【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，如單片機(jī)、工控機(jī)、 PLC、通用 PC 機(jī)等。控制器之間可以通過(guò)局域網(wǎng)或現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行信息交換。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)控制系統(tǒng)和控制算法做了大量的研究。 國(guó)外溫室控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀 西方發(fā)達(dá)國(guó)家在現(xiàn)代溫室測(cè)控技術(shù)上起步比較早。 1949 年，借助于工程技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)建成了第一個(gè)植物人工氣候室，開(kāi)展了植物對(duì)自然環(huán)境的適應(yīng)性和抗御能力的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究。 20 世紀(jì) 60 年代，生產(chǎn)型的高級(jí)溫室開(kāi)始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，奧地利首先建成了番茄生產(chǎn)工廠， 70 年代后荷蘭、日本、美國(guó)、英國(guó)、以色列等國(guó)家的溫室園藝迅猛發(fā)展，溫室設(shè)施廣泛應(yīng)用于園藝作物生產(chǎn)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和智能控制理論的發(fā)展，近百年來(lái)，溫室大棚作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，其自動(dòng)控制和管理技術(shù)不斷得以提高，在世界各地都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。特別是二十世紀(jì) 70 年代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，更使溫室大棚環(huán)境控制技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化。 80 年代，隨著微型計(jì)算機(jī)日新月異的進(jìn)步和價(jià)格大幅度下降，以及對(duì)溫室控制要求的提高，以微機(jī)為核心的溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)，在歐美 得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并邁入了網(wǎng)絡(luò)化，智能化階段。 目前，國(guó)外現(xiàn)代化溫室的內(nèi)部設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)。溫室內(nèi)的各環(huán)境因子大多由計(jì)算機(jī)集中控制，檢測(cè)傳感器也較為齊全，如溫室內(nèi)外的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液濃度等，由傳感器的檢測(cè)基本上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)姜啟洲：基于 PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制，如無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的天窗通風(fēng)系統(tǒng)，濕簾與風(fēng)扇配套的降溫系統(tǒng)，由熱水鍋爐或熱風(fēng)機(jī)組成的加溫系統(tǒng)，可定時(shí)噴灌或滴灌的灌溉系統(tǒng)，二氧化碳施肥系統(tǒng)，以及適用于溫室作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械等。計(jì)算機(jī)對(duì)這些系統(tǒng)的控制己經(jīng)不是簡(jiǎn)單的、獨(dú)立的、 靜態(tài)的直接數(shù)字控制，而是基于環(huán)境模型上的監(jiān)督控制，以及基于專(zhuān)家系統(tǒng)上的人工智能控制，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正在向著完全自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。 國(guó)內(nèi)溫室控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀 我國(guó)溫室產(chǎn)業(yè)起步比較晚。 70 年代末起，我國(guó)先后從日本、美國(guó)、荷蘭和保加利亞等國(guó)引進(jìn)了 40 套左右的現(xiàn)代化溫室成套設(shè)備。雖然這些溫室技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進(jìn)，但在我國(guó)的使用過(guò)程中還存在較嚴(yán)重問(wèn)題，主要有以下幾點(diǎn) :引進(jìn)價(jià)格高，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益差 。技術(shù)要求過(guò)高，要求經(jīng)營(yíng)者既要懂農(nóng)業(yè)技術(shù)，熟悉英文，還要掌握電腦操作和機(jī)械運(yùn)營(yíng)和維 護(hù) 。運(yùn)營(yíng)模式?jīng)]有與中國(guó)的實(shí)際結(jié)合起來(lái)，不適合于我國(guó)的氣候特征。所以，研究開(kāi)發(fā)符合我國(guó)國(guó)情、產(chǎn)生明顯經(jīng)濟(jì)效益并適用于大范圍推廣應(yīng)用的自動(dòng)控制溫室系統(tǒng)己經(jīng)迫在眉睫?；谝陨系姆N種原因，我國(guó)的農(nóng)業(yè)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了溫室中溫度、濕度、光照等單因子控制技術(shù)的研究，并逐步推出既適宜我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平又能滿(mǎn)足不同生態(tài)氣候條件要求的溫室控制系統(tǒng)。從控制器類(lèi)型來(lái)劃分，主要有以下幾種溫室自動(dòng)控制系統(tǒng) : 。如由江蘇理工大學(xué)李萍萍、毛罕平等人自行研制 的智能溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，它采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為溫室控制系統(tǒng)的核心，它是江蘇省“九五”農(nóng)業(yè)科技項(xiàng)目，他們?cè)?1996 年 7 月初步建成了一套具有降溫、補(bǔ)光、控濕和增施二氧化碳等功能的智能溫室， 1997 年又相繼完成了應(yīng)用夜加溫和太陽(yáng)能加溫的系統(tǒng)。 1996 年 8 月起進(jìn)行了溫室環(huán)境控制的技術(shù)效果測(cè)試分析和生菜、空心菜、三葉芹的無(wú)土栽培試驗(yàn)，測(cè)試表明，溫度、濕度、光照、營(yíng)養(yǎng)液和二氧化碳等各個(gè)環(huán)境因子控制技術(shù)效果良好，基本達(dá)到預(yù)期目的，并明確了各環(huán)境參數(shù)的合理控制范圍。該環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)為多變量輸入輸出控制系統(tǒng)，通過(guò)傳感器監(jiān) 測(cè)溫室中各環(huán)境參數(shù)，得到模擬輸入量，經(jīng)相應(yīng)的變送器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在自編軟件支持下經(jīng)接口板采集數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理分析，將輸入量與設(shè)定值比較后，輸出開(kāi)關(guān)量，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。王東升等研究了日光溫室的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包含工控計(jì)算機(jī)、傳感器變送器、模擬量輸入模塊 (DAC8017)、數(shù)字量輸出模塊 (DAC8050)， RS232/485 轉(zhuǎn)換模塊、輸出控制電路等?？刂茩C(jī)構(gòu)有補(bǔ)光燈、排風(fēng)扇、滴灌設(shè)備、二氧化碳發(fā)生器等。采集量有室內(nèi)溫度、濕度、光照、土壤水份及 C02 濃度。光照不足啟動(dòng)補(bǔ)光燈、溫度低 啟動(dòng)加熱器、土壤水分不夠則開(kāi)啟滴灌系統(tǒng)，采用簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)控制方式。 。例如 :汪永斌，呂昂等研制的溫室群全數(shù)字式溫度和濕度綜合控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)下位機(jī)以 89C51 為核心，能自動(dòng)控制溫室內(nèi) 100 天的溫濕度，用戶(hù)可以小時(shí)為單位設(shè)定溫濕度值。每個(gè)下位機(jī)與上位機(jī)之間用 RS585 通信。上位機(jī)為 PC 機(jī)，程序用 VB 開(kāi)發(fā)，用戶(hù)根據(jù)作物生長(zhǎng)要求，在 PC 機(jī)上輸入溫濕度經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) (100江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 天內(nèi)每小時(shí)的溫度和濕度 )。溫濕度傳感器用 LTM8901 直接輸出數(shù)字信號(hào)?？刂破鲗?duì)比室內(nèi)溫度、濕度的測(cè)量值與設(shè)定值，根據(jù) 溫度、濕度偏高、偏低或者合適得出 9 種組合，每個(gè)組合對(duì)應(yīng)一組熱風(fēng)爐、天窗、噴霧、通風(fēng)機(jī)的組合狀態(tài)。董喬雪，王一鳴設(shè)計(jì)的溫室計(jì)算機(jī)分布式自動(dòng)控制系統(tǒng)，其上位機(jī)軟件是在虛擬儀器平臺(tái) Lab windows/CVI 下開(kāi)發(fā)完成的，下位機(jī)使用單片機(jī)。胡建東，肖建軍等采用模糊控制原理設(shè)計(jì)了連棟溫室溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的控制器由單片計(jì)算機(jī) 80C31 及外擴(kuò)展一定數(shù)量的存貯器和接口芯片組成 :作者將溫度控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化成一個(gè)二維的模糊控制系統(tǒng)，分別從模糊系統(tǒng)包括的輸入輸出變執(zhí)行機(jī)理和反模糊化方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，模糊控制技術(shù)的應(yīng)用使連棟 溫室控制盡可能達(dá)到一個(gè)最佳的狀態(tài)。楊明等設(shè)計(jì)的基于溫濕度模糊控制的智能溫室控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)上位機(jī)為PC 機(jī)，下位機(jī)為 AT89C52，采用模糊控制器進(jìn)行溫濕度的智能控制。 PLC 的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)。例如用歐姆龍系列的 CZOOHS 作為下位機(jī)， COMPAQ計(jì)算機(jī)為上位機(jī)構(gòu)成溫室控制系統(tǒng)。采集的室外信號(hào)有溫度、濕度、光照、風(fēng)速、風(fēng)向、下雨，室內(nèi)信號(hào)有溫度、濕度、 C02 濃度。輸出信號(hào)控制的機(jī)構(gòu)有 :開(kāi)窗電機(jī)、遮陽(yáng)電機(jī)、通風(fēng)電機(jī)、加熱閥門(mén)、壓水泵和噴淋泵。 溫室環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ：隨著 計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，溫室計(jì)算機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的應(yīng)用將由簡(jiǎn)單的以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測(cè)為主，逐步轉(zhuǎn)向以知識(shí)處理和應(yīng)用為主。因此軟件系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)將不斷深入完善，其中以專(zhuān)家系統(tǒng)為主的智能管理系統(tǒng)已取得了不少研究成果，而且應(yīng)用前景非常廣闊。因此近幾年來(lái)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊推理等人工智能技術(shù)在溫室栽培中得到了不同程度的發(fā)展和應(yīng)用。 ：目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)己成為當(dāng)前世界最有活力、發(fā)展最快的高科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了信息傳播。因此，設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化程度的提高成為可能。我國(guó)幅 員遼闊，氣候復(fù)雜，勞動(dòng)者整體素質(zhì)低，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線和離線服務(wù)，可以對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)、比較，不僅給管理帶來(lái)很大的方便，而且可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 ：分布式系統(tǒng)通?？煞譃樯?、下兩層。上層主要用作系統(tǒng)管理，其它各種功能如測(cè)量與控制任務(wù)等，主要由下層完成。下層由許多各自獨(dú)立的功能單元組成，每個(gè)單元只完成一部分工作。面向?qū)ο蟮姆植际较到y(tǒng)，每一個(gè)功能單元針對(duì)一個(gè)對(duì)象、每一根進(jìn)線、每一根出線、每個(gè)傳感器、接觸器等都可作為對(duì)象。 ：所謂綜合環(huán)境調(diào)節(jié)，就是以實(shí)現(xiàn)作物的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)為目標(biāo)，把影響作物 生長(zhǎng)的多種環(huán)境參數(shù)，如光照、溫度、濕度、 CO2 濃度等，都保持在適宜作物生長(zhǎng)的狀態(tài)，并盡可能使用最少量的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置，既省時(shí)又節(jié)能，還能使勞動(dòng)者愉快地從事生產(chǎn)勞動(dòng)。 ：當(dāng)前，主要使用精確的計(jì)算機(jī)壞境控制程序根據(jù)設(shè)定值對(duì)溫室中的環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，但研究發(fā)現(xiàn)，這并不能使溫室內(nèi)的作物達(dá)到最佳產(chǎn)量。如作物的生姜啟洲：基于 PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 長(zhǎng)和發(fā)育并不取決于某一時(shí)刻某個(gè)特定溫度，而主要取決于在一個(gè)時(shí)間段中的平均溫度水平。這導(dǎo)致控制系統(tǒng)向“自由設(shè)置”系統(tǒng)的方向發(fā)展，如綜合溫度控制系統(tǒng)的研制，在該系統(tǒng)中并不設(shè)置一個(gè)固定的溫度值，溫室 中的溫度在最高和最低溫度范圍內(nèi)可進(jìn)行變動(dòng)，以求在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)達(dá)到理想的平均溫度。這樣計(jì)算機(jī)可以根據(jù)室外的氣候，在使用最低能耗、最佳利用溫室中的現(xiàn)有的設(shè)備的情況下自由進(jìn)行調(diào)節(jié)?？勺儎?dòng)的環(huán)境控制系統(tǒng)目前主要側(cè)重于溫度、光照、相對(duì)濕度、 CO2 濃度等方面的研究，在溫室作物產(chǎn)量上已表現(xiàn)出比較滿(mǎn)意的效果。 (B1uetooth)：藍(lán)牙技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的新型低成本、短距離的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。運(yùn)用這種技術(shù)把溫室環(huán)境自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)中的各個(gè)電子檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)線地連接起來(lái)，以達(dá)到便捷地對(duì)溫室環(huán)境參 數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，靈活地對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制的目的。便攜式環(huán)境參數(shù)采集器內(nèi)部裝有溫度、濕度、光照等各種傳感器，并嵌入了藍(lán)牙芯片，因此，這種參數(shù)采集器具有無(wú)線通信功能，可以便捷地放置在溫室內(nèi)的不同位置?？刂破魍瑯忧度肓怂{(lán)牙芯片，它一方面與便攜式環(huán)境參數(shù)采集器無(wú)線連接，另一方面通過(guò) RS485 通信總線與溫室內(nèi)的計(jì)算機(jī)控制裝置相連接。 溫室大棚內(nèi)重要參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制 溫度的調(diào)節(jié)與控制 與其他環(huán)境因子比較，溫度是設(shè)施栽培中相對(duì)容易調(diào)節(jié)控制的環(huán)境因子。溫室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié) 和控制包括保溫、加溫和降溫 3 種。溫度調(diào)控要求達(dá)到能維持適宜于作物生育的設(shè)定溫度。溫度的空間分布均勻，時(shí)間變化平緩。 （ 1）保溫，為了提高溫室的保溫能力，常采用各種保溫覆蓋。具體方法就是增加保溫覆蓋的層數(shù)，采用隔熱性能好的保溫覆蓋材料，以提高設(shè)施的氣密性。 （ 2）加溫，我國(guó)傳統(tǒng)的單屋面溫室，大多采用爐灶煤火加溫，近年來(lái)也有采用鍋爐水暖加溫或地?zé)崴訙氐?。大型連棟溫室和花卉溫室，則多采用集中供暖方式的水暖加溫，也有部分采用熱水或蒸汽轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)的采暖方式。 （ 3）降溫，保護(hù)設(shè)施內(nèi)降溫最簡(jiǎn)單的途徑是通風(fēng)，但在溫度 過(guò)高，依靠自然通風(fēng)不能滿(mǎn)足作物生育要求時(shí)，必須進(jìn)行人工降溫。降溫包括遮光降溫法、屋面流水降溫法、蒸發(fā)冷卻法及強(qiáng)制通風(fēng)法。遮光降溫法是一種在室外與溫室屋頂部相距 40cm 處張掛遮光幕，對(duì)溫室降溫很有效。另一種在室內(nèi)掛遮光幕，降溫效果比掛在室外差；屋面流水降溫法采用時(shí)須考慮安裝成本，清除玻璃表面的水垢污染問(wèn)題；蒸發(fā)冷卻法使空氣先經(jīng)過(guò)水的蒸發(fā)冷卻降溫后再送入室內(nèi)，達(dá)到降溫目的。蒸發(fā)冷卻法有濕簾 —— 風(fēng)機(jī)降溫法、細(xì)霧降溫法、屋頂噴霧法。 濕度的調(diào)節(jié)與控制 土壤濕度要與空氣相對(duì)濕度協(xié)調(diào)一致才能達(dá)到溫室濕度 的有效控制，濕度調(diào)控范圍一江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 般在 6