溫室大棚集中供暖自動監控系統設計與實現

徐瑞麗+孫銀生

摘要：針對我國北方寒冷地區溫室大棚保溫差和抵御嚴寒能力弱的問題，設計了溫室大棚集中供暖系統：熱力站根據棚內溫度和外界氣候的變化，通過控制水溫和循環水泵的工作狀態，實現了對整個棚區的溫度調節。同時，為了提高棚內自身溫度的調節能力，又設計了供暖自動監控系統：溫室大棚內的監控節點通過傳感器DS18B20采集棚內的溫度，再通過nRF2401無線模塊發送到棚內管理終端；管理終端根據作物的生長需要，控制風機和熱水管道進水調節閥，實現了溫室大棚獨立的溫度調節。通過對6個大棚進行24 h的恒溫（20.5 ℃）試驗，測得全天平均溫度為 20.67 ℃，表明系統能夠實現棚內溫度的自動調節，適應晝夜溫差較大和極寒天氣，對農業智能化和現代化具有重要意義。

關鍵詞：溫室大棚；供熱系統；溫度采集；集中監測；自動控制

中圖分類號： TP277.2；S625.3文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）06-0389-03

收稿日期：2014-01-20

基金資助：國家自然科學基金面上項目（編號：61374128）；國家自然科學基金（編號：61104022）。

作者簡介：徐瑞麗（1975—），女，河南鄧州人，碩士，講師，主要研究方向為電氣與自動化控制。E-mail：xuruili75@126.com。溫室大棚的蓬勃發展豐富了人們的菜籃子，尤其是對于生活在我國北方的人們來說，能夠在嚴寒的冬季吃上各式各樣的新鮮蔬菜[1]。在國家政策的鼓勵下，越來越多的農民和企業從事溫室大棚蔬菜的種植和管理，很多地區都已形成了相當的規模。眾所周知，溫室大棚的溫度很難控制，尤其是在我國北方高緯度省份，如遼寧省、吉林省和黑龍江省等冬季嚴寒地區，普通的溫室大棚單純靠保溫無法為蔬菜提供適宜的生長環境，遇到暴雪或者連續陰天等極寒天氣，氣溫有可能驟降到-40～-30 ℃，大棚保溫措施無法抵御嚴寒，會導致棚內作物無法正常生長，甚至大面積死亡[2-3]。有些大棚會采用生爐火加溫的方式來抵御嚴寒天氣，這種方式雖然簡單，但爐火周圍容易局部溫度過高，產生過多的二氧化碳，熱量損耗大、成本高，耗時耗力，且不容易控制溫度。本研究針對目前已成規模的溫室大棚群，借鑒小區集中供暖的方式，設計了溫室大棚集中供暖自動監控系統，根據溫室大棚內的溫度，熱力站自動控制水溫和熱水的循環速度，能夠更加合理地利用煤炭資源，也為農戶大大攤薄了管理成本。同時，溫室大棚自身根據作物對最適生長溫度的需要，可通過供熱管道調節閥和換氣風機設施進行自我溫度調節，使大棚內的溫度更加均勻，其中換氣風機設施還可以帶走棚內過多的水蒸氣和氧氣，補充二氧化碳，更利于作物的生長。

1暖通與自動監控系統設計

1.1暖通系統

針對已成規模的溫室大棚種植基地，為了能夠分攤成本和提高管理質量，設計了溫室大棚集中供暖系統，系統主要由熱力站、循環水泵、熱力管道、散熱管道、散熱片、管道開關調節閥和風機設施等單元組成（圖1）。每個溫室大棚有3組散熱片、1個開關調節閥和2臺風機[4]。考慮到系統的整體供熱需求，增加了循環泵，當溫室大棚溫度普遍偏低的時候，可增大循環泵的轉速，使熱水更加迅速地傳送到每個溫室大棚內；同時，為了實現每個溫室大棚的溫度獨立調節功能，系統采用了供熱管道的并聯方式，在每個大棚散熱管道入口處有1個開關控制閥，通過調節控制閥可以控制流入的熱水量，從而獨立調節溫室大棚的溫度，而且管道并聯的方式能夠避免由于某一個故障點（泄露或者堵塞）而造成整個供暖系統的癱瘓。

即便使用散熱片的方式，也難免會使大棚內的溫度冷熱不均，非常不適宜作物的生長。因此，系統還設計了1個進風風機和1個排風風機，啟動后能夠加速大棚內的空氣流動，使每個角落的溫度更加均勻；同時，也能夠帶走作物光合作用產生的氧氣和水蒸氣，補充二氧化碳，更利于作物的生長。

1.2自動監控系統

目前有些熱力站運行管理仍處于手工操作階段，工作人員以到現場測溫的方式收集大棚內溫度，然后指導供暖鍋爐的燃燒控制，但這種方式效率低且數據不完整，影響了集中供熱優越性的充分發揮，經常造成棚內忽冷忽熱，使供熱參數未能在最佳工況下運行，供熱量與需熱量不匹配，難以實現量化管理。為了確保供熱管網經濟運行，并實現熱網現代化管理水平，設計了溫室大棚供暖的自動監控系統，主要由熱力站監控中心、溫室大棚前端設備和傳輸網絡3個部分組成，前端設備主要由大棚管理終端和監控節點組成，自動監控系統總體結構如圖2所示。

監控節點按照一定的規則和需求部署在溫室大棚內，負責采集大棚內的溫度，并通過2.4 G無線網絡發送到溫室大棚管理終端進行處理，實時獲取整個供熱系統的運行工況，也能控制調節閥和風機的狀態；溫室大棚管理終端與熱力站工控機通過CAN總線相連。熱力站工控機上運行著專業設計的管理軟件，負責收集各溫室大棚內的溫度信息，并實時直觀集中地顯示在監視器上，根據從現場監測到的溫度參數調節換熱站運行工況；同時，將數據存入數據庫以便進行歷史查詢使用，也能完成歷史曲線分析、歷史報表統計和自動報警等功能[5]。如果天氣驟然變冷使棚內的溫度普遍降低，管理軟件

會接收到來自溫室大棚管理終端的報警信號，通過自動控制增加鍋爐的水溫和循環水泵的轉速，以提高整體溫室大棚群內的溫度到合適的水平；當天氣轉暖時，會根據監控管理軟件反映的實時數據，適當降低供水溫度和輸出流量，從而保證整個供暖系統的穩定運行，也達到了節能減排的目標。

2前端設備構成與工作原理

系統中的前端設備——溫室大棚管理終端和監控節點共用同一個硬件平臺設計，都采用控制器C8051F020作為核心，只是在其擴展接口上添加相應的功能模塊，并編寫程序[6]。

2.1監控節點硬件設計

硬件平臺主要由控制器C8051F020、2個溫度傳感器DS18B20、固態FLASH、2.4G無線模塊nRF2401、LED顯示屏、風機控制接口和電源管理單元組成（圖3）。

在每個溫室大棚的部署4個監控節點，主要負責利用溫度傳感器DS18B20采集棚內溫度。為了避免氣流不確定因素的影響，采用雙傳感器的方案，將2個傳感器的輸出平均值，實時顯示在LED顯示屏上，再通過2.4 G無線模塊nRF2401發送到溫室大棚管理終端。當通信鏈路中斷時，固態FLASH會在本地保存測得的溫度數據，當通信恢復正常時再將存在本地的數據自動上傳，保證溫室大棚管理終端對每個節點數據的完整性；同時，溫室大棚管理終端根據棚內的溫度和預期溫度，可向監控節點發送控制風機運行的指令，加速氣體流動，使溫度更加均衡，調節棚內溫度到預期值。

2.2溫室大棚管理終端硬件設計

溫室大棚管理終端主要由控制器C8051F020、LED顯示屏、管道開關自動調節閥、2.4 G無線模塊nRF2401、CAN總線控制器和電源管理單元等組成（圖4）。

溫室大棚管理終端硬件是監控節點與熱力站通信的紐帶， 主要負責通過nRF2401通信模塊接收各監控節點上傳的

溫度數據并進行處理，為控制棚內溫度設備運轉提供決策。當接收到4個監控節點的溫度數據偏差不大時，表明棚內溫度比較均衡，取4個點的溫度均值即可反映出整個棚內的溫度狀態；當這4個點的溫度有較大偏差時，說明此時棚內空氣流通較差，導致棚內溫度不均，此時會自動向監控節點發送控制風機轉動指令，同時啟動報警裝置，直到4個監測節點的溫度達到預期的均衡范圍；當監測到棚內的溫度過高或者過低時（超出預設的溫度范圍），也會啟動報警裝置，管理終端自動控制從熱力站過來的熱水的管道開關調節閥，控制熱水進入量（減小或者增大），使棚內的溫度迅速向預設的溫度值靠近，同時不斷監測棚內的溫度，直到在適宜作物生長的范圍內。

溫室大棚管理終端與熱力站的工控機通過CAN總線連接，將經過處理的溫度數據連同管理終端自身的ID進行打包并定時上傳到熱力站工控機，為熱力站的供熱提供數據依據，從而給整個溫室大棚群制定出更加合理的供熱策略。

3熱力站管理與試驗結果

熱力站部署1臺工控機，并配置了CAN采集卡（PCICAND），與各溫室大棚的管理終端通過CAN總線連接進行數據通信，并開發了專業的管理軟件。在熱力站就可以直觀地看到各溫室大棚的溫度狀態，并可控制水溫和管道內的水流速度，調節整個溫室大棚群的溫度。

PCICAND是一種PCI總線板卡，符合CAN總線的通訊協議，并兼容CAN2.0A、CAN2.0B協議，同時也符合ISO11898的規范，利用了光電隔離技術，使隔離電壓達到了 1 000 V，由于其同步工作頻率可達33 MHz，高傳輸速率可達132 Mbps，在不加中繼的情況下，傳輸距離最長為10 km，每路可連接110個CAN總線節點，完全滿足本系統的需要[7]。

3.1工控機管理軟件

運行在工控機上的管理軟件采用C++Builder設計，通過調用CAN采集卡提供的集成動態庫（DLL）里的接口函數，實現對來自各溫室大棚管理終端數據的接收和質量的發送等操作。利用SQL 2000作為數據庫進行數據存儲，該軟件具有系統管理、數據管理、顯示、統計分析、日志、報表打印、報警單元和控制接口等多個模塊[8]。

通過熱力站管理軟件實時獲取供暖質量數據，并對供暖質量作出及時評估，為換熱站供熱控制系統提供準確及時的溫度信息，使供熱控制系統作出正確的判斷，修正給定參數，使溫室大棚內的溫度穩定在良好的范圍，同時可以有效提高供熱系統效率，達到節能減排的目的，降低運營成本[9]。

3.2驗證試驗及分析

冬季晝夜溫差較大，為了驗證整個系統的工作性能和對溫度的調節能力，從溫室大棚群里選取了6個大棚作為抽樣參考，進行了24 h的恒溫試驗，并對這6個大棚的溫度變化趨勢進行了記錄。其中恒溫設置為20.5 ℃（允許變化范圍為 20～21 ℃），每3 h記錄1次數據，8個時間的溫度如表1所示。表16個大棚的溫度測量結果

溫室大棚編號8個時間的溫度（℃）00：0003：0006：0009：0012：0015：0018：0021：00全天平均1#19.9019.7020.0020.6020.9021.2020.7020.2020.402#20.4021.0020.4020.9021.4021.6021.0020.6020.913#20.1019.9020.3020.8021.1021.3021.0020.3020.604#20.5021.2020.4021.1021.5021.8021.2020.6021.045#19.819.7019.9020.5020.8021.1020.5020.0020.296#20.3020.9020.4020.8021.3021.5020.8020.7020.77平均20.1720.4020.2320.7821.1421.4220.8720.4020.67

從表1中可以看出，6個抽樣大棚24 h內的平均溫度為20.67 ℃，在允許的20～21 ℃范圍之內；雖然夜間氣溫較低，但是通過熱力站的自動調節，棚內的溫度僅略微低于白天；另外，在12：00—15：00，由于日照的作用，棚內溫度有小幅升高，但是通過溫室大棚內的管理終端控制風機運行進行通風調節后，溫度又回到了預期范圍。試驗結果表明，該系統具有極強的溫度自動調節能力，對農業智能化和現代化具有重要意義。

4結論

本研究設計的溫室大棚集中供暖系統能夠通過控制水溫和循環速度調節整個棚區的溫度。該集中供暖自動監控系統采用了三級管理結構，監控節點與大棚管理終端之間采用 2.4 G 無線通信，避免了大面積的布線，并且可靈活放置于棚

內的任何位置；大棚管理終端與熱力站之間采用CAN總線通信，實時提供溫度數據，作為調節溫度的依據，實現了分布式溫度監測點的集中管理；采用控制棚內風機和熱水管道調節閥方法，實現了大棚自身的獨立溫度控制，為作物生長提供了精準的溫度環境。通過對6個抽樣大棚進行24 h的恒溫試驗表明，即便在晝夜溫差較大的情況下也能控制棚內的溫度在 20～21 ℃ 之間，有效解決了傳統粗放式的供熱方式帶來的弊端，分攤了管理成本，也達到了節能減排的目標。

參考文獻：

[1]劉力，鮑安紅，曹樹星，等. 溫室大棚內環境自動化控制方案設計[J]. 農機化研究，2013，35（1）：90-93.

[2]陳教料，胥芳，張立彬，等. 基于熱平衡模型的溫室地表水源熱泵系統供暖設計與試驗[J]. 農業工程學報，2011，27（11）：227-231.

[3]謝小芳，黃俊，譚成宇. 基于RFID的電力溫度監控系統的軟件分析與設計[J]. 電子技術應用，2013，39（1）：23-26.

[4]袁艷平，馬國川，雷波，等. 夏季最熱月鐵路隧道內空氣溫度預測用外界計算溫度的選擇[J]. 暖通空調，2012，42（12）：98-102.

[5]袁志強. 基于ZigBee技術的溫室大棚無線監控系統設計[J]. 江蘇農業科學，2012，40（11）：396-397.

[6]貝偉仰，江虹. 基于紅外測溫的無線溫度監測系統的研究[J]. 計算機測量與控制，2011，19（10）：2397-2400.

[7]董曉明，梁軍，韓學山，等. 計及輸電線路溫度變化的連續潮流模型與計算[J]. 電力系統保護與控制，2012，40（23）：36-41.

[8]程曼，袁洪波，高立艾. 基于太陽能供電的溫室無線傳感器網絡精量監測系統[J]. 廣東農業科學，2013，40（3）：179-181.

[9]蔡志端，毛建華，王培良. 基于模糊免疫自適應PID的工業電爐多點溫度協調控制[J]. 制造業自動化，2013，35（1）：40-43.

在每個溫室大棚的部署4個監控節點，主要負責利用溫度傳感器DS18B20采集棚內溫度。為了避免氣流不確定因素的影響，采用雙傳感器的方案，將2個傳感器的輸出平均值，實時顯示在LED顯示屏上，再通過2.4 G無線模塊nRF2401發送到溫室大棚管理終端。當通信鏈路中斷時，固態FLASH會在本地保存測得的溫度數據，當通信恢復正常時再將存在本地的數據自動上傳，保證溫室大棚管理終端對每個節點數據的完整性；同時，溫室大棚管理終端根據棚內的溫度和預期溫度，可向監控節點發送控制風機運行的指令，加速氣體流動，使溫度更加均衡，調節棚內溫度到預期值。

2.2溫室大棚管理終端硬件設計

溫室大棚管理終端主要由控制器C8051F020、LED顯示屏、管道開關自動調節閥、2.4 G無線模塊nRF2401、CAN總線控制器和電源管理單元等組成（圖4）。

溫室大棚管理終端硬件是監控節點與熱力站通信的紐帶， 主要負責通過nRF2401通信模塊接收各監控節點上傳的

溫度數據并進行處理，為控制棚內溫度設備運轉提供決策。當接收到4個監控節點的溫度數據偏差不大時，表明棚內溫度比較均衡，取4個點的溫度均值即可反映出整個棚內的溫度狀態；當這4個點的溫度有較大偏差時，說明此時棚內空氣流通較差，導致棚內溫度不均，此時會自動向監控節點發送控制風機轉動指令，同時啟動報警裝置，直到4個監測節點的溫度達到預期的均衡范圍；當監測到棚內的溫度過高或者過低時（超出預設的溫度范圍），也會啟動報警裝置，管理終端自動控制從熱力站過來的熱水的管道開關調節閥，控制熱水進入量（減小或者增大），使棚內的溫度迅速向預設的溫度值靠近，同時不斷監測棚內的溫度，直到在適宜作物生長的范圍內。

溫室大棚管理終端與熱力站的工控機通過CAN總線連接，將經過處理的溫度數據連同管理終端自身的ID進行打包并定時上傳到熱力站工控機，為熱力站的供熱提供數據依據，從而給整個溫室大棚群制定出更加合理的供熱策略。

3熱力站管理與試驗結果

熱力站部署1臺工控機，并配置了CAN采集卡（PCICAND），與各溫室大棚的管理終端通過CAN總線連接進行數據通信，并開發了專業的管理軟件。在熱力站就可以直觀地看到各溫室大棚的溫度狀態，并可控制水溫和管道內的水流速度，調節整個溫室大棚群的溫度。

PCICAND是一種PCI總線板卡，符合CAN總線的通訊協議，并兼容CAN2.0A、CAN2.0B協議，同時也符合ISO11898的規范，利用了光電隔離技術，使隔離電壓達到了 1 000 V，由于其同步工作頻率可達33 MHz，高傳輸速率可達132 Mbps，在不加中繼的情況下，傳輸距離最長為10 km，每路可連接110個CAN總線節點，完全滿足本系統的需要[7]。

3.1工控機管理軟件

運行在工控機上的管理軟件采用C++Builder設計，通過調用CAN采集卡提供的集成動態庫（DLL）里的接口函數，實現對來自各溫室大棚管理終端數據的接收和質量的發送等操作。利用SQL 2000作為數據庫進行數據存儲，該軟件具有系統管理、數據管理、顯示、統計分析、日志、報表打印、報警單元和控制接口等多個模塊[8]。

通過熱力站管理軟件實時獲取供暖質量數據，并對供暖質量作出及時評估，為換熱站供熱控制系統提供準確及時的溫度信息，使供熱控制系統作出正確的判斷，修正給定參數，使溫室大棚內的溫度穩定在良好的范圍，同時可以有效提高供熱系統效率，達到節能減排的目的，降低運營成本[9]。

3.2驗證試驗及分析

冬季晝夜溫差較大，為了驗證整個系統的工作性能和對溫度的調節能力，從溫室大棚群里選取了6個大棚作為抽樣參考，進行了24 h的恒溫試驗，并對這6個大棚的溫度變化趨勢進行了記錄。其中恒溫設置為20.5 ℃（允許變化范圍為 20～21 ℃），每3 h記錄1次數據，8個時間的溫度如表1所示。表16個大棚的溫度測量結果

溫室大棚編號8個時間的溫度（℃）00：0003：0006：0009：0012：0015：0018：0021：00全天平均1#19.9019.7020.0020.6020.9021.2020.7020.2020.402#20.4021.0020.4020.9021.4021.6021.0020.6020.913#20.1019.9020.3020.8021.1021.3021.0020.3020.604#20.5021.2020.4021.1021.5021.8021.2020.6021.045#19.819.7019.9020.5020.8021.1020.5020.0020.296#20.3020.9020.4020.8021.3021.5020.8020.7020.77平均20.1720.4020.2320.7821.1421.4220.8720.4020.67

從表1中可以看出，6個抽樣大棚24 h內的平均溫度為20.67 ℃，在允許的20～21 ℃范圍之內；雖然夜間氣溫較低，但是通過熱力站的自動調節，棚內的溫度僅略微低于白天；另外，在12：00—15：00，由于日照的作用，棚內溫度有小幅升高，但是通過溫室大棚內的管理終端控制風機運行進行通風調節后，溫度又回到了預期范圍。試驗結果表明，該系統具有極強的溫度自動調節能力，對農業智能化和現代化具有重要意義。

4結論

本研究設計的溫室大棚集中供暖系統能夠通過控制水溫和循環速度調節整個棚區的溫度。該集中供暖自動監控系統采用了三級管理結構，監控節點與大棚管理終端之間采用 2.4 G 無線通信，避免了大面積的布線，并且可靈活放置于棚

內的任何位置；大棚管理終端與熱力站之間采用CAN總線通信，實時提供溫度數據，作為調節溫度的依據，實現了分布式溫度監測點的集中管理；采用控制棚內風機和熱水管道調節閥方法，實現了大棚自身的獨立溫度控制，為作物生長提供了精準的溫度環境。通過對6個抽樣大棚進行24 h的恒溫試驗表明，即便在晝夜溫差較大的情況下也能控制棚內的溫度在 20～21 ℃ 之間，有效解決了傳統粗放式的供熱方式帶來的弊端，分攤了管理成本，也達到了節能減排的目標。

參考文獻：

[1]劉力，鮑安紅，曹樹星，等. 溫室大棚內環境自動化控制方案設計[J]. 農機化研究，2013，35（1）：90-93.

[2]陳教料，胥芳，張立彬，等. 基于熱平衡模型的溫室地表水源熱泵系統供暖設計與試驗[J]. 農業工程學報，2011，27（11）：227-231.

[3]謝小芳，黃俊，譚成宇. 基于RFID的電力溫度監控系統的軟件分析與設計[J]. 電子技術應用，2013，39（1）：23-26.

[4]袁艷平，馬國川，雷波，等. 夏季最熱月鐵路隧道內空氣溫度預測用外界計算溫度的選擇[J]. 暖通空調，2012，42（12）：98-102.

[5]袁志強. 基于ZigBee技術的溫室大棚無線監控系統設計[J]. 江蘇農業科學，2012，40（11）：396-397.

[6]貝偉仰，江虹. 基于紅外測溫的無線溫度監測系統的研究[J]. 計算機測量與控制，2011，19（10）：2397-2400.

[7]董曉明，梁軍，韓學山，等. 計及輸電線路溫度變化的連續潮流模型與計算[J]. 電力系統保護與控制，2012，40（23）：36-41.

[8]程曼，袁洪波，高立艾. 基于太陽能供電的溫室無線傳感器網絡精量監測系統[J]. 廣東農業科學，2013，40（3）：179-181.

[9]蔡志端，毛建華，王培良. 基于模糊免疫自適應PID的工業電爐多點溫度協調控制[J]. 制造業自動化，2013，35（1）：40-43.

在每個溫室大棚的部署4個監控節點，主要負責利用溫度傳感器DS18B20采集棚內溫度。為了避免氣流不確定因素的影響，采用雙傳感器的方案，將2個傳感器的輸出平均值，實時顯示在LED顯示屏上，再通過2.4 G無線模塊nRF2401發送到溫室大棚管理終端。當通信鏈路中斷時，固態FLASH會在本地保存測得的溫度數據，當通信恢復正常時再將存在本地的數據自動上傳，保證溫室大棚管理終端對每個節點數據的完整性；同時，溫室大棚管理終端根據棚內的溫度和預期溫度，可向監控節點發送控制風機運行的指令，加速氣體流動，使溫度更加均衡，調節棚內溫度到預期值。

2.2溫室大棚管理終端硬件設計

溫室大棚管理終端主要由控制器C8051F020、LED顯示屏、管道開關自動調節閥、2.4 G無線模塊nRF2401、CAN總線控制器和電源管理單元等組成（圖4）。

溫室大棚管理終端硬件是監控節點與熱力站通信的紐帶， 主要負責通過nRF2401通信模塊接收各監控節點上傳的

溫度數據并進行處理，為控制棚內溫度設備運轉提供決策。當接收到4個監控節點的溫度數據偏差不大時，表明棚內溫度比較均衡，取4個點的溫度均值即可反映出整個棚內的溫度狀態；當這4個點的溫度有較大偏差時，說明此時棚內空氣流通較差，導致棚內溫度不均，此時會自動向監控節點發送控制風機轉動指令，同時啟動報警裝置，直到4個監測節點的溫度達到預期的均衡范圍；當監測到棚內的溫度過高或者過低時（超出預設的溫度范圍），也會啟動報警裝置，管理終端自動控制從熱力站過來的熱水的管道開關調節閥，控制熱水進入量（減小或者增大），使棚內的溫度迅速向預設的溫度值靠近，同時不斷監測棚內的溫度，直到在適宜作物生長的范圍內。

溫室大棚管理終端與熱力站的工控機通過CAN總線連接，將經過處理的溫度數據連同管理終端自身的ID進行打包并定時上傳到熱力站工控機，為熱力站的供熱提供數據依據，從而給整個溫室大棚群制定出更加合理的供熱策略。

3熱力站管理與試驗結果

熱力站部署1臺工控機，并配置了CAN采集卡（PCICAND），與各溫室大棚的管理終端通過CAN總線連接進行數據通信，并開發了專業的管理軟件。在熱力站就可以直觀地看到各溫室大棚的溫度狀態，并可控制水溫和管道內的水流速度，調節整個溫室大棚群的溫度。

PCICAND是一種PCI總線板卡，符合CAN總線的通訊協議，并兼容CAN2.0A、CAN2.0B協議，同時也符合ISO11898的規范，利用了光電隔離技術，使隔離電壓達到了 1 000 V，由于其同步工作頻率可達33 MHz，高傳輸速率可達132 Mbps，在不加中繼的情況下，傳輸距離最長為10 km，每路可連接110個CAN總線節點，完全滿足本系統的需要[7]。

3.1工控機管理軟件

運行在工控機上的管理軟件采用C++Builder設計，通過調用CAN采集卡提供的集成動態庫（DLL）里的接口函數，實現對來自各溫室大棚管理終端數據的接收和質量的發送等操作。利用SQL 2000作為數據庫進行數據存儲，該軟件具有系統管理、數據管理、顯示、統計分析、日志、報表打印、報警單元和控制接口等多個模塊[8]。

通過熱力站管理軟件實時獲取供暖質量數據，并對供暖質量作出及時評估，為換熱站供熱控制系統提供準確及時的溫度信息，使供熱控制系統作出正確的判斷，修正給定參數，使溫室大棚內的溫度穩定在良好的范圍，同時可以有效提高供熱系統效率，達到節能減排的目的，降低運營成本[9]。

3.2驗證試驗及分析

冬季晝夜溫差較大，為了驗證整個系統的工作性能和對溫度的調節能力，從溫室大棚群里選取了6個大棚作為抽樣參考，進行了24 h的恒溫試驗，并對這6個大棚的溫度變化趨勢進行了記錄。其中恒溫設置為20.5 ℃（允許變化范圍為 20～21 ℃），每3 h記錄1次數據，8個時間的溫度如表1所示。表16個大棚的溫度測量結果

溫室大棚編號8個時間的溫度（℃）00：0003：0006：0009：0012：0015：0018：0021：00全天平均1#19.9019.7020.0020.6020.9021.2020.7020.2020.402#20.4021.0020.4020.9021.4021.6021.0020.6020.913#20.1019.9020.3020.8021.1021.3021.0020.3020.604#20.5021.2020.4021.1021.5021.8021.2020.6021.045#19.819.7019.9020.5020.8021.1020.5020.0020.296#20.3020.9020.4020.8021.3021.5020.8020.7020.77平均20.1720.4020.2320.7821.1421.4220.8720.4020.67

從表1中可以看出，6個抽樣大棚24 h內的平均溫度為20.67 ℃，在允許的20～21 ℃范圍之內；雖然夜間氣溫較低，但是通過熱力站的自動調節，棚內的溫度僅略微低于白天；另外，在12：00—15：00，由于日照的作用，棚內溫度有小幅升高，但是通過溫室大棚內的管理終端控制風機運行進行通風調節后，溫度又回到了預期范圍。試驗結果表明，該系統具有極強的溫度自動調節能力，對農業智能化和現代化具有重要意義。

4結論

本研究設計的溫室大棚集中供暖系統能夠通過控制水溫和循環速度調節整個棚區的溫度。該集中供暖自動監控系統采用了三級管理結構，監控節點與大棚管理終端之間采用 2.4 G 無線通信，避免了大面積的布線，并且可靈活放置于棚

內的任何位置；大棚管理終端與熱力站之間采用CAN總線通信，實時提供溫度數據，作為調節溫度的依據，實現了分布式溫度監測點的集中管理；采用控制棚內風機和熱水管道調節閥方法，實現了大棚自身的獨立溫度控制，為作物生長提供了精準的溫度環境。通過對6個抽樣大棚進行24 h的恒溫試驗表明，即便在晝夜溫差較大的情況下也能控制棚內的溫度在 20～21 ℃ 之間，有效解決了傳統粗放式的供熱方式帶來的弊端，分攤了管理成本，也達到了節能減排的目標。

參考文獻：

[1]劉力，鮑安紅，曹樹星，等. 溫室大棚內環境自動化控制方案設計[J]. 農機化研究，2013，35（1）：90-93.

[2]陳教料，胥芳，張立彬，等. 基于熱平衡模型的溫室地表水源熱泵系統供暖設計與試驗[J]. 農業工程學報，2011，27（11）：227-231.

[3]謝小芳，黃俊，譚成宇. 基于RFID的電力溫度監控系統的軟件分析與設計[J]. 電子技術應用，2013，39（1）：23-26.

[4]袁艷平，馬國川，雷波，等. 夏季最熱月鐵路隧道內空氣溫度預測用外界計算溫度的選擇[J]. 暖通空調，2012，42（12）：98-102.

[5]袁志強. 基于ZigBee技術的溫室大棚無線監控系統設計[J]. 江蘇農業科學，2012，40（11）：396-397.

[6]貝偉仰，江虹. 基于紅外測溫的無線溫度監測系統的研究[J]. 計算機測量與控制，2011，19（10）：2397-2400.

[7]董曉明，梁軍，韓學山，等. 計及輸電線路溫度變化的連續潮流模型與計算[J]. 電力系統保護與控制，2012，40（23）：36-41.

[8]程曼，袁洪波，高立艾. 基于太陽能供電的溫室無線傳感器網絡精量監測系統[J]. 廣東農業科學，2013，40（3）：179-181.

[9]蔡志端，毛建華，王培良. 基于模糊免疫自適應PID的工業電爐多點溫度協調控制[J]. 制造業自動化，2013，35（1）：40-43.