智能大棚的研究現狀及設計原則

摘要：近年來，隨著社會經濟水平的不斷發展，人們生活水平的提高，反季節水果的需求越來越大。更多的新型科學技術也被運用到種植中，智能大棚的建設為農業發展貢獻了很大的力量，智能大棚的普及非常迅速。基于國外智能大棚的先進理念，智能監測及控制技術可使大棚中的作物始終處于最佳生長環境，保證作物的產量以及質量，實現農業高效生產。

關鍵詞：智能大棚;控制;系統

中圖分類號： ?TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2019.16.061

1 智能大棚研究現狀

將智能控制系統應用到溫室栽培的作物上就是智能大棚的作用，主要采用最先進的生物模擬技術，利用溫度、濕度、CO2、照度傳感器等模擬最適合溫室植物生長的環境。檢測大棚內的數據，數據分析通過微電腦，電腦監控水幕、風扇、遮陽板等棚內設施，改變溫室內的生物生長環境。相比于普通大棚而言，智能大棚智能控制的最大優點是其可以相對不斷地控制溫室內的環境。對于環境要求較高的植物，可以避免因人為因素造成的生產損失。就生產來講，大棚的建設應用了智能控制系統以后，與人工控制的溫室相比，產量和質量都得到了大大提高。當然，大棚的效益根據作物的不同也會存在不同的效果，就運營成本來講，智能大棚的應用為具有一定規模的種植企業提供了便利，節省了企業的用人數量，大大降低了成本，節省下來的資金可以用來對設備進行改進。智能大棚的應用時間越久節省的勞動經費越多，企業的利潤就會越多。智能大棚強大的系統具有很好的擴展性，經營者可以通過較少的編程或外部設備的改進種植不同種類的農作物。

隨著我國現代技術的快速發展，我國農業生產中現代化的智能溫室大棚已經得到了廣泛的認同與普及。智能大棚應用的技術和材料相比于傳統的溫室大棚都有了許多的變化，有更多先進的材料幫助智能大棚做到提高作物產量和質量的作用，例如，利用高分子制作的納米材料，以及多種功能的塑料薄膜。

為了解決過去普通大棚不能很好地調節溫室中作物的生長參數，人們創造出了一種新的生產方式和管理模式，從而更好地管理大棚內的生態環境和提高農作物的產量。這種新型的模式就是智能大棚系統，這個系統給作物提供了更加穩定和適宜的生存環境。傳感器實時檢測溫室中的光照強度、濕度、溫度和氧化碳濃度，并將其傳輸到電腦中進行參考，幫助人們分析。當數據異常時，溫室智能系統會發出警報。人們可以通過對監控數據的分析調節大棚中的數據。調整包括光照強度、灌溉作物、增加CO2濃度和通風等數據內容，并始終觀察作物是否處在最佳的生產環境。智能溫室是在新科技與新材料相結合的基礎上設計的。

在智能大棚的建設以及智能大棚環境監控的方面，國外的技術研究水平一直在我國之上。目前，全世界的科學技術水平發展快速，許多發達國家在農業智能溫室監控方面的技術發展更為快速，已經在智能大棚的建設上使用自動化管理系統并向全智能化的方向發展了。雖然早期的國外溫室監測技術只對溫室內的空氣溫度和濕度，土壤濕度、CO2濃度和光照強度等環境因素進行單一的監測。但是歐洲工業生產相對發達的一些國家確實從很早就開始研發農業溫室監測的技術。荷蘭，美國，加拿大和以色列等工業化國家長期以來一直使用一些數據采集工具來測量溫室中的環境因素。根據溫室作物的環境需求進行收集和控制，可以簡化溫室作物監測的機械化和智能化。

國外智能大棚的建設隨著高科技的不斷發展也得到了更高的發展，其中，應用到的科學技術包括計算機網絡技術，無線通信技術和自動控制技術。在智能溫室監測技術中，美國采用智能溫室網絡監測系統，將環境調控，土壤灌溉和作物施肥相結合。整個系統集成了各種生產控制，并根據溫室中傳感器收集的數據控制溫室。每個執行動作都使智能溫室的控制更有效，并提高了投入產出比。

目前，國外智能溫室內的設施發展良好，制定了一系列規范性指導方針。智能大棚技術在與計算機網絡技術，專家系統技術，現代測控技術和遠程遙感技術之間相互融合方面取得更好的融合，幫助國外智能大棚建設技術更好的發展。

2 智能大棚的設計原則

智能大棚在設計建設過程中有很多需要注意的方面。確保資源消耗和作物產量是基于更高的總體經濟回報的智能控制系統的最佳目標。溫室智能控制的最終目標是最大化經濟效益，因此，智能大棚的控制系統有以下要求：

2.1穩定性和安全性

保證整個作物系統可以在大棚中正常工作。對傳感器模塊的要求要做到保證精度高和穩定性好。保證傳感器可以適應大棚中各種復雜的環境條件。收集到錯誤的數據時，系統可以自動消除錯誤的數據，讓數據的正確性得到保證。

2.2模塊化設計和擴展性

為了滿足智能大棚對環境綜合調控上的嚴格要求，大棚的智能化程度也要做到不斷提升。保證系統的可延展性，利用模塊化的設計理念，將大棚設計為能夠滿足作物更換的要求。

2.3簡單方便的人機交互界面

用戶界面設計簡單，將界面中對設備操作過程的方法簡單化和設備參數設置的通俗易懂，幫助經營者操控智能大棚系統。它可以實時顯示溫室中的環境參數和相關設備狀態，并具有相應的語音提示。

2.4成本低

低成本是任何系統都必須考慮的因素。如何最小化系統操作的需求資金是該系統的要求之一，而且在不影響系統正常運行的前提下。在滿足功能的前提下，選擇既實用成本又低的組件，在電路的設計上要保證設計程度盡可能簡單。

3 結語

農業設施是衡量現代農業發展的重要標志。農業設施的發展是發展農業現代化的首要任務。大棚是設施農業的重要組成部分。溫室環境參數的智能調節是溫室技術的關鍵。所以，建設智能大棚是時代進步的必然選擇。

作者簡介：劉顯忠，碩士，副教授，研究方向：電氣工程。