溫室環境自動控制參數庫的研究

于海峰

摘要：溫室農業在經歷了數十年的探索和發展之后，其部分技術已經十分成熟，而互聯網應用的不斷普及也成為了上述兩種技術進行互相融合的另一有效助力。目前，國內外諸多農業科研機構已經開始嘗試應用互聯網技術自控溫室系統的研究工作，本文將針對我國農業生產的實際情況展開相關論述。

關鍵詞：模糊控制;LabVIEW;環境因子

引言

傳統控制的主要特征是基于模型的控制。但是，隨著社會的發展和科技的進步，被控對象變得越來越復雜，設計的因素越來越多，這些復雜性都難以用精確的數學模型來描述。除了復雜性之外，往往還存在著某些不確定性，不確定性也難以用精確數學方法加以描述。而模糊控制則能很好地處理這方面的問題。本文介紹一種基于模糊控制理論所歸納出的溫室環境參數自動控制參數庫.

1溫室環境自動控制系統發展歷程

我國互聯網技術在2000年之后開啟了飛躍式的發展，無論是在網絡服務質量還是在互聯網發展技術儲備上都有了長足的進展，其為互聯網技術與溫室自控技術的結合奠定了堅實的基礎。隨著目前互聯網及通訊技術的不斷進步，各類智能手機的普及率已經達到較高的標準，尤其是近年來我國三大移動通訊加大了對于我國農村區域的網絡覆蓋，基本實現了村村通網絡、家家通電話，更是為其推廣提供了有利條件。同時，自控溫室發展所需的各類機械設備如灌溉、探測和環境調節等技術也越來越成熟，設備的穩定性和小型化程度也不斷提升，而自控溫室最為關鍵的PLC控制設備的不斷完善，不僅在設備造價上趨向于經濟性，而且在產品性能上也逐步從單一因素控制向多元素綜合控制方向發展。溫室傳統環境因子主要有空氣和土壤中的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及種植介質中的養分含量，而溫室作為第三次科技革命的產物為人類穩定地獲取各類農產品提供了有利的保障。如何讓一個溫室發揮其應有的功能，其關鍵是如何管理和營造出滿足不同作物生長需求的溫室微環境，早期的溫室僅僅只能在冬季抵御嚴寒和遮風避雨，而通過數十年的發展尤其是近年來各類傳感技術和計算機技術的突飛猛進，使得現代溫室具備了促進作物品質改良和發育的功能，甚至能針對株高、作物成熟期等多對象多過程實現具體的目標控制。

在現代自控溫室發展的初期，由于受到技術條件的限制僅僅能對溫室內某一環節因子進行調節，但在實際生產過程中農戶和專家們發現如對溫室內某一環節因子進行調節，勢必會造成其他某個或數個環境因子也出現相應的波動，在溫室自控系統中必須將溫室綜合環境控制系統進行優化，數個相關的環境因子需要隨著某一因子的改變自動進行相應改變和調整，優化組合創造一個更適合作物生長的環境條件。

目前，溫室自控系統首先通過各種傳感器將溫室內的環境數據進行實時采集，隨后通過數據信號轉換器將信息轉換成計算機能夠識別的編碼，然后利用數據傳輸系統將數據編碼上傳至后臺數據庫進行處理。后臺數據庫則通過已經設定的相關程序對數據新編進行判斷、顯示和貯存，并將測量值與預先設定的警戒值進行比較，一旦發現數據超過一定范圍立即啟動報警機制或直接啟動相關設備進行干預處理。

2模糊控制簡介

模糊控制是以模糊數學為基礎，由模糊集合論、模糊語言以及模糊邏輯組成的計算機控制技術。它屬于一種非線性的智能控制，能夠轉化人的思維和模糊化語言，實現對無法建立精確模型的被控對象的有效控制。

3用LabVIEW設計控制軟件及其仿真

所設計的控制模塊如下圖，利用串聯端口連接傳感器實時監測溫室內的環境參數或者在參數輸入對話框中手工輸入當前的環境參數，系統按照當前的溫室環境參數數值匹配模糊規則，執行相應的執行策略，并向執行機構發出指令驅動執行機構執行動作方案。溫室內環境因子很多，例如二氧化碳氣體濃度、微量元素等，眾多的環境因子共同對農作物產生影響;知識的獲取、模糊規則的獲取也是一大瓶頸，如果弄個將眾多的環境因子作為輸入變量來建立模糊規則，并且將模糊規則進行細分，對溫室自動化控制領域將是一重大突破。

4我國農業溫室環境自控系統發展趨勢

4.1促進農業產業結構優化

在我國目前應用較為廣泛的傳統溫室內，農戶用以監測農田環境及農作物生長情況的方式方法較為有限，千百年都是依靠農戶的經驗，因此農作物在生長期間，一旦溫室內的環境因子發生突變，溫室內的農作物將遭受重大損失。如果能將現今的互聯網技術應用到溫室的設備控制系統中，不但能夠大大減少農戶的作業強度，而且更能提升農戶在溫室單位面積的收益。通過在溫室內大量采用與互聯網直接連接的各式傳感器，并通過設置在云端的數據庫從而實現溫室農業的產業化發展，進而以現代化的互聯網自控溫室為契機轉化農戶為農業產業工人。各種傳感器所收集各種數據和指標，能夠及時地幫助農戶采集溫室內植物生長過程中發生的各種問題信息，逐步將農業生產從以人為主導向以信息和軟件為主導轉變。通過以村集體為單位或以外來資金投資興建或改建現有溫室，從而將目前我國農村的大量剩余勞動力就地或就近轉化為農業產業工人，一舉扭轉長期困擾我國農業發展中因人多地少而導致的勞動力大量流失的現象。筆者通過分析目前互聯網自控溫室的推廣過程，發現限制其推廣的最大問題是溫室系統的造價和日常維護兩項內容。雖然近年來我國的網絡服務商將農村地區的互聯網費用下降了近13，而覆蓋率提高了1倍，但部分邊遠地區由于潛在客戶量較少，相對東部沿海地區農村而言其無論是在覆蓋率還是網絡費用方面都顯得力不從心。為此，在自控溫室的網絡系統上應當選擇“兩條腿”走路，即在選用有線網絡布局的同時采用3G/4G網絡作為系統與云端數據庫互通數據的紐帶，從而充分利用目前已經十分完善的4G手機通訊網絡資源。為了保證各類設備之間數據傳輸的穩定性和及時性，在設備選型時應當統一其數據格式以便于后期管理和應用。自控溫室中除了部分影像數據外，無論是設備控制信息還是溫室內環境數據信息，其大小僅僅只有幾kb，即便是采用已經快要淘汰的3G網絡也能在極短的時間內完成數據的上傳和下載。因此，通過建立布局合理的無線網絡及信號數據傳輸系統能夠在一定程度上擴大互聯網自控溫室的應用區域。

4.2精確化環境因子管控，提倡集約型農業生產模式

長久以來我國農戶勞作主要依靠祖祖輩輩口傳心授的經驗，即便是到了現今社會農用機械設備、農藥和化肥的全面普及，不少農戶仍然對不同植物何時、何地、何種、何量進行灌溉、施肥和施藥等方面知之甚少。而在溫室環境下反季節種植部分經濟作物或進行畜牧業養殖，其傳統的農業生產經驗更加受到外部條件的制約，常常見到農戶為了解溫室內作物生產情況不得不頻繁地進出溫室進行觀察，這在北方地區冬季嚴寒季節極不利于溫室內溫度的保持。

結語

隨著我國現代溫室的規模和用途不斷擴大，如何將設施農業的功效充分發揮出來，進而為國民提供種類豐富、品質優良的農產品也已成為溫室自控系統研發的重要方向。

參考文獻

[1]王怡杰，王濤，蘭潔.基于遺傳算法的模糊邏輯系統的設計[J].模糊系統與數學，2018（5）：78-86.

[2]劉洋，張鋼，韓璐.基于物聯網與云計算服務的農業溫室智能化平臺研究與應用[J].計算機應用研究，2013，30（11）：3331-3335.

[3]王虎.無線傳感器網絡系統在農業中的應用探索[J].農業科技與信息，2016（8）：107.