关于温室大棚智能控制系统的研究
时间：2021-01-30 07:54:26 来源：达达文档网 本文已影响 人 
【关键词】温室 大棚 智能 系统
温室大棚管理涉及到环境科学、生物学、控制技术、通信技术、计算机技术等多个方面，综合性高、复杂性强。如果想要合理控制必须根据环境变化的规律、植物生长的特点对于智能系统进行科学的设计。
1 系统总体设计
温室大棚总体处在封闭的一种状态下，其中培育生长的作物生长状况和大棚内部的各种因素都有关联性。创造出适合的环境可以让作物保持良好的生长状态。其中和环境参数相关的因素包括土壤湿度、空气湿度、空气温度、二氧化碳浓度等等。通过智能化的控制和调节能够保证好的环境基础，这也是大棚应用的最大优势之处。通过智能化的控制保证资源的最大化利用，通过合理的监控，能够创造出满足生长条件的最佳环境。
2 大棚环境参数分析
2.1 空气温度
保证温度是植物生长过程中的必然因素，其对于植物的所有生命活动具有影响，包括植物的发芽、根系生长、呼吸作用、光合作用等等。不同植物对于温度的需求不一致，通常状况分析，由于需要光合作用，因此白天的温度应该比晚上的温度高一些。大部分的果菜类植物生长温度白天控制在二十度到三十度之间，夜晚为十度到十八度之间。通过智能系统合理的控制温度及时的调节能够促进植物的生长代谢。
2.2 空气湿度
大棚内空气的相对湿度是需要监控的外部因素之一。通过调整湿度能够降低植物蒸腾量，促进光合作用，保证植物生长需求。如果湿度过高会影响植物茎叶生长，甚至容易发生病虫害，反之湿度过低就会影响水分吸收。因此最好将湿度控制在百分之五十到百分之八十五。
2.3 光照强度
光照也是植物生长中必须的能量源头，通过智能系统对于棚内光照强度和时间进行合理控制，结合不同植物的种类进行智能化调整，满足植物的生长能量来源。
2.4 二氧化碳强度
研究分析发现二氧化碳也是植物生长中必须的物质。在大棚中空气流通能力不好，作物会消耗二氧化碳造成浓度的进一步降低，最终削弱光合作用，通过智能化系统将棚内部的二氧化碳浓度始终保持在适宜的范围内能够促进植物发育。
2.5 土壤湿度
大棚中土壤的水分含量将对于植物的存活甚至生长起到决定性作用。如果土壤的水分含量过低，容易影响植物光合作用，造成生长发育不良；如果土壤湿度过高，对于土壤内部的微生物造成作用，影响植物根系的呼吸、生长，造成吸收效果不好。大棚内部的湿度还会受到空气湿度、光照等因素的影响，所以合理的监控湿度也是必然选择。
3 控制决策选择
（1）大棚内部整体环境温度、湿度的变化是有一定过程的，总体呈现出非线性状态，如果采用传统的反馈控制调节手段，将会造成系统的超调，进一步影响生物生长，因此智能控制过程中需要利用模糊逻辑控制的原则管理，同时考虑两者之间的耦合性，湿度的变化会改变温度，加热升温同时会造成湿度降低。
（2）结合不同植物的光照补偿点、饱和点设定强度的最高值和最低数值。如果出现阴雨天气时候合理利用继电器进行补光；光照强度高于最大值时候利用遮阳网进行遮挡。
（3）智能监控系统可以采用液态二氧化碳发生器，利用继电器实现对于浓度变化的监督管理和调节。
（4）土壤湿度营养的变化需要利用继电器控制水、肥电磁阀来管理。或是采用滴灌的方式，将传统技术和现代滴灌技术结合到一起，制造出肥水溶液，将肥水溶液通过输水管道定时、定量的输送到植物的根系。保证土壤内部水肥的含量始终处于有利的状态下。这种膜下滴灌技术能够局部调节，不会造成土壤结构的破坏，水量蒸发损失少，能够避免水分的回转。
4 设计基本原则
4.1 稳定安全性
想要保证整个系统能够正常的运转，传感器系统内部的精确度要比较高同时稳定性好，能够处理面对大棚内复杂环境条件的变化，如果采集信息中出现失误，应该能够通过智能系统及时的辨别，最大化保证数据的准确性。
4.2 可扩展性原则
近年来随着大棚智能控制技术的发展，棚内环境的综合监控要求进一步提升，系统设计中必须保证可扩展性，进行模块化的设计，让产品不断的更新换代。
4.3 界面调节简单性原则
用户最终的操作界面应该应用比较简单，操作流程、设定参数等各个步骤要方便快捷，满足使用者的需求标准。实时的监控现实各种数据的变化，提供对应的语言提示功能。
4.4 低成本性原则
无论设计何种系统都必须考虑到经济投入方面的问题。大棚智能系统的设计过程中应该满足基本系统运行条件下，控制资金的投入量，缩小系统运行的成本。在满足基本使用需求的条件上选择低成本的元器件，设计简单的电路。
5 硬件部分设计
硬件系统包括数据采集部分和控制单元部分，数据采集部分含有通信模块、传感器模块、微控制器模块，完成大棚内部各种环境数据的采集传输。控制单元包括电源、人机交换部分、微控制器、语音播报、报警模块、输出控制部分、通信部分，通过显示、智能控制、手动控制完成具体的任务。
6 软件部分设计
软件部分包括控制单元软件设计以及数据采集单元软件设计。控制单元软件设计包括智能的显示、控制、数据传输、语音播报、超限报警等等，其将收集到的资料和原本预设的数值进行对比，进一步调节整个大棚的环境参数，保证植物生长的最适合条件。数据采集有环境数据的采集和传输。实现控制单元和数据采集之间数据交换的为RS485总线通讯方式。
总而言之，设施农业是现代化的标志，温室大棚是重要的构成部分，提升大棚系统的综合控制水平，最大化发挥出高效农业规模化的优势，由此推进我国农业的可持续发展，开创新的局面，带动我国经济步入新的台阶。
参考文献
[1]叶伟媛.温室大棚智能控制系统的研制[J].安徽农业科学，2014.
[2]张刚.温室大棚智能控制系统研究[J].农业展望，2013.
