【正文】 同時(shí)，在論文寫(xiě)作過(guò)程中，我還參考了有關(guān)的書(shū)籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。 在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會(huì)向在這四年中給予了我?guī)椭椭笇?dǎo)的所有老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來(lái)的辛勤栽培。 機(jī)電 082 05 號(hào) 李進(jìn) 傳感器在智能溫室中的應(yīng)用 23 答 謝 辭 本論文設(shè)計(jì)在 王麗琴 老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從課題選擇到具體的寫(xiě)作過(guò)程，無(wú)不凝聚著 王 老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文寫(xiě)作期間，王 老師為我提供了種種專(zhuān)業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒(méi)有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)論文。 溫室公園 ： 利用大型現(xiàn)代化智能溫室 ,采用多種栽培模式 ,對(duì)多種類(lèi)作物進(jìn)行復(fù)混種植 ,將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行為以園林景觀(guān)的形式向廣大城鄉(xiāng)居民、中小學(xué)生、廣大農(nóng)民朋友進(jìn)行示范展示 ,為人們創(chuàng)造和提供了一個(gè)學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)、了解農(nóng)業(yè)、體驗(yàn)農(nóng)業(yè)的新型環(huán)境 ,集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)建設(shè)和愉悅身心于一體 ,是人類(lèi)生態(tài)文明發(fā)展的客觀(guān)要求 ,是經(jīng)濟(jì)社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果 ,承載著生物技術(shù)、工程技術(shù)、信息技術(shù) ,是科技化和信息化的新型農(nóng)業(yè) ,全新拓展了農(nóng)業(yè)的傳統(tǒng)職能 ,提升了農(nóng)業(yè)的品位。傳感器在智能溫室中的應(yīng)用也將跳出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的局限，向其他行業(yè)發(fā)展。 機(jī)電 082 05 號(hào) 李進(jìn) 傳感器在智能溫室中的應(yīng)用 22 結(jié)束語(yǔ) 傳感器在智能溫室中 有著十分廣泛的應(yīng)用前景，它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值，在未來(lái)還將在許多新興領(lǐng)域體 現(xiàn)其優(yōu)越性，如家用、保健、交通等領(lǐng)域。溫室中的二氧化碳濃度將根據(jù)植株光合作用的情況來(lái)決定，用蒸騰作用的實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)決定水分和營(yíng)養(yǎng)液的供給量（無(wú)土栽培），通過(guò)檢 測(cè)植物的莖和果實(shí)的直徑變化，來(lái)決定植物的灌溉間隔，根 機(jī)電 082 05 號(hào) 李進(jìn) 傳感器在智能溫室中的應(yīng)用 21 據(jù)植株的溫度的測(cè)量值來(lái)進(jìn)行溫室內(nèi)的環(huán)境控制等。 至今為止，人們只是監(jiān)測(cè)作物周?chē)沫h(huán)境情況，并沒(méi)有測(cè)量作物本身。正確的量測(cè)點(diǎn)應(yīng)該是放置于植物最上位葉片的上方?？拷泊矁蓚?cè)的植株，由于盆器接近走道蒸散容易，含水量往往低于植床中間的植株。在每次取樣作業(yè)時(shí)要使用相同的方式，量測(cè)值的比較才有意義。 介質(zhì)內(nèi)酸堿值（ pH）與電導(dǎo)度（ EC）的量測(cè)值受到取樣技術(shù)的影響。傍晚陽(yáng)光減弱，金屬散熱降溫速率又快于氣溫。如果上述使用條件不恰當(dāng)，量測(cè)的濕球溫度不是真正的濕球溫度，所計(jì)算 的相對(duì)濕度將是偏高值。常見(jiàn)的問(wèn)題介紹如下： 傳感器的使用是否正確 以溫度量測(cè)為例，如果將氣溫計(jì)直接暴露在陽(yáng)光下，量測(cè)得到的溫度不是真正的氣溫，而是空氣溫度的熱量與陽(yáng)光的能量給予溫度計(jì)的綜合反應(yīng)，因此測(cè)量值偏高。 如圖 6所示為 CO2傳感器 。溶液的導(dǎo)電率通過(guò)電極測(cè)量的信號(hào)經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后可輸入微機(jī)處理后調(diào)控 CO2 濃度。導(dǎo)電率法是根據(jù)氫氧化鈉溶液與 CO2 反應(yīng)時(shí)其導(dǎo)電率會(huì)發(fā)生變化的原理進(jìn)行測(cè)量的。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，反應(yīng)快，精度比較高，光敏二極管的靈敏度比三極管的更高一些。在黑暗的環(huán)境下光敏電阻的電阻值很大，導(dǎo)電性降低，受光線(xiàn)照射后，電阻值降低，導(dǎo)電性增強(qiáng)。感濕電阻同熱敏電阻一樣進(jìn)行工作。根據(jù)最高最低濕度要求，預(yù)先設(shè)定兩個(gè)控制點(diǎn)，一個(gè)控制點(diǎn)使電路接通，噴霧裝置噴霧，提高濕度，另一個(gè)使電路斷開(kāi)，停止噴霧，室內(nèi)濕度不再增加。溫室內(nèi)使用的空氣濕度傳感器 一般用毛發(fā)濕度計(jì)或感濕電阻做成。當(dāng)溫度升高時(shí)，乙醚熱脹，其體積增大，壓力增加，推動(dòng)水銀柱上升，到預(yù)定溫度處，水銀和鋼桿接觸，繼電器電路接通，活動(dòng)觸點(diǎn)被繼電器 吸住，與固定觸點(diǎn)分開(kāi)，斷開(kāi)采暖設(shè)備的電路，采暖設(shè)備即停止工作，當(dāng)溫度下降時(shí)，則相反，這樣就能把溫室內(nèi)的溫度保持在一定值上。 乙醚水銀傳感器是利用乙醚隨溫度變化具有明顯的熱脹冷縮的特性而進(jìn)行工作的。在熱敏部分需加接引線(xiàn)，外 面還要用殼體加以保護(hù)。 熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨介質(zhì)溫度改變而改變的特性制成的熱敏元件。根據(jù)溫度調(diào)節(jié)的原理不同，控制信號(hào)通過(guò)控制相應(yīng)的開(kāi)關(guān)，或控制通風(fēng)換氣設(shè)備，或控制采暖設(shè)備，或控制降溫系統(tǒng)，或控制幕簾系統(tǒng)，對(duì)室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。在溫室自動(dòng)化管理系統(tǒng)中應(yīng)用的傳感器主要有溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、 CO2濃度傳感器等。 數(shù)據(jù)采集器：配置 1 臺(tái)數(shù)據(jù)采集器，負(fù)責(zé)完成室外傳感器數(shù)據(jù)采集，及本地顯示。 硬件配置 傳感器部分：數(shù)字式溫濕度一體化傳感器 ；數(shù)字式光照強(qiáng)度傳感器；風(fēng)速及風(fēng)向傳感器。 機(jī)電 082 05 號(hào) 李進(jìn) 傳感器在智能溫室中的應(yīng)用 15 系統(tǒng)主要組成設(shè)備：控制中心設(shè)名牌 PC 主機(jī)，網(wǎng)絡(luò)集線(xiàn)器，打印機(jī)，顯示器各一臺(tái)，該中心完成對(duì)系統(tǒng)的日常操作和管理、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通訊調(diào)度等功能。并能夠通過(guò)通道內(nèi)電子顯示屏實(shí)時(shí)顯示。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要設(shè)備均采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，具有以下功能： （ 1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)控及數(shù)據(jù)處理：完成溫室內(nèi)、外環(huán)境參數(shù)的測(cè)量及對(duì)溫室內(nèi)設(shè)備的控制運(yùn)行，在主機(jī)上完成對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)控制操作及數(shù)據(jù)處理。 13 計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng) 監(jiān)測(cè)各個(gè)分區(qū)內(nèi)溫、濕度，并根據(jù)需要對(duì)溫室開(kāi)窗通風(fēng)、遮陽(yáng)、強(qiáng)制降溫等系統(tǒng)進(jìn)行控制。通道內(nèi)控制柜，控制外遮陽(yáng)，北側(cè)墻開(kāi)窗及室內(nèi)照明等。通道內(nèi)設(shè)置照明裝置，同套內(nèi)和分區(qū)內(nèi)均采用單獨(dú)控制。室內(nèi)設(shè)置排水系統(tǒng)，并與外部排水系統(tǒng)聯(lián)通。并安裝水表、電表。11 排水系統(tǒng) 溫室四周外側(cè)采用瓷磚進(jìn)行 裝飾，內(nèi)側(cè)采用水泥抹面；在溫室四周設(shè)有混凝土散水，寬度、厚度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，散水外設(shè)置排水溝 (加蓋 )。 9 環(huán)流風(fēng)機(jī)系統(tǒng) 為每跨配備 2 臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)（根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)需要匹配型號(hào)），共布置 10 臺(tái)，采用手動(dòng) /自動(dòng)啟閉，與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)連接。要求在冬季最冷時(shí)，室內(nèi)最低溫度不低于 15℃?；旌鲜酵L(fēng)系統(tǒng)同樣也是根據(jù)溫室控制系統(tǒng)采集室內(nèi)外氣候參數(shù)以及用戶(hù)管理設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)，通過(guò)控制算法建立模式判斷，并隨溫室內(nèi)外氣候的變化進(jìn)行通風(fēng)調(diào)整。其中，部分的自然通風(fēng)窗體可用作機(jī)械通風(fēng)的進(jìn)風(fēng)口。在有利的氣候條件下，利用熱壓和風(fēng)壓產(chǎn)生的自然驅(qū)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)通風(fēng)要求；而在不利的氣候條件下，通過(guò)機(jī)械負(fù)壓抽風(fēng)實(shí)現(xiàn)主 動(dòng)控制性。對(duì)于亞熱帶季風(fēng)氣候類(lèi)型，其四季分明，春秋季節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，夏季有持續(xù)的高溫期，有時(shí)一天中的氣候變化輻度也很大。在室外氣候適合自然通風(fēng)的情況下，機(jī)械通風(fēng)關(guān)閉；當(dāng)溫室內(nèi)的溫濕度將升高至設(shè)定限度時(shí)，自然通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉而機(jī)械通風(fēng)開(kāi)啟。自然通風(fēng)根據(jù)窗體開(kāi)度劃分為通風(fēng)等級(jí)；機(jī)械通風(fēng)根據(jù)風(fēng)機(jī)的數(shù)量，劃分 一級(jí)強(qiáng)制通風(fēng)與二級(jí)強(qiáng)制通風(fēng)。 而溫室混合式通風(fēng)系統(tǒng)（ hybrid ventilation）的技術(shù)方法，屬一種新的節(jié)能型通風(fēng)方式，它通過(guò)自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)的相互轉(zhuǎn)換或兩種通風(fēng)模式的共存來(lái)實(shí)現(xiàn)。國(guó)外的研究也十分關(guān)注加強(qiáng)自然通風(fēng)問(wèn)題，如近來(lái)出現(xiàn)的可收放的全開(kāi)型屋頂通風(fēng)溫室等?，F(xiàn)代溫室多以機(jī)械通風(fēng)為主，其可 控性強(qiáng)，通風(fēng)效果可靠，但要消耗一定的能源。 機(jī)電 082 05 號(hào) 李進(jìn) 傳感器在智能溫室中的應(yīng)用 13 5 溫室 側(cè) 部開(kāi)窗系統(tǒng) 采用分區(qū)獨(dú)立控制，窗戶(hù)大小為 ，寬每跨設(shè)置 12 個(gè)；共為該溫室設(shè)置 5 套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，均采用手動(dòng) /自動(dòng)啟閉，與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)連接。在南方地區(qū)氣候高溫高濕，地下潛 水也比較豐富，在地下 10m處的水溫一般高于年平均氣溫 2℃左右，利用這種區(qū)域特點(diǎn)，低溫的 地下潛水用作管道的循環(huán)降溫，降溫后尾水再作其它有序利用。級(jí)差排序則在校驗(yàn)過(guò)程中為可能出現(xiàn)的偏差進(jìn)行模式調(diào)整時(shí)提供最接近的組合方案。外部氣候不穩(wěn)定性的變化，需要系統(tǒng)這種多態(tài)性的工作方式去相協(xié)和。組合降溫是目前最好的解決措施，該系統(tǒng)由降溫膜、外遮陽(yáng)、自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)、濕簾風(fēng)機(jī)和地下水管道循環(huán)等多種方式組合降溫系統(tǒng)組合流程圖如 1 所示。 濕簾安裝在溫室通道的南側(cè)，天溝下部，濕簾外采用防蟲(chóng)網(wǎng)密封，風(fēng)機(jī)安裝在溫室南側(cè)，在通道的北側(cè)，即溫室的北側(cè)部，對(duì)應(yīng)濕簾設(shè)置電動(dòng)窗系統(tǒng)，電動(dòng)窗啟動(dòng)方式，采用手動(dòng) /自動(dòng)啟閉，與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)連接。 3 風(fēng)機(jī) 濕簾降溫系統(tǒng) 濕簾采用鋁合金框架，濕簾高度 適宜 ，共設(shè)置 4 套供水系統(tǒng)，即每個(gè)分區(qū) 1套，均為單獨(dú)控制，并可與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)連接。通道內(nèi)部不布置。系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)采用齒輪齒條驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 溫室電控柜上裝有手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)連接 。系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)采用齒輪齒條驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 機(jī)電 082 05 號(hào) 李進(jìn) 傳感器在智能溫室中的應(yīng)用 12 第四章 溫室設(shè)置 （降溫、通風(fēng)、采暖、排水等） 溫室設(shè)置有外遮陽(yáng)系統(tǒng)；內(nèi)遮陽(yáng)系統(tǒng)；風(fēng)機(jī) 濕簾降溫系統(tǒng)；側(cè)部開(kāi)窗系統(tǒng)；頂部電通風(fēng)系統(tǒng)；噴淋系統(tǒng)、移動(dòng)苗床系統(tǒng)；采暖系統(tǒng)；電控系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)；防滴露系統(tǒng)；環(huán)流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等。應(yīng)根據(jù)不同的作物和不同的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期以及天氣條件等來(lái)調(diào)整二氧化碳的施放濃度。 溫室內(nèi)二氧化碳的管理就是掌握好濃度。 CO2施肥在國(guó)外己由試驗(yàn)發(fā)展到實(shí)際應(yīng)用階段。 CO2濃度 CO2 是作物進(jìn)行光合作用的主要原料，蔬菜作物的產(chǎn)量 90%~95%靠光合作用制造。人們?cè)谶x擇人工光源時(shí)，一般根據(jù)光源的光譜性能、發(fā)光效率、壽命和價(jià)格等方面來(lái)考慮。而啟動(dòng)遮陽(yáng)網(wǎng)，可以使光照度下降到 3 萬(wàn) lx 左右，遮光效果約 15%，這一光強(qiáng)度對(duì)蔬菜作物是合適的。夏天，中午前后光照強(qiáng)度大，室外空曠地可達(dá) 8~10 萬(wàn) lx，室內(nèi)也有 5~8 萬(wàn) lx，超過(guò)了一般葉菜類(lèi)作物的光飽和點(diǎn)。 光照的強(qiáng)度直接影響到光合作用的強(qiáng)度。而光的影響沒(méi)有這樣明顯，一時(shí)的缺光，還不致于死亡。沒(méi)有光照，就談不上植物的生長(zhǎng)，光照不足，勢(shì)必影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。在溫室中應(yīng)用滲灌灌水均勻，能提高地溫，保持土壤疏松，降低室內(nèi)濕度，減輕病害發(fā)生，生育期提前。當(dāng)濕度較高的情況下，可能會(huì)誘發(fā)一些病蟲(chóng)害?？諝鉂穸扔每諝獾南鄬?duì)濕度而不用絕對(duì)濕度來(lái)表示，因?yàn)橄鄬?duì)濕度更能反應(yīng)事實(shí)。因此在溫室中應(yīng)該考慮到濕度的管理問(wèn)題。但是，當(dāng)土壤含水量逐漸減少時(shí)，植物根部呼吸的水分減少，從而影響植物的水分代謝，阻滯植物的生長(zhǎng)或者使植物出現(xiàn)嚴(yán)重的萎蔫。根據(jù) 1996年和 1997 年 7~8 月 的溫濕度記載，除了陰雨天以外，室內(nèi)午后過(guò)低的空氣濕度會(huì)導(dǎo)致作物發(fā)生光合作用的午休現(xiàn)象 .空氣相對(duì)濕度的大小直接影響到植物的光合作用，因?yàn)楣夂献饔脧?qiáng)，需要更多的水分。在溫室環(huán)境的自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)該考慮到溫室的這種變化情況。下面就這些參數(shù)對(duì)溫室環(huán)境的影響進(jìn)行一定的說(shuō)明 . 溫度 植物在生命周期中的一切生物化學(xué)作用，都必須在一定的溫度條件下進(jìn)行，溫度在空間上隨著緯度和海拔的升高而降低，在時(shí)間上隨四季及晝夜而周期性變化，因此影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件中，以溫度最為敏感，也 最為重要 .作物的種類(lèi)不同對(duì)溫度的要求有所不同，作物的不同發(fā)育期對(duì)溫度亦有不同的要求，而且在同一發(fā)育期間內(nèi)對(duì)溫度的要求也會(huì)隨著晝夜變化而周期性地發(fā)生變化。影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的主要環(huán)境條件包括 ： 溫度 (空氣溫度及土壤溫度 )，光照(光的組成，光強(qiáng)度和光周期 )，水分 (空氣濕度和土壤濕度 )，土壤 (土壤肥力，化學(xué)組成，物理性質(zhì)及土壤溶液的反應(yīng) )，空氣 (大氣及土壤中空氣的特性， CO2 的含量，有毒氣體的含量 )，生物條件 (土壤微生物，雜草及病蟲(chóng)害 )等。 機(jī)電 082 05 號(hào) 李進(jìn) 傳感器在智能溫室中的應(yīng)用 10 第三章 作物生長(zhǎng)發(fā)育與環(huán)境參數(shù) 作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)品器官的形成，一方面取決于作物本身的遺傳特性，另一方面取決于外界環(huán)境條件。分布式控制方式具有價(jià)格低、控制靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，將在以后很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)廣泛應(yīng)用于溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中。目前在溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中，分布式系統(tǒng)是主要發(fā)展方向，系統(tǒng)中不存在一個(gè)控制中心，主要控制功能由各分布的子處理器 機(jī)電 082 05 號(hào) 李進(jìn) 傳感器在智能溫室中的應(yīng)用 9 完成。 智能溫室的發(fā)展趨勢(shì) 近年來(lái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊理論等人工智能方法在國(guó)外溫室環(huán)境控制技術(shù)中得到重視并逐步發(fā)展，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用較廣。目前國(guó)內(nèi)單因子監(jiān)測(cè)控制較多，控制主要采用傳統(tǒng)的一些方法 (如常規(guī)的 PID 調(diào)節(jié) )，精度和穩(wěn)定性方面與國(guó)外還有一定差距。 國(guó)內(nèi)智能溫室的發(fā)展現(xiàn)狀 在我國(guó)將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于溫室控制開(kāi)始于 20 世紀(jì) 70 年代中期，自 70 年代末起，我國(guó)陸續(xù)從以色列、美國(guó)、日本、荷蘭等國(guó)引進(jìn)了許多先進(jìn)的現(xiàn)代化溫室，在吸