浅谈温室农业关键环境参数的控制

黎龙卓

摘 要：近年来，我国农业经济的快速发展，温室在农业生产中起到了关键作用，为了抵御恶劣的自然环境，保证作物快速生长，对温室进行智能化监控是一种重要的技术手段。本文设计了一套智能温室环境无线监控系统，实现了对温室温度、湿度、光照强度和 CO2浓度4个参数的高效监控。由于比传统的有线监控网络更加简洁高效，本文的研究具有广阔的市场前景。

关键词：智能监控；温室环境；无线网络

文章编号：1004-7026（2018）12-0090-02 中国图书分类号：S625 文献标志码：A

温室是重要的农业生产设施，由于温室内的环境更适合作物生长，因而被农业生产领域广泛应用。温室必须要抵抗自然界的各种型业务环境，因而就涉及到对温室的监控问题。温室的监控水平是农业自动化的重要体现。随着温室规模的进一步扩大，人们对作物产量和长势要求的提高，温室控制变得越来越困难。如果温室环境不能满足作物生长要求，将会严重影响作物的生长，带来不可估量的经济损失。

1 温室控制技术现状

我国在农业设施方面的研究起步较晚，约在20世纪七十年代才开始有学者关注[1]。目前已经历了近半个世纪的探索，有了很大的成就，但在信息技术高度发达的今天，我国现在的农业设施仍然不能满足农业现代化的发展要求，有许多技术难题需要解决。我国地域宽广，环境条件差异巨大，而各地对农产品的需求却越来越多元化，因此发展了温室技术进行作物种植。

随着科技的发展，我国农业现代化水平日益提高，许多先进的科学技术开始应用到温室环境的控制中来，农业种植不再是传统的自然大棚方式，而是根据农作物对环境的需求，有针对性地按需求对温室内的环境进行控制，保证生产效率的提高[3]。从目前温室控制技术的发展现状来看，温度是是温室控制的重要参数，因为作物的生长要求环境温度长期处于比较适宜的状态。因此有人提出，只需要将温度控制在一个很小的变化范围内而无需硬件反复动作，因而可以减少能源消耗。近年来，有学者提出将计算机控制系统引入到温室大棚的控制领域中来，以抵抗自然环境的不利影响，只要把控制参数事先输入到系统中，就可以实现按该参数对环境参数进行控制[4]。随着温室控制技术的进一步发展，在不久的将来还能够对病虫害进行检测和预测，使温室内的作物不但生长在适宜的环境中，更是直接避免了害虫侵扰。尽管现在的温室控制系统已能够较轻易实现，但其性能还有极大的发展空间，因为温室监控系统采集的是是环境温度，与作物本身真实的环境要求还有一定的误差[5]。另外，考虑到温室环境的控制策略与外部环境有很大关系，因此可以将天气预报与温室控制系统进行联网，实现温室控制的更智能化，避免极端天气对温室环境的扰乱，把环境对作物生长的影响减至最小。

2 温室控制的参数及要求

对温室的环境参数进行精确控制，一直是农业信息化的关键技术。由于作物对环境的要求是动态的，因而温室控制系统的设计也应具有一定的灵活性，可以满足作物生长环境的动态变化。环境中的光合作用、蒸腾作用、呼吸作用等都直接影响着作物的生长效率，另一方面，环境参数之间相互联系的，因此温室控制要同时考虑到环境因素之间的内在关系，才能实现精确的环境控制。大量农业种植生产经验表明，在众多环境因素中，温度、湿度、光照强度和 CO2浓度4个参数对作物的生长起着关键性的控制作用，因此本文将重点研究这4个因素的控制。

2.1温度的控制

温度作为植物生长的最关键因素之一，直接影响着作物的生长效率和存活率，作物的生理活动与环境温度息息相关，因而温度成为温室控制系统的首要因素。实际上，温度是通过影响酶的活性来影响作物生理活动的。本系将实现对温室内温度的最大值、最小值、平均值和最佳值进行动态控制，以满足不同地区温室控制的需求。

2.2 湿度的控制

湿度与空气中的水分有关。水作为生命基本物质，在作物的光合作用中起到了关键的作用，没有水就没有生命。因此湿度的控制极其重要。本文将同时考虑空间的湿度和土壤的湿度，对温室内的湿度进行全方位控制。实际上，作物对湿度的要求并不严格，也就是湿度可以比较大的范围进行波动，不会对作物产生明显的影响。因此本文采用了廉价的控制模块即可满足湿度的控制要求，以节省开发成本。根据农业生产经验和生物学理论，本系统将白天的温室湿度控制在80%以下，如果温度较高则控制在85%，以实现最佳的生产效率。

2.3 光照强度的控制

光是作物光合作用的能量来源，因此光照的控制非常重要。本文主要考虑对光照强度、光质和光照时间三个光学参量进行控制。由于温室往往与外界环境只有一层薄膜，因此不同的外部条件对温室光照条件的影响不同，在多云和阴天的条件下对光线进行补偿，在盛夏的正午进行恰当的遮光，保证光照处于最佳状态。

2.4 CO2浓度的控制

CO2是光合作用的重要原料，同时植物活动也会释放CO2，因此必须对CO2的浓度进行控制，使其保持在一个平衡状态。不同的时间段对CO2的浓度要求是不一样的，必须符合作物的生理特征，动态控制CO2的浓度。根据农业生产经验，本文的控制策略是，在日出后 1小时开始施放CO2，持续2小时，结束施放后，至少隔1小时才能进行通风，保证作物生长需要。

3 温室控制系统设计

本文根据对温室种植的环境要求进行调研发现，温室的环境控制主要涉及到两方面的内容，即环境的监测与环境的控制。这两个方面是相辅相成的，环境监测是环境控制的依据，环境控制是环境监测的目标。

从数据看出，本系统主要分为温室环境采集部分和控制部分，采集的参数包括温度、湿度、光照强度、CO2浓度4个关键环境量。只要对这4个关键参数进行严格控制，基本上就能够保证温室环境保持在适宜作物生产的状态。控制部分由一系列执行机构组成，包括卷簾装置、供暖装置、喷洒装置、通风装置、风机、灌溉装置、指示灯等等，当温室内的环境与预测值产生偏差时，控制中心对对环境参数的采集会及时发现，并通过控制器向执行机构发送控制指令，使相应的执行机构动作，完成环境的控制。例如，随着夜晚的到来，温室内的环境会慢慢下降，此时采集系统将数据发送到控制中心进行处理，发现温度比预设的值低，此时会向供暖装置发送一条开启指令，使供暖装置工作，温室环境会慢慢上升，直到回升至预设值，控制中心检测到当前温度已恢复正常，再次向供暖装置发一条停止指令，使其停止工作。这样一来，温室内的温度就可以始终保持在固定的范围内，为作物提供最佳环境温度。这就是本系统的创新之处。

结束语

随着农业经济的发展，温室的智能监控也会受到越来越多的重视，通过对实现温室监控系统的智能化设计将是一种重要的发展趋势。随着控制技术的发展，除了本文研究的4个关键参数之外，更多的环境参数也将考虑进来，实现对温室环境的全方位控制。因此本文的研究具有重要的市场前景。

参考文献：

[1]邱增帅.温室大棚的环境参数控制[D].沈阳工业大学，2013.

[2]吴小伟，史志中，钟志堂，武文娟，张璐，丁莉，崔军.国内温室环境在线控制系统的研究进展[J].农机化研究，2013，35（04）：1-7+18.

[3]张得龙.基于物联网技术的智慧温室监控系统的研究与设计[J].科学技术创新，2016（15）：12-12.