現代溫室環境智能控制技術分析

朱迅毅

【摘 要】關于現代溫室環境智能控制技術的研究，我國已經取得了突破性的成果，這一技術在多個領域中得到了廣泛應用，如生物醫學、能源工程、汽車、制造業、室內設施裝備、工業工程等。本文就溫室環境控制技術的發展歷史以及現代溫室環境智能控制技術的問題展開分析。

【關鍵詞】現代溫室環境；智能控制技術；模糊控制系統

我國是一個傳統的農業大國，農業發展過程中存在著很多不利因素，例如人口眾多、土地和水資源缺乏、農產品科技含量低等等。這些問題要想得到解決，就要大力發展現代農業，促進農業的產業化、工廠化和信息化。溫室種植業是現代農業的發展方向之一，而對溫室環境的控制是溫室種植業的關鍵環節。溫室環境控制就是根據植物生長發育的需要，自動控制溫室內的環境條件。現代化的溫室環境智能控制通過傳感器技術、計算機技術以及人工智能技術等自動調節溫室的溫度、濕度、光照等，使農作物在外界不適宜生長的季節，在溫室內獲得更好的生長環境，實現早熟、優質和高產。

1 溫室環境控制技術的發展歷史

我國的溫室環境技術近50年來得到了迅速發展。70年代，政府大力提倡發展塑料大棚、節能日光溫室為主的設施農業，在一定程度上促進農村經濟的發展，使蔬菜的季節性短缺的矛盾逐步緩和。并且從歐美、日本等國家引進了現代化的溫室在我國進行實驗研究。引進的溫室空間較大，更利于進行機械作業，使生產率和資源的利用率進一步提高。但是這些溫室也存在著一些不足，主要表現為：投入資金巨大不適合我國農業生產；我國的氣候條件也不適合；經濟效益較低；軟件的控制模式固定，功能不能擴展。所以我國科研人員也不斷開發適合我國國情的溫室技術，并且取得了很大的進展。1999年，江蘇大學研制出智能溫室環境的控制系統。廣東農機研究所和華南農業大學也對溫室結構以及調控設施的優化進行了研究，并取得了很大成果。

2 溫室環境智能控制技術的發展趨勢

2.1 智能化

隨著傳感技術、計算機技術和自動控制技術的發展，溫室計算機環境控制系統的應用由以前簡單的數據采集處理和監測，變成了現在的知識處理和應用。對軟件系統的開發不斷深入和完善，其中的智能管理系統的應用非常廣闊。近年來神經網絡、遺傳算法、模糊推理等人工智能技術也在溫室的栽培中得到很廣泛的應用。

2.2 網絡化

網絡技術的發展使得設施農業的產業化程度不斷提高，網絡信息技術促進了信息傳播，勞動者可以充分利用網絡為農業發展服務。

2.3 分布式

分布式系統分為上下兩層，上層屬于系統管理，下層用作功能管理。下層是由很多獨立功能單元構成，每個單元負責一部分工作。

2.4 綜合環境調控

為了實現農作物的增產和穩產，綜合環境調控把影響作物生長的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等多種環境參數，調整到適合農作物生長的狀態，并且盡量減少使用環境調節裝置，做到既節能又省工，促進勞動者愉快勞作。

2.5 變動的環境控制系統

作物的生長和發育主要取決于某一段時間的平均溫度，這樣就出現了變動的環境控制系統。這個系統設置的溫度有一個最低和最高的范圍，系統可以根據室外的氣候，使用最低的能耗，充分利用室溫中的現有設備，自動調節室溫，保持室溫在較長時間內的最佳平均溫度。

3 溫室環境的模糊控制系統

這個控制系統由上位機和下位機組成，上位機是由一臺PC機構成，下位機是一臺8031單片機和周圍的電路和存儲器單元組成，上位機和下位機能夠并行工作，增加了系統的可靠性能。

一般的PC機配備串行RS232接口，這樣的接口有很大的缺點：數據傳輸距離短、速度較慢，抗干擾的能力不太強，而串行RS485接口，數據傳輸距離變長，抗干擾能力也增強，所以模糊控制系統采用RS485接口。上下位機要實現通信，必須對RS232和RS485信號進行轉換，需要借助于串行通信轉換器電路。

控制系統的核心是軟件。軟件部分分為上位機軟件和下位機軟件。上位機軟件使用Windows98作為操作平臺，VB6.0編寫；下位機軟件使用匯編語言。下位機軟件若干模塊構成主程序，上位機軟件主要的模塊有：通信模塊、數據庫管理模塊、參數設置模塊和數據實時監測模塊。（介紹過長過細且過時，與主題關聯性不大，應簡略）

溫室環境具有多變量、非線性的特點，用傳統控制方法很難對其控制，也不能建立精確的數學模型。模糊控制系統適應性好，不要求被控對象建立數學模型，所以本控制系統采用模糊控制算法。

4 溫室環境智能控制算法的應用

溫室環境智能控制系統是基于系統軟件和硬件基礎，算法的選擇會直接影響系統性能。最為實用的算法就是PID控制算法，該種算法是根據輸入偏差值，根據積分、微分、比例函數關系，將結果應用在輸出控制中。一般情況下，常規PID控制器參數難以在線調整，抗干擾能力不強，容易出現超調問題，無法滿足現代化溫室的控制需求。基于此，人們開始推廣模糊控制算法，該種算法綜合考慮到了農作物生長情況與溫室內部環境，借助模糊控制理論與模糊數學理論，對溫室環境進行智能控制。根據實驗結果分析模糊控制規則，經歷一系列的過程之后，將參數因子調整至最佳狀態，該種方式有著過渡時間段、超調小、響應速度快的優勢，但是如果系統模糊語言分級增大時，模糊規則數目也會大量增加，影響了整個系統的性能。

總之，現代室溫環境智能控制技術取得了重大的進步，我國在借鑒國外先進技術的基礎上，根據我國國情優先發展成本低、質量優的溫室環境控制系統，本文根據溫室環境，提出了溫室環境模糊控制系統，并從軟件和硬件上加以實現。

【參考文獻】

[1]楊彥偉，王琦蓮，馮志民，賈宇翔.智能溫室大棚控制系統的設計[J].中國新通信，2015（21）.

[2]張麗良，高宏偉，向小林.嵌入式系統中農業大棚環境控制技術的研究[J].沈陽理工大學學報，2016（3）.

[3]王治軍，李浙昆，韓子偉，王遠富，楊濤.基于PLC的溫室智能控制系統研究開發[J].安徽農業科學，2015（23）.

[4]郭鵬意.淺議機電一體化系統中智能控制的應用[J].能源與節能，2017（6）.

[責任編輯：田吉捷]