溫室環境智能檢測與控制系統設計

劉光偉 劉璐

摘 要：近年來，伴隨科學技術的不斷進步與發展，我國農業形勢也發生了深刻變化。依靠科技的力量，農業生產進入了快速發展的新時期。本文設計了一種溫室環境智能監測與控制系統，具有低成本、實用性強的優勢，促進我國農業朝向智能化、高端化方向發展，希望本研究能夠有助于推進我國農業智能化進程，為相關領域人士提供一定的借鑒。

關鍵詞：溫室環境 智能監測 控制系統 設計

中圖分類號：S261 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（c）-0097-02

當前，我國農業生產發展進入全新的時期，改善生態環境，加速結構調整，提高農業整體收益，以及增加農民收入勢在必行。傳統的粗放型增長方式存在著諸多層面的弊端，轉變農業生產方式，推動農業生產朝向資源節約、高效、可持續的方向發展具有一定的現實性意義。近年來，工廠化農業在我國受到高度重視，具有效益顯著，資源高效利用以及知識和技術密集等諸多方面的優點。

1 溫室環境智能監測與控制系統設計的意義

近年來，我國溫室產業迅猛發展。據不完全統計，截至2017年底，我國已有現代化大型溫室總面積達580hm2，其中，約有20%是引進溫室面積。這主要是由于早在20世紀90年代中期，我國已經根據我國基本國情以及地理氣候特點，設計了一大批大型溫室，總面積達400hm2，具有適用性強、性價比高的特點。如今，我國依然在加快溫室項目建設的步伐，這大大有助于推動我國工廠化農業的發展。從總體上來看，我國擁有的溫室面積在全球居首位，但都是一些簡易設施，如日光溫室、塑料大棚等。并且，在溫室項目建設中，依然存在著一系列的問題，如含量低、環境控制能力差、生產潛力有限、抵御自然災害的能力弱等。要想進一步推動我國溫室項目建設，還需要從很多方面進行改進，例如：加強基礎設施建設，引進先進的溫室設備，加強對工作人員的培訓，提高其操作技能，建立和完善溫室項目管理機制，加強對溫室環境的控制等。在對溫室環境智能監測與控制系統的設計中，涉及傳感技術、計算機技術、通訊技術、環境科學、生物技術等諸多相關學科。盡管如此，國內尚未研發出一種功能齊全的溫室環境監控系統，例如，市面上所出現的大多為二氧化碳控制器、溫濕度控制器、溫度控制器，這些多為單因子控制器。國內所生產的這些溫室環境控制系統通常造價較高，價格不菲，讓很多農民望塵莫及。設計出一種實用性強、低成本、多功能的溫室環境監控系統具有十分重要的現實性意義。

2 溫室環境智能監測與控制系統總體設計

農作物的健康生長離不開適宜的生長環境，溫室中的各項環境因子對于農作物的生長發揮著至關重要的作用。通常情況下，溫室是模擬農作物生長的氣候條件，并盡可能地消除一些不利于作物生長的環境因素，幫助農作物來最大限度地克服來自于外界氣候的制約，進而實現提高農作物產量，縮短生產周期以及收獲最大經濟效益的目的。在農作物生長過程中，相關內環境因子包括二氧化碳濃度、光照度、濕度、溫度等。我們有必要對溫室中的這些環境因子進行科學合理的調節，一是農作物處于一個最佳的生長環境之中，盡可能地滿足農作物光合作用、呼吸作用和蒸騰作用所需，以實現低耗高產的目的。基于此，在對溫室中環境因子調節時，我們要采用一定的科學技術原理，包括控制技術、計算機技術、環境科學、園藝學、通訊技術等。這些學科為微生物提供最佳的環境條件提供了有力的理論保障。下文將對這些環境影響因子及其控制一一進行闡述。

第一，溫度控制。溫度是影響農作物健康生長的一個重要環境因子，其中。我們需要重點了解植物生長的“三基點”溫度，即最高溫度、最低溫度和最適溫度。

植物在最適溫度時會得到最快的生長，當處于最高溫度和最低溫度時，就會出現生長代謝受阻的情況。通過對大量植物的生長實驗，我們發現，大多數溫帶植物一生長溫度為25℃～30℃，如菜豆、南瓜、茄子、黃瓜、番茄、辣椒等。由于我國大部分地區處于溫帶，一年之中溫度變化較大。在炎熱的夏季和寒冷的冬季，都不適宜農作物的正常生長，溫室大棚內對度進行控制，使其保持在農作物最適宜的溫度范圍內至關重要。

本系統采用溫度傳感器對溫室內環境溫度進行檢測，并采用相關的措施對溫度進行升降調節。一般情況下，在冬季，使用暖風機來增加溫室內環境溫度，并且溫差越大的情況下，開啟暖風機的時間越長。在夏季，常采用自然通風的辦法，來降低環境溫度，并依據環境溫度差異的大小，來選擇開啟天窗或者側窗。此外，當具有較強的光照強度時，可以張開遮陽網，來進行整體溫室的降溫。

第二，濕度控制。濕度也是影響農作物正健康生長的一個最重要環境因子，并且，溫室內濕度主要來自于土壤濕度和空氣濕度。過大或過小的空氣濕度都不利于植物的正常生長，空氣濕度過大時，農作物光合作用也會增強，以至于植物瘋狂的生長，開花結果受到影響。同時，在較高的濕度條件下，植物病蟲害的發生概率也會更高。相反的，如果空氣濕度過低，那么，農作物會發生受到水分脅迫而生長受阻。例如：當土壤中的濕度過大，將會導致土壤中的氧氣減少，植物的呼吸作用困難，不利于生長發育。同時，當土壤的含水率過少時，同樣干擾植物的水分代謝，植物出現萎蔫的現象。另外，植物在不同的發育期，對濕度的要求也不同。我們需要在掌握農作物生長特性的基礎上，合理控制溫室環境的濕度。

控制溫室環境的濕度適宜植物的正常生長，夏季光照強度較大時，我們也可以使用遮陽網。一方面控制環境的溫度，同時，由于溫度控制和濕度控制之間存在著一定的耦合性，因此，也能實現對溫室環境濕度的控制。在冬季，天氣寒冷時，采用熱風機對環境進行加溫，在溫度上升的同時也降低了環境的濕度。

第三，傳感器的選擇。我們要求傳感器能夠敏銳的感知溫室環境，并高效地對溫室環境進行調節，做到長期、穩定。不同的溫度傳感器靈敏度不同，我們有必要對不同類型的傳感器性能進行分析，充分討論每一種傳感器的優點和缺點，找出最適宜用于溫室環境中的溫度傳感器。

綜上所述，設計一種溫室環境智能監測與控制系統具有十分重要的現實性意義，本文分析了影響植物正常生長的環境因子以及系統軟件和硬件，然后基于這些參數，設計了一種用于溫室環境的智能檢測與控制系統，希望本研究能夠為相關人士提供一定的參考，同時，相關領域的專家學者們在今后的研究中從更多層面進行分析。

參考文獻

[1] 張冰，余艷偉，魯紹坤，等.基于物聯網的集散控制系統在溫室群環境監測控制中的應用[J].江蘇農業科學， 2018，10（13）：36-37.

[2] 王鵬，許明海.基于LabVIEW的溫室環境檢測測試系統的研究[J].電腦知識與技術，2018，12（9）：65-67.

[3] 徐立.基于Android和Zigbee的農業溫室環境監控系統設計[J].南通職業大學學報，2018，25（2）：66-67.

[4] 季永權.基于ZigBee無線傳感網絡的溫室智能監控系統的研究與應用[D].浙江農林大學，2018.