智能大棚的研究現(xiàn)狀及設(shè)計原則

摘要：近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，人們生活水平的提高，反季節(jié)水果的需求越來越大。更多的新型科學(xué)技術(shù)也被運(yùn)用到種植中，智能大棚的建設(shè)為農(nóng)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)了很大的力量，智能大棚的普及非常迅速?；趪庵悄艽笈锏南冗M(jìn)理念，智能監(jiān)測及控制技術(shù)可使大棚中的作物始終處于最佳生長環(huán)境，保證作物的產(chǎn)量以及質(zhì)量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：智能大棚;控制;系統(tǒng)

中圖分類號： ?TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2019.16.061

1 智能大棚研究現(xiàn)狀

將智能控制系統(tǒng)應(yīng)用到溫室栽培的作物上就是智能大棚的作用，主要采用最先進(jìn)的生物模擬技術(shù)，利用溫度、濕度、CO2、照度傳感器等模擬最適合溫室植物生長的環(huán)境。檢測大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析通過微電腦，電腦監(jiān)控水幕、風(fēng)扇、遮陽板等棚內(nèi)設(shè)施，改變溫室內(nèi)的生物生長環(huán)境。相比于普通大棚而言，智能大棚智能控制的最大優(yōu)點是其可以相對不斷地控制溫室內(nèi)的環(huán)境。對于環(huán)境要求較高的植物，可以避免因人為因素造成的生產(chǎn)損失。就生產(chǎn)來講，大棚的建設(shè)應(yīng)用了智能控制系統(tǒng)以后，與人工控制的溫室相比，產(chǎn)量和質(zhì)量都得到了大大提高。當(dāng)然，大棚的效益根據(jù)作物的不同也會存在不同的效果，就運(yùn)營成本來講，智能大棚的應(yīng)用為具有一定規(guī)模的種植企業(yè)提供了便利，節(jié)省了企業(yè)的用人數(shù)量，大大降低了成本，節(jié)省下來的資金可以用來對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。智能大棚的應(yīng)用時間越久節(jié)省的勞動經(jīng)費越多，企業(yè)的利潤就會越多。智能大棚強(qiáng)大的系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性，經(jīng)營者可以通過較少的編程或外部設(shè)備的改進(jìn)種植不同種類的農(nóng)作物。

隨著我國現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中現(xiàn)代化的智能溫室大棚已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)同與普及。智能大棚應(yīng)用的技術(shù)和材料相比于傳統(tǒng)的溫室大棚都有了許多的變化，有更多先進(jìn)的材料幫助智能大棚做到提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量的作用，例如，利用高分子制作的納米材料，以及多種功能的塑料薄膜。

為了解決過去普通大棚不能很好地調(diào)節(jié)溫室中作物的生長參數(shù)，人們創(chuàng)造出了一種新的生產(chǎn)方式和管理模式，從而更好地管理大棚內(nèi)的生態(tài)環(huán)境和提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。這種新型的模式就是智能大棚系統(tǒng)，這個系統(tǒng)給作物提供了更加穩(wěn)定和適宜的生存環(huán)境。傳感器實時檢測溫室中的光照強(qiáng)度、濕度、溫度和氧化碳濃度，并將其傳輸?shù)诫娔X中進(jìn)行參考，幫助人們分析。當(dāng)數(shù)據(jù)異常時，溫室智能系統(tǒng)會發(fā)出警報。人們可以通過對監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析調(diào)節(jié)大棚中的數(shù)據(jù)。調(diào)整包括光照強(qiáng)度、灌溉作物、增加CO2濃度和通風(fēng)等數(shù)據(jù)內(nèi)容，并始終觀察作物是否處在最佳的生產(chǎn)環(huán)境。智能溫室是在新科技與新材料相結(jié)合的基礎(chǔ)上設(shè)計的。

在智能大棚的建設(shè)以及智能大棚環(huán)境監(jiān)控的方面，國外的技術(shù)研究水平一直在我國之上。目前，全世界的科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展快速，許多發(fā)達(dá)國家在農(nóng)業(yè)智能溫室監(jiān)控方面的技術(shù)發(fā)展更為快速，已經(jīng)在智能大棚的建設(shè)上使用自動化管理系統(tǒng)并向全智能化的方向發(fā)展了。雖然早期的國外溫室監(jiān)測技術(shù)只對溫室內(nèi)的空氣溫度和濕度，土壤濕度、CO2濃度和光照強(qiáng)度等環(huán)境因素進(jìn)行單一的監(jiān)測。但是歐洲工業(yè)生產(chǎn)相對發(fā)達(dá)的一些國家確實從很早就開始研發(fā)農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)測的技術(shù)。荷蘭，美國，加拿大和以色列等工業(yè)化國家長期以來一直使用一些數(shù)據(jù)采集工具來測量溫室中的環(huán)境因素。根據(jù)溫室作物的環(huán)境需求進(jìn)行收集和控制，可以簡化溫室作物監(jiān)測的機(jī)械化和智能化。

國外智能大棚的建設(shè)隨著高科技的不斷發(fā)展也得到了更高的發(fā)展，其中，應(yīng)用到的科學(xué)技術(shù)包括計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無線通信技術(shù)和自動控制技術(shù)。在智能溫室監(jiān)測技術(shù)中，美國采用智能溫室網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，將環(huán)境調(diào)控，土壤灌溉和作物施肥相結(jié)合。整個系統(tǒng)集成了各種生產(chǎn)控制，并根據(jù)溫室中傳感器收集的數(shù)據(jù)控制溫室。每個執(zhí)行動作都使智能溫室的控制更有效，并提高了投入產(chǎn)出比。

目前，國外智能溫室內(nèi)的設(shè)施發(fā)展良好，制定了一系列規(guī)范性指導(dǎo)方針。智能大棚技術(shù)在與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，專家系統(tǒng)技術(shù)，現(xiàn)代測控技術(shù)和遠(yuǎn)程遙感技術(shù)之間相互融合方面取得更好的融合，幫助國外智能大棚建設(shè)技術(shù)更好的發(fā)展。

2 智能大棚的設(shè)計原則

智能大棚在設(shè)計建設(shè)過程中有很多需要注意的方面。確保資源消耗和作物產(chǎn)量是基于更高的總體經(jīng)濟(jì)回報的智能控制系統(tǒng)的最佳目標(biāo)。溫室智能控制的最終目標(biāo)是最大化經(jīng)濟(jì)效益，因此，智能大棚的控制系統(tǒng)有以下要求：

2.1穩(wěn)定性和安全性

保證整個作物系統(tǒng)可以在大棚中正常工作。對傳感器模塊的要求要做到保證精度高和穩(wěn)定性好。保證傳感器可以適應(yīng)大棚中各種復(fù)雜的環(huán)境條件。收集到錯誤的數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)可以自動消除錯誤的數(shù)據(jù)，讓數(shù)據(jù)的正確性得到保證。

2.2模塊化設(shè)計和擴(kuò)展性

為了滿足智能大棚對環(huán)境綜合調(diào)控上的嚴(yán)格要求，大棚的智能化程度也要做到不斷提升。保證系統(tǒng)的可延展性，利用模塊化的設(shè)計理念，將大棚設(shè)計為能夠滿足作物更換的要求。

2.3簡單方便的人機(jī)交互界面

用戶界面設(shè)計簡單，將界面中對設(shè)備操作過程的方法簡單化和設(shè)備參數(shù)設(shè)置的通俗易懂，幫助經(jīng)營者操控智能大棚系統(tǒng)。它可以實時顯示溫室中的環(huán)境參數(shù)和相關(guān)設(shè)備狀態(tài)，并具有相應(yīng)的語音提示。

2.4成本低

低成本是任何系統(tǒng)都必須考慮的因素。如何最小化系統(tǒng)操作的需求資金是該系統(tǒng)的要求之一，而且在不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下。在滿足功能的前提下，選擇既實用成本又低的組件，在電路的設(shè)計上要保證設(shè)計程度盡可能簡單。

3 結(jié)語

農(nóng)業(yè)設(shè)施是衡量現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志。農(nóng)業(yè)設(shè)施的發(fā)展是發(fā)展農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的首要任務(wù)。大棚是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分。溫室環(huán)境參數(shù)的智能調(diào)節(jié)是溫室技術(shù)的關(guān)鍵。所以，建設(shè)智能大棚是時代進(jìn)步的必然選擇。

作者簡介：劉顯忠，碩士，副教授，研究方向：電氣工程。