【正文】 十分發(fā)達的國家，溫室以大型溫室為主。 歐美等國家在 30 年代就相繼建立了人工氣候室。初期是使用儀表對溫室設施中的光照、溫度等參數進行測量，再使用手動或電動執(zhí)行機構（如幕簾、通風設備等）施行簡單控制，隨著傳感元件、儀表及執(zhí)行器技術的進步，逐步發(fā)展成為對溫度、濕度、光照等幾乎所有室內環(huán)境參數分別進行自動控制。70 年代中期，荷蘭、日本、美國、意大利等國家已使用微型計算機控制植物生長環(huán)境。目前，在溫室控制技術方面，荷蘭、美國、以色列、日本等國較為先進。除了對溫室進行監(jiān)控外，計算機優(yōu)化環(huán)境參數、節(jié)能、節(jié)水及設施裝備的可靠性等很多方面都取得了很好的技術成果，并推出了許多新產品。日本、韓國開發(fā)了瓜類、茄果類蔬菜嫁接機器人。資源相對貧瘠的荷蘭溫室生產最值得研究。1999 年一年四季全天候生產的大型溫室有 萬 hm2，其中 90%為玻璃溫室。荷蘭大量投資與溫室相關的基礎研究。重視作物生理、產量、品質與環(huán)境因子之間的定量關系等方面研究，因而設施內綜合環(huán)境控制系統(tǒng)智能化水平高，設施種植技術實現了規(guī)范化和標準化。首先是我國人口眾多。第三是我國農產品成本高，科技含量低，無法形成產業(yè)規(guī)模。農業(yè)環(huán)境綜合控制作為農作物優(yōu)質、高效、高產的手段，是農業(yè)現代化的重要標志，隨著社會經濟的發(fā)展，以溫室為代表的設施農業(yè)將成為現代農業(yè)的發(fā)展主要方向之一，成為 21 世紀最有活力的農業(yè)新產業(yè)。由于國內設施農業(yè)技術比國外落后，必然走一條引進、消化、吸收、創(chuàng)新的路子。這次較大規(guī)模的引進溫室，各地都重視了溫室本身，但卻忽視了對我國氣候的實用性和配套的栽培技術，在運動中存在著冬季能耗高、夏季降溫困難等問題，經濟效益普遍不佳。 “九五”期間，國家科技部將工廠化高效農業(yè)示范工程列為國家重大科技產業(yè)工程，這是唯一的一項農業(yè)產業(yè)示范工程項目。這次打規(guī)模的引進溫室，特別是北京、上海幾個示范園區(qū)，在引進溫室至溫室園藝成套設施硬件的同時，還引進了配套品種、栽培技術、專家系統(tǒng)等軟件成套技術，以及國外相關專家現場指導。80 年代中后期，隨著高效節(jié)能日光溫室生產技術在東北地區(qū)試驗成功，就迅速在我國北方發(fā)展起來，各級政府把其作為帶領農民致富奔小康、培育農村新的經濟增長點的重點措施，各級農業(yè)科研機構也投入了大量的人力、物力進行節(jié)能日光溫室建造及生產技術的專項研究，并取得了重大進展。據統(tǒng)計，全國節(jié)能日光溫室面積到 2022 年底已到達 760 萬畝。（2）能源消耗大，以現代溫室為代表的設施農業(yè)生產企業(yè)效益低下，導致溫室產業(yè)出現了滑坡的現象。（4）計算機控制水平低。 國內外溫室控制技術的研究現狀 現代溫室中常見的能自動控制的調控機構有:頂部通風窗、側面通風窗、外遮陽簾幕、內遮陽簾幕、軸流通風機、降溫濕簾、人工補光燈、二氧化碳施肥器、加熱設備、噴霧系統(tǒng)及熏蒸設備。使用的控制器可以有很多選擇，如單片機、工控機、PLC、通用PC 機等。國內外研究學者對控制系統(tǒng)和控制算法做了大量的研究。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。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。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。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。 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。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。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?；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)。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)。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?？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。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。 。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。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)?？刂破鲗Ρ仁覂葴囟?、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)。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)。 PLC 的溫室自動控制系統(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。 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。網絡通信技術的發(fā)展促進了信息傳播。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。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。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。 ：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。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。可變動的環(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。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。控制器同樣嵌入了藍牙芯片，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。溫室內溫度的調節(jié)和控制包括保溫、加溫和降溫 3 種。溫度的空間分布均勻，時間變化平緩。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。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。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。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，達到降溫目的。 濕度的調節(jié)與控制 土壤濕度要與空氣相對濕度協調一致才能達到溫室濕度的有效控制，濕度調控范圍一般在 60%RH80%RH，精度為士 5%。常用的濕度調節(jié)方式是加濕和去濕。水噴霧法采用雙位或多位控制來實現；蒸汽加濕則采用電極加濕器或澆蒸加濕器實現。在濕度的調節(jié)系統(tǒng)中，溫室內的加濕和去濕則由溫室內的調節(jié)部件完成，這些部件有天窗、側窗、濕簾、風機等。在冬季溫室環(huán)境控制中，默認為溫度控制優(yōu)先的原則，在溫度條件滿足后，再來滿足濕度條件。在夏季降溫加濕的過程中，采用以濕度優(yōu)先的原則。而當溫度過高需要啟動蒸發(fā)降溫執(zhí)行機構時，必須先檢測室內的相對濕度，只有濕度低于某一設定范圍時，才能啟動蒸發(fā)裝置。調節(jié)方法一般有以下四種：（1）改善設施的透光率；（2）應用反光幕；（3）人工補光；（4）遮光。在冬春設施蔬菜生產中，為了保溫，設施經常處于密閉狀態(tài)，缺少內外氣體交換，二氧化碳濃度變幅較大，中午設施內由于光合作用，二氧化碳濃度下降，接近甚至低于補償點，二氧化碳處于虧缺狀態(tài)應當及時的補充二氧化碳。 系統(tǒng)分析根據作物生長所需要的環(huán)境模型制定環(huán)境設施輸出方案是溫室環(huán)境控制的關鍵技術。 系統(tǒng)主要由三部分組成: 由上位機、PLC、數據采集單元及執(zhí)行機構組成。 采用 PLC