智能溫室的遠程控制系統設計研究

龐利民

【摘 要】隨著農業技術的不斷發展，農業生產向著精細化、智能化的方向發展，而溫室自動化生產監控技術是智能農業的代表技術之一，通過對智能溫室的遠程監控可以對地塊中的土壤信息、農作物的生長信息等進行全程監測，對作物的長勢、產量做出分析及預測，并對每個小區做出科學決策，提高農業生產的精確性和生產效益。

【關鍵詞】智能；溫室；遠程監控系統；設計研究

前言：農作物的生長一方面取決于農作物本身的遺傳特性，另一方面取決于外界環境因素。只有在具有良好遺傳特性的前提下，同時具備適宜農作物生長的外界環境因素，農作物才能健康生長。同時，隨著農業產業規模的不斷擴大和大棚技術的不斷普及，溫室大棚數量不斷增多。許多溫室大棚的業主希望能隨時了解溫室的現場數據，為決策工作提供技術支持，但目前溫室管理信息化、智能化程度低，大部分管理工作仍需人工完成，隨著人工成本的增加和現代農業的發展趨勢，提高溫室的自動化程度和普及率，實現農作物的優質、高效和高產的要求越來越迫切，溫室智能監控系統的研究逐漸成為熱點。傳統的溫室智能監控系統要求操作者必須親臨現場，實現溫度濕度和通風系統等的控測。這種方法不但增加了勞動力成本和工作強度，還不利于溫室的實時管理。隨著設施農業和網絡技術的不斷發展，遠程監控系統的應用也日益廣泛，實現規?；谢芾怼⒅悄芑珳驶O控是我國溫室發展的方向。同時，物聯網技術在農業中也被不斷廣泛應用，基于物聯網的遠程智能監控系統在溫室管理中的應用，能夠實現溫室的遠程化和智能化管理，在提高作物的產量和品質、降低人工生產成本等方面具有重要作用。

1 智能溫室遠程監控系統的基本要求

一般情況下智能溫室遠程監控系統需要滿足以下幾個要求：一是具備較好的可擴展性，即根據實際的生產需求實現不同類型設備的遠程控制；二是響應速度快。系統要具備較強的時間控制精度，以迅速的完成各種數據采集及設備的控制，以保證遠程控制的實時性與實效性；三是穩定性。智能溫室遠程監控系統的工作環境相對惡劣，只有保證系統運行的穩定性，才能進一步保證數據采集的準確性、可靠性；四是較強的功能性及較低的投入成本。農業生產效益相對其他產業而言相對較低，如果智能監控系統成本過高，會直接增加農業生產的成本，而影響其經濟效益，因此系統設計要充分考慮系統的建設成本。此外，系統還要具備溫室數據采集、數據存儲、數據分析、設備控制、數據提取等多項功能，才能更好的滿足智能農業的生產需求。

2 系統軟件設計

控制系統涉及植物生理、環境和自動控制技術等領域，包括加熱系統、通風系統、簾幕系統、濕簾系統、營養液循環灌溉系統、施肥系統和光控制系統等，諸多因子組成的復雜系統通過計算機采集每一時刻的環境因子信息，自動進行數據在線處理分析，溫室控制已從單因子控制發展成多因子協調控制和網絡化的多溫區群控。隨著設施農業的發展，工廠化、集約化程度的不斷提高，對設施農業環境工程調控技術與設施的要求也越來越高。

溫室環境控制是在充分利用自然資源的基礎上，通過改變植物生長的環境因子（溫度、濕度、光照、CO2和施肥等）來獲得作物最適宜的生長發育環境。溫室控制軟件系統是一個控制對象復雜，子系統繁多，多因子聯合控制的大型復雜系統，系統主要的組成部分可以分解為：信息管理系統、模型管理系統、知識管理系統，這些系統都連接到智能控制器，這些系統之間可相互聯系，這些系統又與數據庫、植物生長模型和知識庫連接，智能控制系統通過傳感器采集溫室內環境和溫室內植物生長發育狀況等信息，采用一定的控制算法，由智能控制器根據采集到的信息與作物生長模型等比較，通過綜合的運算，決策各執行機構的動作，由智能控制器自適應地驅動不同的各種設備，從而實現對植物生長環境智能控制的目的。

3 系統的架構

本文所提出的智能溫室遠程控制系統應用現有的通信網絡，大大降低了遠程網絡的建設成本，降低了系統建設成本，又保證了數據的可靠性。具體而言，該智能溫室遠程控制系統的基本架構包括傳感器信息監測模塊、溫室設備控制模塊、數據記錄模塊及植物生長專家數據模塊、遠程傳輸監控模塊。

3.1傳感器的信息監測模塊：作物生長所需要的各種信息，如溫度、濕度、光照、CO2、施肥的營養液成分、生長狀態等和生長環境設備運行狀態的技術數據，通過不同類型的傳感器采集，并將它們轉換為數字信號，以數字或圖示的形式實時顯示在屏幕上，使用者便于觀察和進行反饋控制調節。

3.2溫室設備控制模塊：可以通過該模塊控制各種環境調節設備，如電磁閥、灌溉泵、通風機、營養液泵等等。根據設定的控制方式，可以采用手動控制（直接從屏幕上點擊要控制的設備）、自動控制兩種模式。而且不同的設備還可以單獨設定采用不同的控制策略。

3.3報警功能模塊：系統包含一套很優越的報警系統，允許使用者設定不同類型的報警條件。基本報警功能包括：過高或者過低的絕對值報警（如溫度、EC值）；過高或者過低的漂浮值形式報警（如加溫設定）；有條件的連接式報警（如溫室內外溫度比較）；有差異值設定形式報警（如控制設備）；太高或者太低傳感器讀數形式，壞掉報警（指傳感器數據超出了其測量范圍）。所有的報警功能可以設定他們的優先級別，并且當有警報時可以設定相關的設備自動失效一段時間，使整個系統具有一定的安全性。

3.4數據記錄模塊：該模塊可以完成從控制器中下載已經存儲的各種數據，既有傳感器數據，也有各種控制設備的狀態數據，并且可以通過圖形的方式將其表現在屏幕上，有利于使用者觀察、分析數據。同時可以將數據保存成通用的文本格式，使用其他軟件來分析數據。

3.5事件記錄模塊：它可以保存設備操作的記錄，或者其他的任何事件的記錄，這些記錄可以提供使用者了解對該設備的操作次數和狀態；從而對設備的保養和維修進行正確地判斷。例如：可以判斷馬達皮帶磨損和電風扇馬達的損壞，可計算能源的消耗量等。

3.6植物生長專家數據模塊：根據不同生長環境對植物影響機理，建立了植物與環境影響的數據庫，根據不同生長環境對植物影響機理，建立基于層次型的“生長周期-環境參數-控制方式-作物影響” 植物生長環境適應性的專家知識庫，為溫室環境的控制提供了依據。不同作物在植物生長周期不同階段所需的光照、溫度、水分、營養等環境參數都不一樣，通過光照、溫濕度、澆水、施肥、通風等進行控制，最終實現對作物生長提供最優的生長環境。

3.7遠程傳輸監控模塊：根據遠程環境監管要求，建立了基于物聯網的數據傳輸與環境監控系統，可實現多個溫室的聯網監控和數據共享，解決了連棟溫室室內環境遠程控制系統的擴展性問題，提高了系統的應用性和推廣性。

參考文獻：

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（作者單位：寧波大龍農業科技有限公司）