農(nóng)業(yè)園藝溫室的智能化控制系統(tǒng)分析

殷瑞芝

摘 要 農(nóng)業(yè)園藝溫室的智能化控制系統(tǒng)可以搜集整體相關(guān)環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)，以達(dá)到對(duì)各個(gè)環(huán)境因素進(jìn)行控制的目的?；诖耍偨Y(jié)溫室智能化控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，并以4種不同硬件控制系統(tǒng)的智能化控制系統(tǒng)為例，說(shuō)明我國(guó)智能化控制系統(tǒng)的進(jìn)步性。最后，提出現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)園藝溫室的智能化控制系統(tǒng)的問(wèn)題，期待研究人員可以解決相關(guān)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)；溫室；智能化控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：S625 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2015）24--02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的步伐也越來(lái)越快。采用智能化系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)園藝溫室進(jìn)行控制不僅是研究人員的研究對(duì)象，也是實(shí)踐的重點(diǎn)。本文認(rèn)為，不同溫室內(nèi)的農(nóng)作物需要不同的溫度、濕度和光照等環(huán)境因素，采用智能化控制，可以提高環(huán)境因素控制的精確度，提高產(chǎn)量。

1 溫室智能化控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程

在20世紀(jì)80年代，我國(guó)開(kāi)始了農(nóng)業(yè)園藝溫室智能化控制系統(tǒng)的研究。在研究初期，研究人員就已經(jīng)掌握了溫室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)。直到20世紀(jì)90年代末，通過(guò)向西方國(guó)家進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，我國(guó)的溫室智能控制技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，可以自行生產(chǎn)先進(jìn)的環(huán)境控制設(shè)備。在研究人員的努力下，我國(guó)溫室智能化控制系統(tǒng)從無(wú)自主生產(chǎn)能力到具有自主創(chuàng)新能力，取得了長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步。2012年，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和嵌入式技術(shù)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。這種智能系統(tǒng)可以對(duì)溫室的里外環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，并顯示溫度和濕度情況。同時(shí)，可以根據(jù)不同農(nóng)作物的要求對(duì)環(huán)境進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，以滿足農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。

2 采用智能化控制系統(tǒng)的意義

農(nóng)作物生長(zhǎng)需要合適的光照、二氧化碳、溫度和濕度等，缺乏任何一項(xiàng)因素都難以健康成長(zhǎng)。農(nóng)業(yè)園藝溫室的智能化控制系統(tǒng)可以搜集整體相關(guān)環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)，以達(dá)到對(duì)各個(gè)環(huán)境因素進(jìn)行控制的目的。從農(nóng)作物產(chǎn)量的角度來(lái)看，智能化控制系統(tǒng)可以增產(chǎn)增量，最大限度地提高農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)效益。從農(nóng)作物質(zhì)量的角度來(lái)看，智能化控制可以保證農(nóng)作物的質(zhì)量，提高單株農(nóng)作物的價(jià)值。從環(huán)境保護(hù)的角度來(lái)看，智能化控制系統(tǒng)可以精確化肥用量，確保不過(guò)量使用農(nóng)藥和化肥，避免溫室內(nèi)部對(duì)外部環(huán)境的污染。

3 農(nóng)業(yè)園藝溫室智能化控制硬件系統(tǒng)

在研究人員的努力下，我國(guó)的農(nóng)業(yè)園藝溫室智能化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。系統(tǒng)中最重要是便是智能控制硬件系統(tǒng)。目前，我國(guó)的溫室智能控制系統(tǒng)有4種模式。

3.1 以單片機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)

以單片機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的組成部分包括控制設(shè)備、智能傳感器、底層基本結(jié)構(gòu)和前臺(tái)機(jī)組。前臺(tái)機(jī)組的核心即是單片機(jī)，單片機(jī)可以自動(dòng)控制和檢測(cè)數(shù)據(jù)，其測(cè)量數(shù)據(jù)可以自動(dòng)存儲(chǔ)并輸送至主計(jì)算機(jī)內(nèi)，在主計(jì)算機(jī)內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。以單片機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)可以對(duì)溫室里外的濕度、溫度和光照等環(huán)境因素進(jìn)行測(cè)量，并輸出測(cè)量數(shù)據(jù)，控制相應(yīng)設(shè)備。以單片機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)成本較低，且操作簡(jiǎn)單，但也有部分缺點(diǎn)，如故障率較高和布線復(fù)雜等。

3.2 以可編程邏輯控制器為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)

以可編程邏輯控制器為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的功能齊全、可靠性較高且抗干擾能力較強(qiáng)，達(dá)到高效溫室的控制要求。其主要原理在于監(jiān)測(cè)溫室里外的環(huán)境因素，并與上位機(jī)通信，為農(nóng)作物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)參數(shù)。2011年，陶平[1]設(shè)計(jì)了以可編程邏輯控制器為基礎(chǔ)的主控結(jié)構(gòu)，將從主節(jié)點(diǎn)輸出的數(shù)據(jù)傳輸至可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，從而滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)要求。

3.3 以工業(yè)控制機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)

以工業(yè)控制機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)是由工控機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出輸入設(shè)備和多種傳感器組成的。2008年，針對(duì)溫室農(nóng)作物的生長(zhǎng)需要，石磊[2]等研制了基于ARM微控制器的溫室智能控制系統(tǒng)。ARM溫室智能控制系統(tǒng)用微處理器代替單片機(jī)，配合繼電器和傳感器對(duì)溫室里外的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，該設(shè)計(jì)方式提高了硬件的功能性，而且系統(tǒng)的整體性也有所提高。以工業(yè)控制機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，成本較低且維修方便。

3.4 以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)

以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)意味著信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)控制功能。這種方案增加了系統(tǒng)的信息量，減少了傳輸信息的光纜長(zhǎng)度。該系統(tǒng)成本較低，布線簡(jiǎn)單，可以長(zhǎng)距離傳輸信息且可靠性較高，非常適用于大面積溫室控制，這些優(yōu)勢(shì)表明以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。2008年，陳東陽(yáng)[3]設(shè)計(jì)了以AT89C51WD單片機(jī)為基礎(chǔ)的高性能網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，對(duì)溫室采用參數(shù)控制。

4 現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)園藝溫室的智能化控制系統(tǒng)的問(wèn)題

近幾年，雖然農(nóng)業(yè)園藝溫室的智能化控制系統(tǒng)的功能取得了進(jìn)步，但仍存在著一些不足，主要有：第一，溫室自動(dòng)控制主要以單環(huán)境因素為主，無(wú)法對(duì)氧氣、二氧化碳、溫度和濕度等方面因子進(jìn)行綜合研究；第二，我國(guó)大部分地區(qū)的溫室控制智能化程度較低，依然在依靠個(gè)體經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行環(huán)境管理，并未實(shí)現(xiàn)智能化；第三，多數(shù)地區(qū)的溫室管理方法較為粗放，無(wú)法根據(jù)具體農(nóng)作物的要求進(jìn)行精細(xì)操作；第四，智能化技術(shù)使用率較低，主要局限于大型農(nóng)業(yè)公司和企業(yè)。要克服這四點(diǎn)困難，未來(lái)還需對(duì)溫室智能控制系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行研究，以降低成本，提高應(yīng)用率。

5 總結(jié)

在發(fā)達(dá)國(guó)家，農(nóng)業(yè)園藝溫室應(yīng)用智能化控制系統(tǒng)的范圍較為廣泛。在我國(guó)，智能化控制系統(tǒng)的大范圍應(yīng)用還有很長(zhǎng)的一段路要走。本文首先總結(jié)了溫室智能化控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，認(rèn)為溫室智能控制系統(tǒng)對(duì)農(nóng)作物的數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境都具有重要意義。然后以4種不同硬件控制系統(tǒng)的智能化控制系統(tǒng)為例子，說(shuō)明我國(guó)智能化控制系統(tǒng)的進(jìn)步性。最后，提出現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)園藝溫室的智能化控制系統(tǒng)的問(wèn)題，期待研究人員可以解決相關(guān)問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]陶平.PLC智能控制系統(tǒng)在棚栽溫室上的應(yīng)用[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，4（15）：947-951.

[2]石磊，李天華.基于作物生長(zhǎng)模型的溫室智能控制系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2008，2（9）：71-73.

[3]陳東陽(yáng).基于AT89C51單片機(jī)的蔬菜大棚控制系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2008，1（28）：4-6.

（責(zé)任編輯：趙中正）