智能溫室電氣工程設計實現

陳 冰

（漯河職業技術學院，河南 漯河 462000）

1 智能溫室電氣工程現狀及問題

我國的智能溫室普及程度較低，但是需求量是非常大的，目前還處于極速發展的階段。智能溫室涵蓋的電子技術、通訊技術、傳感技術和網絡技術等多種電氣工程還都需要進一步改進。智能溫室與現代農業種植技術的結合還有待相關政策的支持，相關的農業生產和銷售鏈也需要得到保障。最近一些年，我國的智能溫室技術主要是依靠國外，自主開發的部分比較少，在很大程度上依靠進口。一方面我們國家在開發和研究上的投入顯然還是不夠，只有政府進一步加大對智能溫室的資金投入才能使我國的現代化農業早日趕上世界先進水平；另一方面溫室構建標準的模糊，這就導致了市場的混亂以及各樣農產品的質量難以得到保障，再者智能溫室在監控軟件高昂的價格也令一部分農民望而卻步。

2 智能溫室控制系統的設計與實現

現代化的智能溫室的控制系統由兩部分組成，一部分是對于氣候的調節，將溫室內的溫度濕度等調節到能夠適宜農作物生長的氣候，從而實現反季節作物的種植可能；另一個就是對于營養液的監控，監控并調節作物在生長的時候土壤里的各種微生物、礦物質和各種養分。在氣候調節環節，監控系統對溫室內部的溫度、濕度、二氧化碳含量以及光照甚至是風速都要進行監控和調節，這是一個非常復雜的系統，而且還需要根據種植的作物的不同來設定不同的監控標準，通過控制這些外部因素來繪制全面地生長曲線，從而達到全面監控作物生長的目的。在營養液調節環節，該套系統需要對土壤中的各種微生物及礦物質進行檢測，通過實時動態的監控來調節作物的生長土壤各種必需元素的含量，為作物提供源源不斷的養分，使其能夠正常茁壯地成長，從而確保作物的產量和質量。

2.1 上位機的設計與實現

上位機是整個控制系統最為關鍵的部分，它以計算機為核心建立起了包括各類測量值的動態曲線，把握著整個種植環節的，同時還對有可能出現的危機提出預警。在上位機設計的時候，需要將所有的信息綜合過來，利用計算機技術進行匯總，將各個時段的測量值繪制出相應的生長曲線，根據不同的作物進行相應的計算機分析，進而完整地了解和把握作物整個生長過程。在作物的生長遇到有可能出現病狀或是其他狀況的時候，該套系統也應根據之前所統計的信息做出相應的預警，就像天氣預報一樣，這就需要相關的專業人士對這些經濟作物進行分析和研究，再將其用計算機語言闡述出來，用上位機系統實現。最后就是在設計的時候還應該將系統所傳輸的數據信息進行儲存，這樣就方便維修人員進行維修；如果可以的話我還建議建立起一個信息共享平臺，將這些作物的種植信息共享道該平臺上，方便其他人進行學習，進而促進整個智能溫室的發展和完善。圖1就完整地闡述了上位機的主要功能。

圖1 上位機功能示意圖

2.2 下位機系統

下位機就是上位機命令的實現，它相對于上位機來講是一個相對獨立的系統，功能就是接受并處理上位機的信息，按照命令進行相應的操作。上位機將收集的信息進行綜合性的處理，然后將命令傳輸給下位機，下位機再根據此命令進行一些相應的動作，它可以是將溫度調高、或是打開二氧化碳控制閥等具體的指令。在概念上，上位機和下位機是服務與被服務的關系。一般來說下位機還要不停地讀取相關設備上的狀態信息，然后把這些信息上傳到上位機中，從而讓上位機再次進行分析得出最優的解決方案。簡言之如此，但是萬變不離其宗，下位機的設計仍然需要一些編程上的處理。在設計下位機系統的時候，操作人員也應該能夠手動地對相關條件進行手動的調節，從而避免因為系統錯誤而造成的大規模損失。在上位機向下位機傳達命令的時候，下位機系統應該能夠嚴格按照指令執行，進而實現整個溫室的全面監控。這些科學數據的處理都需要經過精密的計算，下位機系統的設計同樣需要相關的計算機和電氣專業人士進行設計和處理。手動控制系統的設計示意圖如圖2所示：

圖2 下位機手動控制示意圖

2.3 通信通道的設計

通訊通道在設計的時候主要還是要保證穩定便捷，一定要確保信息能夠及時、暢通地進行上下傳達。我建議使用RS485接口進行通信管道的連接，因為這種管道采用的是雙接口，具有非常強的抗干擾和遠距離傳輸的優勢，是目前較為可靠的傳輸通道之一。上位機和下位機的通訊是至關重要的，在兩種通信方式相互轉換的過程中，信息的穩定是至關重要的，這種雙接口的通信方式能夠保證轉換的過程中盡量少地出現未知錯誤，這就在恒大程度上減少了信息在傳輸過程中的變形，保證了信息傳輸的穩定和傳輸效率。

2.4 信號采集電路的設計

信號采集電路主要是一些傳感器的測量，該電路在設計的時候盡量保證傳感器能夠真實有效地將事實信息傳送給上位機即可。信號采集電路所收集的信號主要是一些傳感器傳來的模擬信號，該電路的示意圖如圖3所示，電路在工作的時候主要是在規定的時刻接受相應的電壓，并在輸出端保持該電壓從而實現信息的傳輸。在進行采樣的時候，一定要注意保證采樣狀態和保持狀態一致，這樣才能夠實現信息的正確傳輸。在進行模擬信號傳輸時，可以借用目前國內一直研究的使用磷化銦作為采樣開關，同時使用低速的傳統ADC作為數據轉換的中間介質，這樣就可以實現高寬帶、高位數和高采樣率的精準模擬，開關一旦斷開傳感器就會及時停止收集數據，整個跟蹤過程就會立刻停止，它也就能夠保持在開關斷開的瞬間的信號的瞬時值。為了保證傳感器能夠高效精確地將信息上傳，應該盡可能地采用數字式的傳感器，這是目前較為先進的傳感器，能夠保證各種信息相互之間不受影響，從而保證信息的準確性，同時電路也應該設計為并聯電路，這樣做的目的也是保證數據的順利傳輸，彼此之間不受影響。

圖3 信號采集電路示意圖

2.5 執行部分的設計

智能溫室的執行部分主要是天窗和遮陽窗簾開關的角度，以及各種通風機等控制濕度和溫度的大型設備。這些設備在設計和安裝的時候盡量保證位置合理，工作過程穩定即可，值得注意的是二氧化碳的開放閥在安裝的時候一定要注意其密閉性，噴淋設備隔一段時間也需要進行相應的維護。營養液的釋放閥一定要確保用量準確，一旦出現土壤中某種元素的含量超標，一定要及時去關停這些閥門。另外，在進行相關設備安裝的時候也一定要注意安全措施，因為大型的風扇和二氧化碳控制室以及一些相關元素的投放都有可能對操作人員造成一定的安全威脅，所以這些大型的電機設備上在使用的時候一定要注意安全，嚴格要求工作人員遵守相關的規章制度，按照規范進行生產，確保安全第一。

3 結語

綜上所述，智能溫室是提升農業事業的有效手段，其打破季節、時間和環境各項的客觀因素制約，為農作物創建最佳的生長環境。智能溫室是由各類電氣工程實現對室內的溫度、濕度、光照、二氧化碳含量和營養液的釋放量和成分配置等功能。其技術不斷完善推動農業事業的不斷進步。