花卉溫室大棚智能控制系統設計分析

莫莉莉

（廣西欽州農業學校，廣西欽州 530099）

在植物種植過程中，其生長、發育與所處的環境密切相關，在現代農業發展過程中，最重要的就是通過調整植物所處環境的溫度、濕度，來改變植物的生長發育規律，以獲得更多的收益。溫室大棚作為現代農業的重要支柱，也在逐步朝著智能化的方向邁進。在種植花卉的溫室大棚中采用智能控制系統，能夠嚴格控制溫室內的環境條件，根據需求改變花卉的生長規律，為花卉打造最為適宜的環境，促使花卉良好生長，從而實現經濟收益。

1 花卉溫室大棚智能控制系統概述

溫室是用來培植觀賞植物不可或缺的重要設施，花卉的品種不同，對環境溫度、濕度、光照時間及通風程度的要求都各不相同。花卉溫室大棚就是為其提供一個更適合生長的、能夠滿足其各方面條件的密閉型環境，來改變花卉的花期［1］。為了進一步提高溫室大棚的作用和智能化程度，近年來，計算機系統開始應用于溫室的智能控制。智能化的溫室大棚控制系統可以通過對花卉生長需求信息的提前錄入，對溫室大棚隨時進行自動加熱或降溫、增濕及通風工作。這種可以計算機技術為基礎，根據情況隨時對溫室大棚內條件進行調整，實現自動化控制的溫室智能控制系統，是高級技術應用于植物栽培行業的體現。

溫室智能控制系統結合了計算機信息技術、自動控制技術和微電子技術，利用各種類型的傳感器對溫室中各種不同的數據進行采集、分析，并作出預警。溫室的智能控制技術主要依靠溫濕度傳感器來感知溫室大棚內溫度以及濕度的變化，當大棚內的溫濕度超出預定范圍時會向控制終端發出信號，再利用單片機的傳導系統發出警報。

2 花卉溫室大棚控制系統發展概況

溫室大棚是一種可以保護植物在生長過程中不受季節變化和惡劣氣候影響的封閉性場所，為了保證透光性，由便于采光的覆蓋材料為主要結構，可使得植物在低溫環境下健康生長或者是不適合露天栽培的植物順利生長。在花卉種植過程中采用溫室大棚的最終目標是調節花卉的開放時間，而溫室智能控制系統的核心是實現對棚內環境的控制。溫室控制系統大致經歷了3 個發展階段。

2.1 手動控制階段

在溫室技術發展的最初階段，并沒有完全意義上的控制系統，主要依靠有經驗的種植者對溫室的溫濕度和植物的生長狀況進行觀察分析，通過手動調節來實現溫室環境的改變。在這一過程中，種植者是溫室環境系統的核心。富有經驗的種植者對于植物生長狀況的判斷是最直接有效的，是傳統農業生產的基本方式。但是在大規模種植的背景下，手動控制的勞動生產率明顯無法適應農場化的種植需求，而且高素質的種植者數量較少，無法滿足當前的社會需求［2］。

2.2 自動控制階段

隨著計算機技術的不斷發展，自動控制系統逐漸開始應用在溫室大棚控制系統中。在計算機系統中提前錄入在溫室內種植的植物生長所需要的溫度、濕度數據，計算機根據傳感器測量的溫室內的溫度及濕度與預先設定好的范圍進行對比，決定是否需要對相應的構件進行控制，實現加熱、降溫或是通風、增濕的目的。利用計算機系統實現對溫室大棚的控制，標志著溫室控制技術已經實現自動化，監控過程不再依靠人力，提高了勞動效率，適宜在大規模生產的情況下展開應用。但是這種自動化的溫室控制系統依靠的是事先記錄在計算機系統中的具體數據，無法根據植物的實際生長狀況及時調整環境條件，無法進一步通過分析植物的生長規律來實現內在生長調節。

2.3 智能化控制階段

通過長期的生產實踐，對農業種植領域內各類知識、技術和不同生產數據進行收集分析整理，建立了植物生長數據庫，并以此為依據，研發出了一套適用于不同植物生長的溫室智能控制系統。目前，國內常見的大棚溫室智能控制系統都是采用工控機控制或者是采用可編程控制器（PLC）來實現，但這種系統價格較高，無法在溫室大棚使用戶中進行大規模推廣。一套具有推廣價值的智能控制系統，要充分考慮到用戶的經濟能力，在盡可能控制成本的情況下實現勞動生產率的提高［3］。

3 花卉溫室大棚智能控制系統的設計分析

為了提高花卉溫室大棚控制系統的智能化程度，提高生產效率，當務之急是設計一套既能滿足用戶需求，又能節約成本的溫室大棚智能控制系統。針對這一需求，設計開發了利用STC89C58RD 與單片機打造的低成本高效率溫室大棚智能化控制系統。

3.1 方案設計

花卉的生長需要特定的環境，只有濕度、溫度和光照時間都能夠滿足花卉的生長需求，才能保障花卉健康生長并開放。在自然環境中，晝夜更替和四季變換都對花卉的生長極為不利，無法為花卉生長提供穩定的環境。當前的溫室大棚控制系統中的遮陽系統、通風系統、升溫系統、采光系統及增濕系統等，都可以為花卉的生長提供有力支持。如何科學合理地把這些相關設備進行配套運作，需要完善的軟硬件系統。本方案就是嘗試用一般的電子元件來打造一套價格相對較低，但精度高且方便操作的花卉溫室大棚智能控制系統。系統利用單片機對溫室大棚內的溫濕度、光照度等數據進行不間斷測量，并隨時對測量結果進行分析計算，隨之進行調整，主要的控制器除了可以進行數據實時測量分析外，還可以對數據進行儲存。在使用過程中，借助溫室大棚內已經安裝的各類傳感器對棚內的各類環境因素進行檢測，隨后傳輸回主控制器的中央處理中，與系統中預先設定的各類數值進行比較，經過對數據的判斷之后迅速作出反應，對結果進行處理，隨后再將中央處理器處理過的結果反饋至終端控制器，實現對各種環境因素的調節［4］。

3.2 系統的硬件設備構成

整個溫室大棚的智能控制系統使用了模塊化的設計，硬件設備包括各類環境數據采集所需要的傳感器、單片機和控制裝置。傳感器將采集到的具體數據轉換發送到單片機，單片機對數據讀取之后經過對比分析，把要執行的措施命令傳達到終端控制器，實現對環境的調節。

3.3 溫室大棚內設備的構成

除去核心的中央處理器以外，溫室內還需要有各類設備對數據進行采集，最重要的就是傳感器。傳感器負責對各種參數進行采集和傳遞，沒有這些終端設備，就無法繼續下一步工作。一套完整的溫室大棚智能控制系統中有多個傳感器，最基本的溫度傳感器用來探測棚內溫度；濕度傳感器可以調節控制濕度，濕度如果能夠科學合理控制，就能大幅降低各類疫病的發生；光照傳感器能夠感受不同時段大棚內的透光情況；土壤水分傳感器可以檢測土壤某一時段內的含水量。除此之外，還有二氧化碳傳感器，可是隨時對棚內空氣的含氧量進行反饋。

3.4 溫室大棚的軟件系統

溫室大棚的軟件系統由單片機的程序系統和微機的程序系統組成。單片機的功能由三大模塊實現：采集模塊、控制模塊、通訊模塊。采集模塊主要是對各傳感器傳回的溫室大棚內的各類參數信號進行采集，然后經輸入端送回單片機，轉化為數字信號后送到89C58 進行下一步分析處理。控制模塊的控制范圍比較廣，包括溫度控制、濕度控制、光照控制和土壤濕度控制4 部分，根據不同的控制指令來完成各項操作［5］。通訊模塊則是把實時采集的參量上傳到上位機，同時接收上位機傳回的信號，主要作用是實現上位機與單片機的通訊，便于用戶管理。微機的軟件功能由4 部分組成：動態顯示模塊、控制模塊、數據庫模塊和通信模塊，工作原理與單片機類似。

4 結語

我國花卉栽培面積較大，隨著日光溫室生產技術的迅速發展，北方地區甚至是東北地區的溫室大棚應用越來越廣。為了實現資源集約型的高效農業生產方式，溫室大棚的智能控制系統不斷變革，隨著計算機技術、網絡信息技術和智能控制技術的不斷發展，溫室大棚智能控制系統也將不斷創新，進而提高生產效率，增加經濟效益。