温室环境智能检测与控制系统设计

刘光伟 刘璐

摘 要：近年来，伴随科学技术的不断进步与发展，我国农业形势也发生了深刻变化。依靠科技的力量，农业生产进入了快速发展的新时期。本文设计了一种温室环境智能监测与控制系统，具有低成本、实用性强的优势，促进我国农业朝向智能化、高端化方向发展，希望本研究能夠有助于推进我国农业智能化进程，为相关领域人士提供一定的借鉴。

关键词：温室环境 智能监测 控制系统 设计

中图分类号：S261 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（c）-0097-02

当前，我国农业生产发展进入全新的时期，改善生态环境，加速结构调整，提高农业整体收益，以及增加农民收入势在必行。传统的粗放型增长方式存在着诸多层面的弊端，转变农业生产方式，推动农业生产朝向资源节约、高效、可持续的方向发展具有一定的现实性意义。近年来，工厂化农业在我国受到高度重视，具有效益显著，资源高效利用以及知识和技术密集等诸多方面的优点。

1 温室环境智能监测与控制系统设计的意义

近年来，我国温室产业迅猛发展。据不完全统计，截至2017年底，我国已有现代化大型温室总面积达580hm2，其中，约有20%是引进温室面积。这主要是由于早在20世纪90年代中期，我国已经根据我国基本国情以及地理气候特点，设计了一大批大型温室，总面积达400hm2，具有适用性强、性价比高的特点。如今，我国依然在加快温室项目建设的步伐，这大大有助于推动我国工厂化农业的发展。从总体上来看，我国拥有的温室面积在全球居首位，但都是一些简易设施，如日光温室、塑料大棚等。并且，在温室项目建设中，依然存在着一系列的问题，如含量低、环境控制能力差、生产潜力有限、抵御自然灾害的能力弱等。要想进一步推动我国温室项目建设，还需要从很多方面进行改进，例如：加强基础设施建设，引进先进的温室设备，加强对工作人员的培训，提高其操作技能，建立和完善温室项目管理机制，加强对温室环境的控制等。在对温室环境智能监测与控制系统的设计中，涉及传感技术、计算机技术、通讯技术、环境科学、生物技术等诸多相关学科。尽管如此，国内尚未研发出一种功能齐全的温室环境监控系统，例如，市面上所出现的大多为二氧化碳控制器、温湿度控制器、温度控制器，这些多为单因子控制器。国内所生产的这些温室环境控制系统通常造价较高，价格不菲，让很多农民望尘莫及。设计出一种实用性强、低成本、多功能的温室环境监控系统具有十分重要的现实性意义。

2 温室环境智能监测与控制系统总体设计

农作物的健康生长离不开适宜的生长环境，温室中的各项环境因子对于农作物的生长发挥着至关重要的作用。通常情况下，温室是模拟农作物生长的气候条件，并尽可能地消除一些不利于作物生长的环境因素，帮助农作物来最大限度地克服来自于外界气候的制约，进而实现提高农作物产量，缩短生产周期以及收获最大经济效益的目的。在农作物生长过程中，相关内环境因子包括二氧化碳浓度、光照度、湿度、温度等。我们有必要对温室中的这些环境因子进行科学合理的调节，一是农作物处于一个最佳的生长环境之中，尽可能地满足农作物光合作用、呼吸作用和蒸腾作用所需，以实现低耗高产的目的。基于此，在对温室中环境因子调节时，我们要采用一定的科学技术原理，包括控制技术、计算机技术、环境科学、园艺学、通讯技术等。这些学科为微生物提供最佳的环境条件提供了有力的理论保障。下文将对这些环境影响因子及其控制一一进行阐述。

第一，温度控制。温度是影响农作物健康生长的一个重要环境因子，其中。我们需要重点了解植物生长的“三基点”温度，即最高温度、最低温度和最适温度。

植物在最适温度时会得到最快的生长，当处于最高温度和最低温度时，就会出现生长代谢受阻的情况。通过对大量植物的生长实验，我们发现，大多数温带植物一生长温度为25℃～30℃，如菜豆、南瓜、茄子、黄瓜、番茄、辣椒等。由于我国大部分地区处于温带，一年之中温度变化较大。在炎热的夏季和寒冷的冬季，都不适宜农作物的正常生长，温室大棚内对度进行控制，使其保持在农作物最适宜的温度范围内至关重要。

本系统采用温度传感器对温室内环境温度进行检测，并采用相关的措施对温度进行升降调节。一般情况下，在冬季，使用暖风机来增加温室内环境温度，并且温差越大的情况下，开启暖风机的时间越长。在夏季，常采用自然通风的办法，来降低环境温度，并依据环境温度差异的大小，来选择开启天窗或者侧窗。此外，当具有较强的光照强度时，可以张开遮阳网，来进行整体温室的降温。

第二，湿度控制。湿度也是影响农作物正健康生长的一个最重要环境因子，并且，温室内湿度主要来自于土壤湿度和空气湿度。过大或过小的空气湿度都不利于植物的正常生长，空气湿度过大时，农作物光合作用也会增强，以至于植物疯狂的生长，开花结果受到影响。同时，在较高的湿度条件下，植物病虫害的发生概率也会更高。相反的，如果空气湿度过低，那么，农作物会发生受到水分胁迫而生长受阻。例如：当土壤中的湿度过大，将会导致土壤中的氧气减少，植物的呼吸作用困难，不利于生长发育。同时，当土壤的含水率过少时，同样干扰植物的水分代谢，植物出现萎蔫的现象。另外，植物在不同的发育期，对湿度的要求也不同。我们需要在掌握农作物生长特性的基础上，合理控制温室环境的湿度。

控制温室环境的湿度适宜植物的正常生长，夏季光照强度较大时，我们也可以使用遮阳网。一方面控制环境的温度，同时，由于温度控制和湿度控制之间存在着一定的耦合性，因此，也能实现对温室环境湿度的控制。在冬季，天气寒冷时，采用热风机对环境进行加温，在温度上升的同时也降低了环境的湿度。

第三，传感器的选择。我们要求传感器能够敏锐的感知温室环境，并高效地对温室环境进行调节，做到长期、稳定。不同的温度传感器灵敏度不同，我们有必要对不同类型的传感器性能进行分析，充分讨论每一种传感器的优点和缺点，找出最适宜用于温室环境中的温度传感器。

综上所述，设计一种温室环境智能监测与控制系统具有十分重要的现实性意义，本文分析了影响植物正常生长的环境因子以及系统软件和硬件，然后基于这些参数，设计了一种用于温室环境的智能检测与控制系统，希望本研究能够为相关人士提供一定的参考，同时，相关领域的专家学者们在今后的研究中从更多层面进行分析。

参考文献

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