塊共同聯合，通過掃描特殊功能模塊演變信息，比較溫室內部的CO2、溫濕度、水分源等情況，完成遮陽網、天窗及其相關信號的總線傳輸工作。該種智能溫室控制系統以計算機控制為主，利用傳感器測量、外圍電路控制輔助工具，自動運轉溫室環境的智能化控制機構，便于監控溫室環境因子變化情況，且具有ZigBee、Internet溫室群體環境遠程監控系統的監管性能（參照溫室內的溫濕度要求：當濕度達到50-65%RH時，土壤水分控制恒定為70-90%RH，達到上限值完成溫室補水操作）。

2 結合多因素變量分析

在溫室環境自動控制系統檢測中，多以日照、水分、溫濕度、CO2等環境因素考慮對象，立足于溫室成本投入、控制效益、系統要求，實現不同影響因素的內外聯系。但由于農作生長對溫室環境的具體要求并不明確，結合傳統PID控制技術所設定的參數要求，對應遮陽系統、通風環境、溫控系統、灌溉系統、補光系統等系統關系，構建FIS（模糊推理系統）方案，為溫室環境內部的溫度、濕度轉換提供參考研究對象，可結合數學模型公式（加熱—通風模型），如下所示：

（所涉及的參數表示溫室的內外濕度、熱量情況等），以助于智能控制應用的參數設計內容。

以溫室環境控制系統的單片機控制方案為例，該系統經過FELIXC-512系統的演變與轉換，由智能傳感器、控制設備、前臺機組等基本架構為設計要點，通過A/D轉換器—ARM控制器等工作流程，以AVR單片機與RS-485總線通信為參考方向，構成多輸入、多輸出的控制系統（將PLC內部的8000步程序容量擴展至16000步）。在溫室系統控制環境下，采用多因素變量模擬控制模型，以4-20mA、-20+20mA的模擬量標準為模塊可接受的恒定功率（輸出標準電流信號），聯合PLC的FROM/TO應用指令，相關采集系統具備遠距離傳輸功效，且長期穩定性能達到“濕度<1%RH/年”、“溫度<0.1℃/年”標準，輔助完成室內外環境因子的監測工作。

3 注重系統軟件設計

立足于溫室環境中的CO2濃度、溫濕度、水分、光照情況，不同農作物對溫室環境的具體溫度指標各不相同，溫室PLC控制系統的實際要求也會有所轉變。在實踐生產中，智能溫室系統軟件設計主要以PLC編程情況為基本指標，采用GX Developer Version 8.34編程軟件，輔助系統控制、數據處理、控制參數等配置結構，結合WEB版本的B/S結構的便利特征，拓展各個遠程控制系統的實施監視功能，以FX2N-4AD模擬量輸入模塊，采集高性能網絡節點，便于控制具體溫室參數。以RS-485通訊總線遠程溫室監控狀態為例，圍繞風機、遮陽網、天窗、灌溉系統，采用WEB版本組態王形態，多以遠程控制系統設計為參考對象，選用合適的軟件開放工具（PLC可編程控制），提升自動控制系統的可靠性能（采用4-20mA電流信號），具備輸出信號線性較強、遠距離傳輸快速等顯著特征，且設計成本不高，便于輔助改造溫室控制技術。

4 總結

綜上所述，智能溫室控制系統作為農業生產的有利輔助條件，具備經濟效益高、設計成本低廉等特征。在溫室環境研究中，自動控制系統結合總體架構設計、多因素變量分析、系統軟件設計等方面要點內容，圍繞溫度、濕度、水分、CO2、光照等環境因子，設計符合農作物生長的溫室環境監控系統，并在原有恒溫基礎上，構建良性生長輔助恒溫調節機制，為農業生產提供技術支持。基于智能溫室控制系統的實踐應用，可結合具體的環境而定，適當應用PLC技術的便利性能，以輔助農業生產所需的溫室自動調節作用。

參考文獻

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作者單位

石家莊理工職業學院 河北省石家莊市 050228