淺談溫室農業關鍵環境參數的控制

黎龍卓

摘 要：近年來，我國農業經濟的快速發展，溫室在農業生產中起到了關鍵作用，為了抵御惡劣的自然環境，保證作物快速生長，對溫室進行智能化監控是一種重要的技術手段。本文設計了一套智能溫室環境無線監控系統，實現了對溫室溫度、濕度、光照強度和 CO2濃度4個參數的高效監控。由于比傳統的有線監控網絡更加簡潔高效，本文的研究具有廣闊的市場前景。

關鍵詞：智能監控；溫室環境；無線網絡

文章編號：1004-7026（2018）12-0090-02 中國圖書分類號：S625 文獻標志碼：A

溫室是重要的農業生產設施，由于溫室內的環境更適合作物生長，因而被農業生產領域廣泛應用。溫室必須要抵抗自然界的各種型業務環境，因而就涉及到對溫室的監控問題。溫室的監控水平是農業自動化的重要體現。隨著溫室規模的進一步擴大，人們對作物產量和長勢要求的提高，溫室控制變得越來越困難。如果溫室環境不能滿足作物生長要求，將會嚴重影響作物的生長，帶來不可估量的經濟損失。

1 溫室控制技術現狀

我國在農業設施方面的研究起步較晚，約在20世紀七十年代才開始有學者關注[1]。目前已經歷了近半個世紀的探索，有了很大的成就，但在信息技術高度發達的今天，我國現在的農業設施仍然不能滿足農業現代化的發展要求，有許多技術難題需要解決。我國地域寬廣，環境條件差異巨大，而各地對農產品的需求卻越來越多元化，因此發展了溫室技術進行作物種植。

隨著科技的發展，我國農業現代化水平日益提高，許多先進的科學技術開始應用到溫室環境的控制中來，農業種植不再是傳統的自然大棚方式，而是根據農作物對環境的需求，有針對性地按需求對溫室內的環境進行控制，保證生產效率的提高[3]。從目前溫室控制技術的發展現狀來看，溫度是是溫室控制的重要參數，因為作物的生長要求環境溫度長期處于比較適宜的狀態。因此有人提出，只需要將溫度控制在一個很小的變化范圍內而無需硬件反復動作，因而可以減少能源消耗。近年來，有學者提出將計算機控制系統引入到溫室大棚的控制領域中來，以抵抗自然環境的不利影響，只要把控制參數事先輸入到系統中，就可以實現按該參數對環境參數進行控制[4]。隨著溫室控制技術的進一步發展，在不久的將來還能夠對病蟲害進行檢測和預測，使溫室內的作物不但生長在適宜的環境中，更是直接避免了害蟲侵擾。盡管現在的溫室控制系統已能夠較輕易實現，但其性能還有極大的發展空間，因為溫室監控系統采集的是是環境溫度，與作物本身真實的環境要求還有一定的誤差[5]。另外，考慮到溫室環境的控制策略與外部環境有很大關系，因此可以將天氣預報與溫室控制系統進行聯網，實現溫室控制的更智能化，避免極端天氣對溫室環境的擾亂，把環境對作物生長的影響減至最小。

2 溫室控制的參數及要求

對溫室的環境參數進行精確控制，一直是農業信息化的關鍵技術。由于作物對環境的要求是動態的，因而溫室控制系統的設計也應具有一定的靈活性，可以滿足作物生長環境的動態變化。環境中的光合作用、蒸騰作用、呼吸作用等都直接影響著作物的生長效率，另一方面，環境參數之間相互聯系的，因此溫室控制要同時考慮到環境因素之間的內在關系，才能實現精確的環境控制。大量農業種植生產經驗表明，在眾多環境因素中，溫度、濕度、光照強度和 CO2濃度4個參數對作物的生長起著關鍵性的控制作用，因此本文將重點研究這4個因素的控制。

2.1溫度的控制

溫度作為植物生長的最關鍵因素之一，直接影響著作物的生長效率和存活率，作物的生理活動與環境溫度息息相關，因而溫度成為溫室控制系統的首要因素。實際上，溫度是通過影響酶的活性來影響作物生理活動的。本系將實現對溫室內溫度的最大值、最小值、平均值和最佳值進行動態控制，以滿足不同地區溫室控制的需求。

2.2 濕度的控制

濕度與空氣中的水分有關。水作為生命基本物質，在作物的光合作用中起到了關鍵的作用，沒有水就沒有生命。因此濕度的控制極其重要。本文將同時考慮空間的濕度和土壤的濕度，對溫室內的濕度進行全方位控制。實際上，作物對濕度的要求并不嚴格，也就是濕度可以比較大的范圍進行波動，不會對作物產生明顯的影響。因此本文采用了廉價的控制模塊即可滿足濕度的控制要求，以節省開發成本。根據農業生產經驗和生物學理論，本系統將白天的溫室濕度控制在80%以下，如果溫度較高則控制在85%，以實現最佳的生產效率。

2.3 光照強度的控制

光是作物光合作用的能量來源，因此光照的控制非常重要。本文主要考慮對光照強度、光質和光照時間三個光學參量進行控制。由于溫室往往與外界環境只有一層薄膜，因此不同的外部條件對溫室光照條件的影響不同，在多云和陰天的條件下對光線進行補償，在盛夏的正午進行恰當的遮光，保證光照處于最佳狀態。

2.4 CO2濃度的控制

CO2是光合作用的重要原料，同時植物活動也會釋放CO2，因此必須對CO2的濃度進行控制，使其保持在一個平衡狀態。不同的時間段對CO2的濃度要求是不一樣的，必須符合作物的生理特征，動態控制CO2的濃度。根據農業生產經驗，本文的控制策略是，在日出后 1小時開始施放CO2，持續2小時，結束施放后，至少隔1小時才能進行通風，保證作物生長需要。

3 溫室控制系統設計

本文根據對溫室種植的環境要求進行調研發現，溫室的環境控制主要涉及到兩方面的內容，即環境的監測與環境的控制。這兩個方面是相輔相成的，環境監測是環境控制的依據，環境控制是環境監測的目標。

從數據看出，本系統主要分為溫室環境采集部分和控制部分，采集的參數包括溫度、濕度、光照強度、CO2濃度4個關鍵環境量。只要對這4個關鍵參數進行嚴格控制，基本上就能夠保證溫室環境保持在適宜作物生產的狀態?？刂撇糠钟梢幌盗袌绦袡C構組成，包括卷簾裝置、供暖裝置、噴灑裝置、通風裝置、風機、灌溉裝置、指示燈等等，當溫室內的環境與預測值產生偏差時，控制中心對對環境參數的采集會及時發現，并通過控制器向執行機構發送控制指令，使相應的執行機構動作，完成環境的控制。例如，隨著夜晚的到來，溫室內的環境會慢慢下降，此時采集系統將數據發送到控制中心進行處理，發現溫度比預設的值低，此時會向供暖裝置發送一條開啟指令，使供暖裝置工作，溫室環境會慢慢上升，直到回升至預設值，控制中心檢測到當前溫度已恢復正常，再次向供暖裝置發一條停止指令，使其停止工作。這樣一來，溫室內的溫度就可以始終保持在固定的范圍內，為作物提供最佳環境溫度。這就是本系統的創新之處。

結束語

隨著農業經濟的發展，溫室的智能監控也會受到越來越多的重視，通過對實現溫室監控系統的智能化設計將是一種重要的發展趨勢。隨著控制技術的發展，除了本文研究的4個關鍵參數之外，更多的環境參數也將考慮進來，實現對溫室環境的全方位控制。因此本文的研究具有重要的市場前景。

參考文獻：

[1]邱增帥.溫室大棚的環境參數控制[D].沈陽工業大學，2013.

[2]吳小偉，史志中，鐘志堂，武文娟，張璐，丁莉，崔軍.國內溫室環境在線控制系統的研究進展[J].農機化研究，2013，35（04）：1-7+18.

[3]張得龍.基于物聯網技術的智慧溫室監控系統的研究與設計[J].科學技術創新，2016（15）：12-12.