緒論：寫作既是個(gè)人情感的抒發(fā)，也是對(duì)學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的1篇淺析溫室大棚智能控制系統(tǒng)范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發(fā)。

淺析溫室大棚智能控制系統(tǒng):溫室大棚智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探索

【摘要】基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚，能夠改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)受地域、自然環(huán)境、氣候等諸多因素的限制，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大意義。本文設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫室大棚的溫、濕度等環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能調(diào)控等，為智能農(nóng)業(yè)提供了一個(gè)典型案例。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；溫室大棚；智能控制系統(tǒng)；智能農(nóng)業(yè)

1.引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)智能化成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，農(nóng)作物溫室環(huán)境智能控制技術(shù)為農(nóng)業(yè)智能化提供了新的動(dòng)力，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚，突破了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)受地域、自然環(huán)境、氣候等諸多因素的限制，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了重大意義。美國(guó)、以色列等西方國(guó)家在農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境智能控制技術(shù)方面發(fā)展迅速，相繼出現(xiàn)了融合氣候調(diào)節(jié)、農(nóng)田灌溉與作物的肥料供應(yīng)的一個(gè)整體的一體化的溫室網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)各種生產(chǎn)管理進(jìn)行融合，然后根據(jù)傳感器的輸入來(lái)調(diào)節(jié)各部分進(jìn)行執(zhí)行動(dòng)作，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)最有效的手段進(jìn)行溫室控制。目前我國(guó)的農(nóng)作物溫室環(huán)境控制技術(shù)智能化程度較低，通信傳輸及數(shù)據(jù)控制方法較為落后，缺乏多信息融合、分析及處理的大數(shù)據(jù)支撐。因此導(dǎo)致的灌溉不合理，土壤酸堿度失衡，農(nóng)業(yè)污染嚴(yán)重，生產(chǎn)效率低下，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降等問(wèn)題影響了農(nóng)作物溫室環(huán)境智能控制技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而影響了整個(gè)農(nóng)業(yè)智能化的發(fā)展進(jìn)程。因此，本文設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫室大棚的溫、濕度等環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能調(diào)控等，為智能農(nóng)業(yè)提供一個(gè)典型案例。

2.系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

2.1應(yīng)用場(chǎng)景（見(jiàn)圖1-1）通過(guò)在溫室大棚中布設(shè)溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、土壤水分傳感器、光照傳感器、風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器等環(huán)境信息采集設(shè)備，實(shí)時(shí)采集大棚溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照、風(fēng)向、風(fēng)速及土壤濕度等環(huán)境參數(shù)，并將所采集的信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)上傳到上層監(jiān)控平臺(tái)，經(jīng)過(guò)分析、處理后，可利用移動(dòng)智能終端或PC實(shí)時(shí)監(jiān)控溫室大棚的情況，并可對(duì)排風(fēng)扇、水泵、噴頭、遮陽(yáng)簾、補(bǔ)光燈、加熱燈等可執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，整個(gè)系統(tǒng)可用太陽(yáng)能進(jìn)行能量供給。2.2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1-2）本系統(tǒng)由應(yīng)用層、傳輸層、感知層這三個(gè)層次構(gòu)成。應(yīng)用層：采用應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)作為運(yùn)行和管理平臺(tái)，應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)是一個(gè)集成的部署、測(cè)試、開(kāi)發(fā)環(huán)境，具有完善的業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)、業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和高效的運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)。用戶可通過(guò)電腦上的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控、節(jié)點(diǎn)管理、信息管理、可控設(shè)備管理等功能。傳輸層：系統(tǒng)可通過(guò)有線和無(wú)線的通信網(wǎng)絡(luò)，將感知層中的終端機(jī)具采集的數(shù)據(jù)上傳到應(yīng)用層，同時(shí)將應(yīng)用層的指令下發(fā)給感知層中的設(shè)備，作為中間數(shù)據(jù)交互的承載體。感知層：主要包含排風(fēng)扇、噴頭、加熱燈、遮陽(yáng)簾、傳感器等設(shè)備，通過(guò)傳感器采集環(huán)境信息并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)層上傳給平臺(tái)；通過(guò)接收上層下發(fā)的控制命令，可實(shí)現(xiàn)對(duì)排風(fēng)扇、噴頭、遮陽(yáng)簾、加熱燈等設(shè)備的控制。2.3整體技術(shù)設(shè)計(jì)描述系統(tǒng)利用微電網(wǎng)自發(fā)電系統(tǒng)提供的綠色新能源作為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的能量供應(yīng)，在大棚中布置溫度、濕度、光照、CO2等工業(yè)級(jí)傳感器采集環(huán)境信息，在土壤中布置土壤水分、PH值等工業(yè)級(jí)傳感器對(duì)土壤進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的整體監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)；通過(guò)本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析及大數(shù)據(jù)參考，提供最合理的溫室環(huán)境調(diào)節(jié)方案，保障各項(xiàng)調(diào)節(jié)設(shè)備的高效率運(yùn)行；通過(guò)大數(shù)據(jù)分析及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，控制溫室設(shè)備的通風(fēng)、溫度、濕度、補(bǔ)光、灌溉等調(diào)控設(shè)備的可靠運(yùn)行；利用無(wú)線傳輸技術(shù)將收集的信息傳送至云服務(wù)器，利用云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)參考?xì)v史數(shù)據(jù)的綜合分析后，再將無(wú)線傳輸控制信號(hào)傳輸至設(shè)備端，智能化調(diào)控加熱燈、霧化噴頭、補(bǔ)光燈、通風(fēng)扇等可控設(shè)備，為農(nóng)作物健康快速生長(zhǎng)營(yíng)造一個(gè)綠色、環(huán)保、舒適的環(huán)境。

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果

通過(guò)本方案設(shè)計(jì)的溫室大棚，能夠很好地節(jié)能，以60m*10m大的溫室大棚為例，其中所有設(shè)備的每天運(yùn)行能耗情況如下表所示，每天總能耗約24度。在太陽(yáng)能發(fā)電方面，采用的是功率為2000W的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，每天的總發(fā)電量為14度。本項(xiàng)目將微電網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)每天的發(fā)電量供給溫室大棚設(shè)備的日常運(yùn)作，溫室大棚每天的總耗電量為24.218度，微電網(wǎng)每天總發(fā)電量為14度，因此可節(jié)約整個(gè)溫室大棚57.8%的外部電網(wǎng)供電。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文圍繞基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行溫室大棚智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，給出了總體方案，限于篇幅，沒(méi)有附上系統(tǒng)的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)，但通過(guò)實(shí)驗(yàn)，總體效果不錯(cuò)，能夠很好地節(jié)能減排，為智能農(nóng)業(yè)提供了一個(gè)可借鑒的典型案例。

作者：胡自強(qiáng) 單位：福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院

淺析溫室大棚智能控制系統(tǒng):關(guān)于溫室大棚智能控制系統(tǒng)的研究

【關(guān)鍵詞】溫室 大棚 智能 系統(tǒng)

溫室大棚管理涉及到環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個(gè)方面，綜合性高、復(fù)雜性強(qiáng)。如果想要合理控制必須根據(jù)環(huán)境變化的規(guī)律、植物生長(zhǎng)的特點(diǎn)對(duì)于智能系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

溫室大棚總體處在封閉的一種狀態(tài)下，其中培育生長(zhǎng)的作物生長(zhǎng)狀況和大棚內(nèi)部的各種因素都有關(guān)聯(lián)性。創(chuàng)造出適合的環(huán)境可以讓作物保持良好的生長(zhǎng)狀態(tài)。其中和環(huán)境參數(shù)相關(guān)的因素包括土壤濕度、空氣濕度、空氣溫度、二氧化碳濃度等等。通過(guò)智能化的控制和調(diào)節(jié)能夠保證好的環(huán)境基礎(chǔ)，這也是大棚應(yīng)用的最大優(yōu)勢(shì)之處。通過(guò)智能化的控制保證資源的最大化利用，通過(guò)合理的監(jiān)控，能夠創(chuàng)造出滿足生長(zhǎng)條件的最佳環(huán)境。

2 大棚環(huán)境參數(shù)分析

2.1 空氣溫度

保證溫度是植物生長(zhǎng)過(guò)程中的必然因素，其對(duì)于植物的所有生命活動(dòng)具有影響，包括植物的發(fā)芽、根系生長(zhǎng)、呼吸作用、光合作用等等。不同植物對(duì)于溫度的需求不一致，通常狀況分析，由于需要光合作用，因此白天的溫度應(yīng)該比晚上的溫度高一些。大部分的果菜類植物生長(zhǎng)溫度白天控制在二十度到三十度之間，夜晚為十度到十八度之間。通過(guò)智能系統(tǒng)合理的控制溫度及時(shí)的調(diào)節(jié)能夠促進(jìn)植物的生長(zhǎng)代謝。

2.2 空氣濕度

大棚內(nèi)空氣的相對(duì)濕度是需要監(jiān)控的外部因素之一。通過(guò)調(diào)整濕度能夠降低植物蒸騰量，促進(jìn)光合作用，保證植物生長(zhǎng)需求。如果濕度過(guò)高會(huì)影響植物莖葉生長(zhǎng)，甚至容易發(fā)生病蟲(chóng)害，反之濕度過(guò)低就會(huì)影響水分吸收。因此最好將濕度控制在百分之五十到百分之八十五。

2.3 光照強(qiáng)度

光照也是植物生長(zhǎng)中必須的能量源頭，通過(guò)智能系統(tǒng)對(duì)于棚內(nèi)光照強(qiáng)度和時(shí)間進(jìn)行合理控制，結(jié)合不同植物的種類進(jìn)行智能化調(diào)整，滿足植物的生長(zhǎng)能量來(lái)源。

2.4 二氧化碳強(qiáng)度

研究分析發(fā)現(xiàn)二氧化碳也是植物生長(zhǎng)中必須的物質(zhì)。在大棚中空氣流通能力不好，作物會(huì)消耗二氧化碳造成濃度的進(jìn)一步降低，最終削弱光合作用，通過(guò)智能化系統(tǒng)將棚內(nèi)部的二氧化碳濃度始終保持在適宜的范圍內(nèi)能夠促進(jìn)植物發(fā)育。

2.5 土壤濕度

大棚中土壤的水分含量將對(duì)于植物的存活甚至生長(zhǎng)起到?jīng)Q定性作用。如果土壤的水分含量過(guò)低，容易影響植物光合作用，造成生長(zhǎng)發(fā)育不良；如果土壤濕度過(guò)高，對(duì)于土壤內(nèi)部的微生物造成作用，影響植物根系的呼吸、生長(zhǎng)，造成吸收效果不好。大棚內(nèi)部的濕度還會(huì)受到空氣濕度、光照等因素的影響，所以合理的監(jiān)控濕度也是必然選擇。

3 控制決策選擇

（1）大棚內(nèi)部整體環(huán)境溫度、濕度的變化是有一定過(guò)程的，總體呈現(xiàn)出非線性狀態(tài)，如果采用傳統(tǒng)的反饋控制調(diào)節(jié)手段，將會(huì)造成系統(tǒng)的超調(diào)，進(jìn)一步影響生物生長(zhǎng)，因此智能控制過(guò)程中需要利用模糊邏輯控制的原則管理，同時(shí)考慮兩者之間的耦合性，濕度的變化會(huì)改變溫度，加熱升溫同時(shí)會(huì)造成濕度降低。

（2）結(jié)合不同植物的光照補(bǔ)償點(diǎn)、飽和點(diǎn)設(shè)定強(qiáng)度的最高值和最低數(shù)值。如果出現(xiàn)陰雨天氣時(shí)候合理利用繼電器進(jìn)行補(bǔ)光；光照強(qiáng)度高于最大值時(shí)候利用遮陽(yáng)網(wǎng)進(jìn)行遮擋。

（3）智能監(jiān)控系統(tǒng)可以采用液態(tài)二氧化碳發(fā)生器，利用繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)于濃度變化的監(jiān)督管理和調(diào)節(jié)。

（4）土壤濕度營(yíng)養(yǎng)的變化需要利用繼電器控制水、肥電磁閥來(lái)管理。或是采用滴灌的方式，將傳統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代滴灌技術(shù)結(jié)合到一起，制造出肥水溶液，將肥水溶液通過(guò)輸水管道定時(shí)、定量的輸送到植物的根系。保證土壤內(nèi)部水肥的含量始終處于有利的狀態(tài)下。這種膜下滴灌技術(shù)能夠局部調(diào)節(jié)，不會(huì)造成土壤結(jié)構(gòu)的破壞，水量蒸發(fā)損失少，能夠避免水分的回轉(zhuǎn)。

4 設(shè)計(jì)基本原則

4.1 穩(wěn)定安全性

想要保證整個(gè)系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，傳感器系統(tǒng)內(nèi)部的精確度要比較高同時(shí)穩(wěn)定性好，能夠處理面對(duì)大棚內(nèi)復(fù)雜環(huán)境條件的變化，如果采集信息中出現(xiàn)失誤，應(yīng)該能夠通過(guò)智能系統(tǒng)及時(shí)的辨別，最大化保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.2 可擴(kuò)展性原則

近年來(lái)隨著大棚智能控制技術(shù)的發(fā)展，棚內(nèi)環(huán)境的綜合監(jiān)控要求進(jìn)一步提升，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須保證可擴(kuò)展性，進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)，讓產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代。

4.3 界面調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單性原則

用戶最終的操作界面應(yīng)該應(yīng)用比較簡(jiǎn)單，操作流程、設(shè)定參數(shù)等各個(gè)步驟要方便快捷，滿足使用者的需求標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)時(shí)的監(jiān)控現(xiàn)實(shí)各種數(shù)據(jù)的變化，提供對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言提示功能。

4.4 低成本性原則

無(wú)論設(shè)計(jì)何種系統(tǒng)都必須考慮到經(jīng)濟(jì)投入方面的問(wèn)題。大棚智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該滿足基本系統(tǒng)運(yùn)行條件下，控制資金的投入量，縮小系統(tǒng)運(yùn)行的成本。在滿足基本使用需求的條件上選擇低成本的元器件，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電路。

5 硬件部分設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集部分和控制單元部分，數(shù)據(jù)采集部分含有通信模塊、傳感器模塊、微控制器模塊，完成大棚內(nèi)部各種環(huán)境數(shù)據(jù)的采集傳輸。控制單元包括電源、人機(jī)交換部分、微控制器、語(yǔ)音播報(bào)、報(bào)警模塊、輸出控制部分、通信部分，通過(guò)顯示、智能控制、手動(dòng)控制完成具體的任務(wù)。

6 軟件部分設(shè)計(jì)

軟件部分包括控制單元軟件設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)采集單元軟件設(shè)計(jì)。控制單元軟件設(shè)計(jì)包括智能的顯示、控制、數(shù)據(jù)傳輸、語(yǔ)音播報(bào)、超限報(bào)警等等，其將收集到的資料和原本預(yù)設(shè)的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步調(diào)節(jié)整個(gè)大棚的環(huán)境參數(shù)，保證植物生長(zhǎng)的最適合條件。數(shù)據(jù)采集有環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和傳輸。實(shí)現(xiàn)控制單元和數(shù)據(jù)采集之間數(shù)據(jù)交換的為RS485總線通訊方式。

總而言之，設(shè)施農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代化的標(biāo)志，溫室大棚是重要的構(gòu)成部分，提升大棚系統(tǒng)的綜合控制水平，最大化發(fā)揮出高效農(nóng)業(yè)規(guī)模化的優(yōu)勢(shì)，由此推進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)新的局面，帶動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)步入新的臺(tái)階。

淺析溫室大棚智能控制系統(tǒng):蔬菜溫室大棚供熱設(shè)備及智能控制系統(tǒng)的研制

摘要：通過(guò)采暖熱負(fù)荷的計(jì)算，從理論上確定了溫室大棚所需供熱的總熱量，為設(shè)備的選擇提供了理論基礎(chǔ)。創(chuàng)新性的將工業(yè)電磁加熱技術(shù)及熱水暖風(fēng)機(jī)技術(shù)應(yīng)用于溫室大棚供熱系統(tǒng)，充分保證了供熱的穩(wěn)定性及便利性。開(kāi)發(fā)了溫濕度智能系統(tǒng)，將智能控制引入到蔬菜溫室大棚，提高了蔬菜溫室大棚的可控性能。

關(guān)鍵詞：溫室大棚；供熱；采暖熱負(fù)荷；控制

前言

我國(guó)溫室產(chǎn)業(yè)起步比較晚。自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)了現(xiàn)代化溫室成套設(shè)備[1]。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[2]。尤其在溫室配套設(shè)備方面，還存在許多不足，特別是在溫室采暖方面，我國(guó)的溫室采暖設(shè)備主要是針對(duì)玻璃溫室，這種溫室造價(jià)很高，主要是養(yǎng)護(hù)花卉等高價(jià)作物。然而，對(duì)于造價(jià)相對(duì)較低的蔬菜溫室大棚來(lái)說(shuō)，目前的采暖設(shè)備絕大多數(shù)是土法取暖，還沒(méi)有先進(jìn)系統(tǒng)的采暖系統(tǒng)，土法采暖方式存在許多缺點(diǎn)，例如浪費(fèi)燃料、棚內(nèi)溫度不穩(wěn)定、不易控制、限制溫室大棚規(guī)模等缺點(diǎn)[3]。尤其在我國(guó)北方，蔬菜溫室大棚如果冬季不供暖，就無(wú)法生產(chǎn)[4]，因此研究一種蔬菜溫室大棚內(nèi)應(yīng)用的供熱設(shè)備是非常必要的。除此之外，由于價(jià)格等問(wèn)題，針對(duì)造價(jià)相對(duì)較低的蔬菜溫室大棚的溫濕度控制系統(tǒng)嚴(yán)重缺乏，目前溫濕度控制只被用于玻璃溫室，而蔬菜溫室大棚基本上沒(méi)有相應(yīng)的控制系統(tǒng)，因此研究一種價(jià)格低廉的溫濕度控制系統(tǒng)，也是非常必要的。

1熱負(fù)荷計(jì)算

溫室大棚的保溫性能取決于溫室樣式、尺寸、外維護(hù)結(jié)構(gòu)（屋頂、 立面、 門窗）所用材料的熱性能和厚度等[5]。設(shè)計(jì)溫室時(shí)， 應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件選擇溫室的類型、 尺寸， 考慮所用材料的熱性能，選擇合適的外維護(hù)結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)， 保證達(dá)到理想的保溫效果， 避免冬季溫室內(nèi)表面結(jié)露滴水， 同時(shí)在溫室內(nèi)外采用一些保溫措施。采暖熱負(fù)荷是溫室采暖設(shè)計(jì)中最基本的參數(shù)，計(jì)算正確與否， 將直接影響到供暖設(shè)備的大小， 供暖方案的選擇、制定以及供暖系統(tǒng)的使用效果[6]。

根據(jù)本地的氣候特點(diǎn)，大棚結(jié)構(gòu)如下圖1所示，其維護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 溫室大棚結(jié)構(gòu)

大棚維護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)表：

溫室的散熱分為基本散熱、冷風(fēng)滲透散熱和溫室地面滲透散熱三部分。基本傳熱量是由于室內(nèi)外空氣溫度差而通過(guò)各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)（屋面、 墻體等）從室內(nèi)傳向室外的熱量；冷風(fēng)滲透散熱是因溫室維護(hù)結(jié)構(gòu)的密封不嚴(yán)而造成的熱量損耗；溫室地面滲透散熱是由于溫室內(nèi)的地面土壤溫度隨著土層深度的改變而降低，從而造成熱量的流失。因此溫室總的采暖熱負(fù)荷按下式計(jì)算：

基本傳熱量

并且根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及蔬菜生長(zhǎng)適宜溫度，取室內(nèi)溫度為零上15℃，取室外溫度為零下20℃，維護(hù)結(jié)構(gòu)分為三部分計(jì)算，即后墻及東西墻、后坡和前坡三部分，根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)表，將數(shù)據(jù)帶入公式（2）可計(jì)算出：

溫室冷風(fēng)滲透熱量

溫室地面的失熱量

在溫室大棚內(nèi)不同位置的地塊溫度不同，靠近維護(hù)結(jié)構(gòu)的土壤溫度較低，因此將溫室內(nèi)的地塊分為三個(gè)部分，其面積分別為、、，其傳熱系數(shù)分別為=0.465 W/m2 2? ℃、=0.233 W/m 2? ℃、= 0.116 W/m 2 ? ℃。

根據(jù)上表結(jié)構(gòu)參數(shù)可計(jì)算出、、，將相關(guān)數(shù)據(jù)的帶入公式（4），可得

根據(jù)溫室結(jié)構(gòu)，選擇溫室的附加修正系數(shù)=1.02，風(fēng)力附加系數(shù)=1.0，將、、計(jì)算所得的數(shù)據(jù)及、帶入公式（1），可得

由上式可見(jiàn)，溫室大棚總的采暖熱負(fù)荷為34.27（），所以在選擇設(shè)備時(shí)，只能選擇功率大于34.27（）的供熱設(shè)備，否則，溫室大棚內(nèi)的溫度就達(dá)不到預(yù)計(jì)的零上15℃，就會(huì)影響蔬菜的生長(zhǎng)。

2 實(shí)施方案和技術(shù)路線

在總結(jié)國(guó)內(nèi)外溫室配套設(shè)施的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析蔬菜溫室大棚的特點(diǎn)及我國(guó)北方的氣候特征，確定如下實(shí)施方案。

2.1蔬菜溫室大棚供熱設(shè)備

工業(yè)電磁加熱技術(shù)具有升溫快、效率高、可控性好、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，將其用于采暖設(shè)備，可提高采暖設(shè)備的可靠性，能保證蔬菜溫室大棚在冬季安全越冬，并且能降低能源的消耗，減少污染物的排放。

高效散熱裝置采用先進(jìn)的熱水暖風(fēng)機(jī)技術(shù)，可大大提高散熱的效率，減少熱量的消耗，并且能使溫室內(nèi)的空氣產(chǎn)生對(duì)流，保證溫室內(nèi)的各個(gè)角落的溫度恒定。

2.2 智能控制系統(tǒng)

如圖2所示，利用溫度傳感器采集溫室內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)控制電磁采暖設(shè)備停止運(yùn)行，直到室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度，此時(shí)供熱設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)向溫室內(nèi)供熱；

利用濕度傳感器采集溫室內(nèi)的濕度，當(dāng)濕度高于設(shè)定濕度時(shí)自動(dòng)打開(kāi)通風(fēng)口，排放濕氣，直到室內(nèi)濕度低于設(shè)定濕度，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉通風(fēng)口。

圖 2蔬菜溫室大棚控制系統(tǒng)原理圖

2.3主要技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)采暖熱負(fù)荷的計(jì)算、內(nèi)地的氣候特點(diǎn)及蔬菜的生長(zhǎng)條件，可確定主要技術(shù)指標(biāo)：

1）、溫室大棚規(guī)格（長(zhǎng)×寬×高）：

64m×10m×3m

2）、溫室內(nèi)溫度：15℃～30℃

3）、溫室內(nèi)的相對(duì)濕度：白天：50%～60%；夜間：80%～90%

4）、室外平均風(fēng)速：3m/s

5）、電磁爐功率：40Kw

6）、暖風(fēng)機(jī)總散熱功率：60Kw

結(jié)束語(yǔ)

蔬菜溫室大棚供熱設(shè)備及智能控制系統(tǒng)的研制，為現(xiàn)有的蔬菜溫室大棚提供了安全越冬及冬季生產(chǎn)的必要條件，該設(shè)備及智能控制系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、價(jià)格低廉、安裝維修方便、可控性能好等優(yōu)點(diǎn)，除此之外，應(yīng)用該設(shè)備大大改善了蔬菜的品相，減少了燃煤造成的空氣污染，并且大大提高了蔬菜種植戶的經(jīng)濟(jì)收入，從而促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。

淺析溫室大棚智能控制系統(tǒng):蔬菜溫室大棚智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1P

摘 要：本文是蔬菜溫室大棚智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，文章主要從系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)幾個(gè)方面詳細(xì)的論述系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。此控制系統(tǒng)的主要控制對(duì)象是蔬菜溫室大棚內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境因素指標(biāo)，通過(guò)將這些環(huán)境因素指標(biāo)匯集到一起再進(jìn)行分析，得出實(shí)時(shí)的環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果，再通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)的方式進(jìn)行環(huán)境的調(diào)整，以此達(dá)到為農(nóng)作物提供一個(gè)最佳生長(zhǎng)環(huán)境的目的。

關(guān)鍵詞：蔬菜溫室大棚；智能系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

近些年，計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了控制管理系統(tǒng)在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)技術(shù)日新月異的今天，以計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制技術(shù)為基礎(chǔ)的控制管理系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生，其最具有代表性的就是蔬菜溫室大棚智能控制系統(tǒng)。鑒于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以來(lái)，蔬菜在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的經(jīng)濟(jì)效益顯著提升，作為人們生活必需品的來(lái)講，如何在有限的空間中提升它的數(shù)量，在數(shù)量增加的情況下，還保證其質(zhì)量不發(fā)生變化，這是很多農(nóng)業(yè)科學(xué)家探討的課。蔬菜溫室大棚控制系統(tǒng)就是為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而設(shè)計(jì)的。這也是計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要應(yīng)用，也是我國(guó)農(nóng)業(yè)走科學(xué)發(fā)展道路的有效途徑。

一、蔬菜溫室大棚智能控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

蔬菜溫室大棚的環(huán)境系統(tǒng)控制主要通過(guò)環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集來(lái)實(shí)現(xiàn)，環(huán)境的主要參數(shù)主要有溫濕度傳感器，用于測(cè)定農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境溫濕度，光線強(qiáng)度傳感器用于測(cè)定農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的光線強(qiáng)度，而CO2則用于測(cè)定農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境空氣中CO2濃度，系統(tǒng)將這些環(huán)境參數(shù)收集到一起，再由監(jiān)控平臺(tái)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與分析，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析結(jié)果控制命令的執(zhí)行，以此實(shí)現(xiàn)溫室大棚環(huán)境的調(diào)節(jié)。

（一）總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)選定的被控制量為溫室大棚內(nèi)有溫度、濕度、光照強(qiáng)度以及CO2濃度，以溫濕度的控制為主；主要控制手段為加熱、加濕、遮陽(yáng)網(wǎng)、天窗/側(cè)窗及風(fēng)機(jī)等。整個(gè)蔬菜溫室大棚的控制系統(tǒng)主要由DSP監(jiān)控平臺(tái)、數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)點(diǎn)、無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)五部分組成。調(diào)節(jié)方式分為手動(dòng)調(diào)節(jié)與自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種類型。手動(dòng)調(diào)節(jié)主要通過(guò)手動(dòng)來(lái)進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，而自動(dòng)控制模式則需要系統(tǒng)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出命令自動(dòng)進(jìn)行溫室大棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)的調(diào)整。

（二）ZigBee模塊的選型及電路實(shí)現(xiàn)

為了滿足ZigBee模塊的要求，可以選取CC2430芯片，它可以用來(lái)嵌入ZigBee技術(shù)無(wú)線傳輸?shù)钠舷到y(tǒng)，并且滿足系統(tǒng)低成本、低功耗的要求。基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳輸模塊的電路實(shí)現(xiàn)主要進(jìn)行CC2430SoC電路原理設(shè)計(jì)，其與傳感器接口的電路設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)時(shí)鐘與存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)供電電路設(shè)計(jì)、充電電路的設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)CC2430的插座及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)JYAG接口電路的設(shè)計(jì)等。

（三）DSP監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)

蔬菜溫室大棚的智能控制系統(tǒng)的核心就是DSP監(jiān)控平臺(tái)，它主要由五部分組成，即主控芯片DSP，串口模塊、液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊、外圍電路。溫室大棚中的環(huán)境參數(shù)被采集之后，監(jiān)控平臺(tái)要對(duì)這些被采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，采用適宜的算法，完成數(shù)據(jù)的分析匯總，并發(fā)生控制命令。本系統(tǒng)的控制平臺(tái)的主控芯片選擇了DSPTMS320VC5509，此芯片具有數(shù)據(jù)處理速度快，程序執(zhí)行效率高以及功耗小等特點(diǎn)。選定芯片之后，還要進(jìn)行DSP電源模塊電路設(shè)計(jì)，DSP串口電路設(shè)計(jì)、液晶顯示及鍵盤輸入電路的設(shè)計(jì)、程序加載模塊電路的設(shè)計(jì)等。

二、蔬菜溫室大棚智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

蔬菜溫室大棚智能控制系統(tǒng)的軟件是實(shí)現(xiàn)智能控制功能的前提。軟件設(shè)計(jì)主要包括ZigBee節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)、無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等。

（一）ZigBee節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為TI，使用8051C/C++編譯器對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并且是在Z-Stack中的SampleAp工程基礎(chǔ)上進(jìn)行的各個(gè)模塊程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的。此軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需再次實(shí)現(xiàn)ZigBee協(xié)議棧，應(yīng)用用戶層主要完成節(jié)點(diǎn)程序的設(shè)計(jì)就可以了。在此系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)共同組成了ZigBee節(jié)點(diǎn)的硬件部分，因此，在進(jìn)行應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)時(shí)，也要分別進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

（二）無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)主要用來(lái)采集溫室大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、光線強(qiáng)度及CO2濃度等數(shù)據(jù)采集出來(lái)，將通過(guò)數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)將這些數(shù)據(jù)傳送到DSP控制平臺(tái)上。本系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)采集要定時(shí)進(jìn)行，這就需要定義一個(gè)周期性掃描函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。除了要對(duì)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)外，還要對(duì)ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，還有低功耗程序設(shè)計(jì)。

（三）DSP監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

DSP監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)主要包括DSP主程序設(shè)計(jì)、模糊控制程序設(shè)計(jì)、液晶顯示與鍵盤輸入程序設(shè)計(jì)、DSP串口程序設(shè)計(jì)以及自動(dòng)加載程序設(shè)計(jì)。DBP主程序設(shè)計(jì)首先要進(jìn)行程序的初始化，然后通過(guò)啟動(dòng)串口中斷來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)采集的時(shí)間可以手動(dòng)設(shè)定，默認(rèn)時(shí)間為10分鐘。數(shù)據(jù)采集完成后，各個(gè)子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)被整合到一起，得出數(shù)據(jù)匯總與分析結(jié)果，對(duì)結(jié)果進(jìn)行完模糊化處理后可以將控制結(jié)果輸出來(lái)。

三、系統(tǒng)測(cè)試

為了了解系統(tǒng)是否具有穩(wěn)定性與安全可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)后對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能進(jìn)行了測(cè)試。系統(tǒng)測(cè)試分五步來(lái)實(shí)施。

（1）將溫度與濕度傳感器模塊的子節(jié)點(diǎn)放置距離電暖氣與空氣加濕氣10米的距離，將此時(shí)的室內(nèi)溫濕度進(jìn)行測(cè)量并記錄下來(lái)。

（2）將電暖氣與空氣加濕器分開(kāi)2.5米的距離分開(kāi)放置，并將溫濕度傳感器模塊均勻的放置二者之間。

（3）每10分鐘進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，取10次檢測(cè)結(jié)果的平均值，作為最終數(shù)據(jù)采集結(jié)果。

（4）對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行模糊處理，并將此輸出結(jié)果從液晶顯示器顯示出來(lái)。

（5）針對(duì)液晶顯示器的結(jié)果，再對(duì)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置。以達(dá)到農(nóng)作物的最佳生產(chǎn)環(huán)境。

四、結(jié)語(yǔ)

此系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的運(yùn)用可以通過(guò)控制農(nóng)作物生長(zhǎng)條件環(huán)境的手段提升農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。雖然系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性已經(jīng)得到了驗(yàn)證，但是其仍然需要繼續(xù)改進(jìn)的方面。例如，系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，電路硬件方面，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)的可靠性與抗干擾性應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)，應(yīng)進(jìn)一步降低傳感器的功耗，還要繼續(xù)降低系統(tǒng)成本，以便其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。