關于溫室大棚智能控制系統的研究

閆工舒

【關鍵詞】溫室 大棚 智能 系統

溫室大棚管理涉及到環境科學、生物學、控制技術、通信技術、計算機技術等多個方面，綜合性高、復雜性強。如果想要合理控制必須根據環境變化的規律、植物生長的特點對于智能系統進行科學的設計。

1 系統總體設計

溫室大棚總體處在封閉的一種狀態下，其中培育生長的作物生長狀況和大棚內部的各種因素都有關聯性。創造出適合的環境可以讓作物保持良好的生長狀態。其中和環境參數相關的因素包括土壤濕度、空氣濕度、空氣溫度、二氧化碳濃度等等。通過智能化的控制和調節能夠保證好的環境基礎，這也是大棚應用的最大優勢之處。通過智能化的控制保證資源的最大化利用，通過合理的監控，能夠創造出滿足生長條件的最佳環境。

2 大棚環境參數分析

2.1 空氣溫度

保證溫度是植物生長過程中的必然因素，其對于植物的所有生命活動具有影響，包括植物的發芽、根系生長、呼吸作用、光合作用等等。不同植物對于溫度的需求不一致，通常狀況分析，由于需要光合作用，因此白天的溫度應該比晚上的溫度高一些。大部分的果菜類植物生長溫度白天控制在二十度到三十度之間，夜晚為十度到十八度之間。通過智能系統合理的控制溫度及時的調節能夠促進植物的生長代謝。

2.2 空氣濕度

大棚內空氣的相對濕度是需要監控的外部因素之一。通過調整濕度能夠降低植物蒸騰量，促進光合作用，保證植物生長需求。如果濕度過高會影響植物莖葉生長，甚至容易發生病蟲害，反之濕度過低就會影響水分吸收。因此最好將濕度控制在百分之五十到百分之八十五。

2.3 光照強度

光照也是植物生長中必須的能量源頭，通過智能系統對于棚內光照強度和時間進行合理控制，結合不同植物的種類進行智能化調整，滿足植物的生長能量來源。

2.4 二氧化碳強度

研究分析發現二氧化碳也是植物生長中必須的物質。在大棚中空氣流通能力不好，作物會消耗二氧化碳造成濃度的進一步降低，最終削弱光合作用，通過智能化系統將棚內部的二氧化碳濃度始終保持在適宜的范圍內能夠促進植物發育。

2.5 土壤濕度

大棚中土壤的水分含量將對于植物的存活甚至生長起到決定性作用。如果土壤的水分含量過低，容易影響植物光合作用，造成生長發育不良；如果土壤濕度過高，對于土壤內部的微生物造成作用，影響植物根系的呼吸、生長，造成吸收效果不好。大棚內部的濕度還會受到空氣濕度、光照等因素的影響，所以合理的監控濕度也是必然選擇。

3 控制決策選擇

（1）大棚內部整體環境溫度、濕度的變化是有一定過程的，總體呈現出非線性狀態，如果采用傳統的反饋控制調節手段，將會造成系統的超調，進一步影響生物生長，因此智能控制過程中需要利用模糊邏輯控制的原則管理，同時考慮兩者之間的耦合性，濕度的變化會改變溫度，加熱升溫同時會造成濕度降低。

（2）結合不同植物的光照補償點、飽和點設定強度的最高值和最低數值。如果出現陰雨天氣時候合理利用繼電器進行補光；光照強度高于最大值時候利用遮陽網進行遮擋。

（3）智能監控系統可以采用液態二氧化碳發生器，利用繼電器實現對于濃度變化的監督管理和調節。

（4）土壤濕度營養的變化需要利用繼電器控制水、肥電磁閥來管理?；蚴遣捎玫喂嗟姆绞?，將傳統技術和現代滴灌技術結合到一起，制造出肥水溶液，將肥水溶液通過輸水管道定時、定量的輸送到植物的根系。保證土壤內部水肥的含量始終處于有利的狀態下。這種膜下滴灌技術能夠局部調節，不會造成土壤結構的破壞，水量蒸發損失少，能夠避免水分的回轉。

4 設計基本原則

4.1 穩定安全性

想要保證整個系統能夠正常的運轉，傳感器系統內部的精確度要比較高同時穩定性好，能夠處理面對大棚內復雜環境條件的變化，如果采集信息中出現失誤，應該能夠通過智能系統及時的辨別，最大化保證數據的準確性。

4.2 可擴展性原則

近年來隨著大棚智能控制技術的發展，棚內環境的綜合監控要求進一步提升，系統設計中必須保證可擴展性，進行模塊化的設計，讓產品不斷的更新換代。

4.3 界面調節簡單性原則

用戶最終的操作界面應該應用比較簡單，操作流程、設定參數等各個步驟要方便快捷，滿足使用者的需求標準。實時的監控現實各種數據的變化，提供對應的語言提示功能。

4.4 低成本性原則

無論設計何種系統都必須考慮到經濟投入方面的問題。大棚智能系統的設計過程中應該滿足基本系統運行條件下，控制資金的投入量，縮小系統運行的成本。在滿足基本使用需求的條件上選擇低成本的元器件，設計簡單的電路。

5 硬件部分設計

硬件系統包括數據采集部分和控制單元部分，數據采集部分含有通信模塊、傳感器模塊、微控制器模塊，完成大棚內部各種環境數據的采集傳輸。控制單元包括電源、人機交換部分、微控制器、語音播報、報警模塊、輸出控制部分、通信部分，通過顯示、智能控制、手動控制完成具體的任務。

6 軟件部分設計

軟件部分包括控制單元軟件設計以及數據采集單元軟件設計。控制單元軟件設計包括智能的顯示、控制、數據傳輸、語音播報、超限報警等等，其將收集到的資料和原本預設的數值進行對比，進一步調節整個大棚的環境參數，保證植物生長的最適合條件。數據采集有環境數據的采集和傳輸。實現控制單元和數據采集之間數據交換的為RS485總線通訊方式。

總而言之，設施農業是現代化的標志，溫室大棚是重要的構成部分，提升大棚系統的綜合控制水平，最大化發揮出高效農業規?；膬瀯?，由此推進我國農業的可持續發展，開創新的局面，帶動我國經濟步入新的臺階。

參考文獻

[1]葉偉媛.溫室大棚智能控制系統的研制[J].安徽農業科學，2014.

[2]張剛.溫室大棚智能控制系統研究[J].農業展望，2013.