【文章內容簡介】 算法做了大量的研究。 國外溫室控制技術的研究現狀 西方發(fā)達國家在現代溫室測控技術上起步比較早。1949 年，借助于工程技術的發(fā)展，美國建成了第一個植物人工氣候室，開展了植物對自然環(huán)境的適應性和抗御能力的基礎及應用研究。20 世紀 60 年代，生產型的高級溫室開始應用于農業(yè)生產，奧地利首先建成了番茄生產工廠，70 年代后荷蘭、日本、美國、英國、以色列等國家的溫室園藝迅猛發(fā)展，溫室設施廣泛應用于園藝作物生產、畜牧業(yè)和水產養(yǎng)殖業(yè)。隨著計算機技術的進步和智能控制理論的發(fā)展，近百年來，溫室大棚作為設施農業(yè)的重要組成部分，其自動控制和管理技術不斷得以提高，在世界各地都得到了長足的發(fā)展。特別是二十世紀 70 年代電子技術的迅猛發(fā)展和微型計算機的出現，更使溫室大棚環(huán)境控制技術產生了革命性的變化。80 年代，隨著微型計算機日新月異的進步和價格大幅度下降，以及對溫室控制要姜啟洲：基于 PLC 的智能溫室控制系統(tǒng)設計5求的提高，以微機為核心的溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)，在歐美得到了長足的發(fā)展，并邁入了網絡化，智能化階段。 目前，國外現代化溫室的內部設施己經發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標準。溫室內的各環(huán)境因子大多由計算機集中控制，檢測傳感器也較為齊全，如溫室內外的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營養(yǎng)液濃度等，由傳感器的檢測基本上可以實現對各個執(zhí)行機構的自動控制，如無級調節(jié)的天窗通風系統(tǒng)，濕簾與風扇配套的降溫系統(tǒng)，由熱水鍋爐或熱風機組成的加溫系統(tǒng)，可定時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)的農業(yè)機械等。計算機對這些系統(tǒng)的控制己經不是簡單的、獨立的、靜態(tài)的直接數字控制，而是基于環(huán)境模型上的監(jiān)督控制，以及基于專家系統(tǒng)上的人工智能控制，一些國家在實現自動化的基礎上正在向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。 國內溫室控制技術的研究現狀 我國溫室產業(yè)起步比較晚。70 年代末起，我國先后從日本、美國、荷蘭和保加利亞等國引進了 40 套左右的現代化溫室成套設備。雖然這些溫室技術領先、設備先進，但在我國的使用過程中還存在較嚴重問題，主要有以下幾點:引進價格高，運行經濟效益差。技術要求過高，要求經營者既要懂農業(yè)技術，熟悉英文，還要掌握電腦操作和機械運營和維護。運營模式沒有與中國的實際結合起來，不適合于我國的氣候特征。所以，研究開發(fā)符合我國國情、產生明顯經濟效益并適用于大范圍推廣應用的自動控制溫室系統(tǒng)己經迫在眉睫?；谝陨系姆N種原因，我國的農業(yè)工程技術人員在吸收發(fā)達國家高科技溫室生產技術的基礎上，進行了溫室中溫度、濕度、光照等單因子控制技術的研究，并逐步推出既適宜我國經濟發(fā)展水平又能滿足不同生態(tài)氣候條件要求的溫室控制系統(tǒng)。從控制器類型來劃分，主要有以下幾種溫室自動控制系統(tǒng): 。如由江蘇理工大學李萍萍、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)控制計算機作為溫室控制系統(tǒng)的核心，它是江蘇省“九五”農業(yè)科技項目，他們在 1996 年 7 月初步建成了一套具有降溫、補光、控濕和增施二氧化碳等功能的智能溫室，1997 年又相繼完成了應用夜加溫和太陽能加溫的系統(tǒng)。1996 年 8 月起進行了溫室環(huán)境控制的技術效果測試分析和生菜、空心菜、三葉芹的無土栽培試驗，測試表明，溫度、濕度、光照、營養(yǎng)液和二氧化碳等各個環(huán)境因子控制技術效果良好，基本達到預期目的，并明確了各環(huán)境參數的合理控制范圍。該環(huán)境自動控制系統(tǒng)為多變量輸入輸出控制系統(tǒng)，通過傳感器監(jiān)測溫室中各環(huán)境參數，得到模擬輸入量，經相應的變送器轉換成數字信號，在自編軟件支持下經接口板采集數據，計算機進行處理分析，將輸入量與設定值比較后，輸出開關量，通過驅動電路控制各執(zhí)行機構。王東升等研究了日光溫室的計算機控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包含工控計算機、傳感器變送器、模擬量輸入模塊(DAC8017)、數字量輸出模塊(DAC8050)，RS232/485 轉換模塊、輸出控制電路等?？刂茩C構有補光燈、排風扇、滴灌設備、二氧化碳發(fā)生器等。采江蘇農林職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）6集量有室內溫度、濕度、光照、土壤水份及 C02 濃度。光照不足啟動補光燈、溫度低啟動加熱器、土壤水分不夠則開啟滴灌系統(tǒng)，采用簡單開關控制方式。 。例如:汪永斌，呂昂等研制的溫室群全數字式溫度和濕度綜合控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)下位機以 89C51 為核心，能自動控制溫室內 100 天的溫濕度，用戶可以小時為單位設定溫濕度值。每個下位機與上位機之間用 RS585 通信。上位機為 PC 機，程序用 VB 開發(fā)，用戶根據作物生長要求，在 PC 機上輸入溫濕度經驗數據(100 天內每小時的溫度和濕度)。溫濕度傳感器用 LTM8901 直接輸出數字信號。控制器對比室內溫度、濕度的測量值與設定值，根據溫度、濕度偏高、偏低或者合適得出 9 種組合，每個組合對應一組熱風爐、天窗、噴霧、通風機的組合狀態(tài)。董喬雪，王一鳴設計的溫室計算機分布式自動控制系統(tǒng)，其上位機軟件是在虛擬儀器平臺 Lab windows/CVI下開發(fā)完成的，下位機使用單片機。胡建東，肖建軍等采用模糊控制原理設計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算機 80C31 及外擴展一定數量的存貯器和接口芯片組成:作者將溫度控制系統(tǒng)簡化成一個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)行機理和反模糊化方面進行了設計，模糊控制技術的應用使連棟溫室控制盡可能達到一個最佳的狀態(tài)。楊明等設計的基于溫濕度模糊控制的智能溫室控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)上位機為 PC 機，下位機為 AT89C52，采用模糊控制器進行溫濕度的智能控制。 PLC 的溫室自動控制系統(tǒng)。例如用歐姆龍系列的 CZOOHS 作為下位機，COMPAQ計算機為上位機構成溫室控制系統(tǒng)。采集的室外信號有溫度、濕度、光照、風速、風向、下雨，室內信號有溫度、濕度、C02 濃度。輸出信號控制的機構有:開窗電機、遮陽電機、通風電機、加熱閥門、壓水泵和噴淋泵。 溫室環(huán)境控制技術的發(fā)展趨勢 ：隨著計算機技術、傳感技術和自動控制技術的不斷發(fā)展，溫室計算機環(huán)境控制系統(tǒng)的應用將由簡單的以數據采集處理和監(jiān)測為主，逐步轉向以知識處理和應用為主。因此軟件系統(tǒng)的研制開發(fā)將不斷深入完善，其中以專家系統(tǒng)為主的智能管理系統(tǒng)已取得了不少研究成果，而且應用前景非常廣闊。因此近幾年來神經網絡、遺傳算法、模糊推理等人工智能技術在溫室栽培中得到了不同程度的發(fā)展和應用。 ：目前，網絡技術己成為當前世界最有活力、發(fā)展最快的高科技領域。網絡通信技術的發(fā)展促進了信息傳播。因此，設施農業(yè)產業(yè)化程度的提高成為可能。我國幅員遼闊，氣候復雜，勞動者整體素質低，利用網絡進行在線和離線服務，可以對不同區(qū)域進行監(jiān)測、比較，不僅給管理帶來很大的方便，而且可以提高勞動生產率。 ：分布式系統(tǒng)通?？煞譃樯?、下兩層。上層主要用作系統(tǒng)管理，其它各種功能如測量與控制任務等，主要由下層完成。下層由許多各自獨立的功能單元組成，每個單元只完成一部分工作。面向對象的分布式系統(tǒng)，每一個功能單元針對一個對象、每姜啟洲：基于 PLC 的智能溫室控制系統(tǒng)設計7一根進線、每一根出線、每個傳感器、接觸器等都可作為對象。 ：所謂綜合環(huán)境調節(jié)，就是以實現作物的增產穩(wěn)產為目標，把影響作物生長的多種環(huán)境參數，如光照、溫度、濕度、CO2 濃度等，都保持在適宜作物生長的狀態(tài)，并盡可能使用最少量的環(huán)境調節(jié)裝置，既省時又節(jié)能，還能使勞動者愉快地從事生產勞動。 ：當前，主要使用精確的計算機壞境控制程序根據設定值對溫室中的環(huán)境進行調控，但研究發(fā)現，這并不能使溫室內的作物達到最佳產量。如作物的生長和發(fā)育并不取決于某一時刻某個特定溫度，而主要取決于在一個時間段中的平均溫度水平。這導致控制系統(tǒng)向“自由設置”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)中并不設置一個固定的溫度值，溫室中的溫度在最高和最低溫度范圍內可進行變動，以求在一個較長的時間段內達到理想的平均溫度。這樣計算機可以根據室外的氣候，在使用最低能耗、最佳利用溫室中的現有的設備的情況下自由進行調節(jié)?？勺儎拥沫h(huán)境控制系統(tǒng)目前主要側重于溫度、光照、相對濕度、CO2 濃度等方面的研究，在溫室作物產量上已表現出比較滿意的效果。 (B1uetooth)：藍牙技術是近年發(fā)展起來的新型低成本、短距離的無線網絡傳輸技術。運用這種技術把溫室環(huán)境自動檢測與控制系統(tǒng)中的各個電子檢測裝置和執(zhí)行機構無線地連接起來，以達到便捷地對溫室環(huán)境參數進行自動檢測，靈活地對溫室環(huán)境參數進行自動控制的目的。便攜式環(huán)境參數采集器內部裝有溫度、濕度、光照等各種傳感器，并嵌入了藍牙芯片，因此，這種參數采集器具有無線通信功能，可以便捷地放置在溫室內的不同位置?？刂破魍瑯忧度肓怂{牙芯片，它一方面與便攜式環(huán)境參數采集器無線連接，另一方面通過 RS485 通信總線與溫室內的計算機控制裝置相連接。 溫室大棚內重要參數的調節(jié)與控制 溫度的調節(jié)與控制 與其他環(huán)境因子比較，溫度是設施栽培中相對容易調節(jié)控制的環(huán)境因子。溫室內溫度的調節(jié)和控制包括保溫、加溫和降溫 3 種。溫度調控要求達到能維持適宜于作物生育的設定溫度。溫度的空間分布均勻，時間變化平緩。（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，采用隔熱性能好的保溫覆蓋材料，以提高設施的氣密性。（2）加溫，我國傳統(tǒng)的單屋面溫室，大多采用爐灶煤火加溫，近年來也有采用鍋爐水暖加溫或地熱水暖加溫的。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換成熱風的采暖方式。（3）降溫，保護設施內降溫最簡單的途徑是通風，但在溫度過高，依靠自然通風不能滿足作物生育要求時，必須進行人工降溫。降溫包括遮光降溫法、屋面流水降溫法、蒸發(fā)江蘇農林職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）8冷卻法及強制通風法。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，對溫室降溫很有效。另一種在室內掛遮光幕，降溫效果比掛在室外差；屋面流水降溫法采用時須考慮安裝成本，清除玻璃表面的水垢污染問題；蒸發(fā)冷卻法使空氣先經過水的蒸發(fā)冷卻降溫后再送入室內