温室环境自动控制参数库的研究

于海峰

摘要：温室农业在经历了数十年的探索和发展之后，其部分技术已经十分成熟，而互联网应用的不断普及也成为了上述两种技术进行互相融合的另一有效助力。目前，国内外诸多农业科研机构已经开始尝试应用互联网技术自控温室系统的研究工作，本文将针对我国农业生产的实际情况展开相关论述。

关键词：模糊控制;LabVIEW;环境因子

引言

传统控制的主要特征是基于模型的控制。但是，随着社会的发展和科技的进步，被控对象变得越来越复杂，设计的因素越来越多，这些复杂性都难以用精确的数学模型来描述。除了复杂性之外，往往还存在着某些不确定性，不确定性也难以用精确数学方法加以描述。而模糊控制则能很好地处理这方面的问题。本文介绍一种基于模糊控制理论所归纳出的温室环境参数自动控制参数库.

1温室环境自动控制系统发展历程

我国互联网技术在2000年之后开启了飞跃式的发展，无论是在网络服务质量还是在互联网发展技术储备上都有了长足的进展，其为互联网技术与温室自控技术的结合奠定了坚实的基础。随着目前互联网及通讯技术的不断进步，各类智能手机的普及率已经达到较高的标准，尤其是近年来我国三大移动通讯加大了对于我国农村区域的网络覆盖，基本实现了村村通网络、家家通电话，更是为其推广提供了有利条件。同时，自控温室发展所需的各类机械设备如灌溉、探测和环境调节等技术也越来越成熟，设备的稳定性和小型化程度也不断提升，而自控温室最为关键的PLC控制设备的不断完善，不仅在设备造价上趋向于经济性，而且在产品性能上也逐步从单一因素控制向多元素综合控制方向发展。温室传统环境因子主要有空气和土壤中的温度、湿度、光照、CO2浓度以及种植介质中的养分含量，而温室作为第三次科技革命的产物为人类稳定地获取各类农产品提供了有利的保障。如何让一个温室发挥其应有的功能，其关键是如何管理和营造出满足不同作物生长需求的温室微环境，早期的温室仅仅只能在冬季抵御严寒和遮风避雨，而通过数十年的发展尤其是近年来各类传感技术和计算机技术的突飞猛进，使得现代温室具备了促进作物品质改良和发育的功能，甚至能针对株高、作物成熟期等多对象多过程实现具体的目标控制。

在现代自控温室发展的初期，由于受到技术条件的限制仅仅能对温室内某一环节因子进行调节，但在实际生产过程中农户和专家们发现如对温室内某一环节因子进行调节，势必会造成其他某个或数个环境因子也出现相应的波动，在温室自控系统中必须将温室综合环境控制系统进行优化，数个相关的环境因子需要随着某一因子的改变自动进行相应改变和调整，优化组合创造一个更适合作物生长的环境条件。

目前，温室自控系统首先通过各种传感器将温室内的环境数据进行实时采集，随后通过数据信号转换器将信息转换成计算机能够识别的编码，然后利用数据传输系统将数据编码上传至后台数据库进行处理。后台数据库则通过已经设定的相关程序对数据新编进行判断、显示和贮存，并将测量值与预先设定的警戒值进行比较，一旦发现数据超过一定范围立即启动报警机制或直接启动相关设备进行干预处理。

2模糊控制简介

模糊控制是以模糊数学为基础，由模糊集合论、模糊语言以及模糊逻辑组成的计算机控制技术。它属于一种非线性的智能控制，能够转化人的思维和模糊化语言，实现对无法建立精确模型的被控对象的有效控制。

3用LabVIEW设计控制软件及其仿真

所设计的控制模块如下图，利用串联端口连接传感器实时监测温室内的环境参数或者在参数输入对话框中手工输入当前的环境参数，系统按照当前的温室环境参数数值匹配模糊规则，执行相应的執行策略，并向执行机构发出指令驱动执行机构执行动作方案。温室内环境因子很多，例如二氧化碳气体浓度、微量元素等，众多的环境因子共同对农作物产生影响;知识的获取、模糊规则的获取也是一大瓶颈，如果弄个将众多的环境因子作为输入变量来建立模糊规则，并且将模糊规则进行细分，对温室自动化控制领域将是一重大突破。

4我国农业温室环境自控系统发展趋势

4.1促进农业产业结构优化

在我国目前应用较为广泛的传统温室内，农户用以监测农田环境及农作物生长情况的方式方法较为有限，千百年都是依靠农户的经验，因此农作物在生长期间，一旦温室内的环境因子发生突变，温室内的农作物将遭受重大损失。如果能将现今的互联网技术应用到温室的设备控制系统中，不但能够大大减少农户的作业强度，而且更能提升农户在温室单位面积的收益。通过在温室内大量采用与互联网直接连接的各式传感器，并通过设置在云端的数据库从而实现温室农业的产业化发展，进而以现代化的互联网自控温室为契机转化农户为农业产业工人。各种传感器所收集各种数据和指标，能够及时地帮助农户采集温室内植物生长过程中发生的各种问题信息，逐步将农业生产从以人为主导向以信息和软件为主导转变。通过以村集体为单位或以外来资金投资兴建或改建现有温室，从而将目前我国农村的大量剩余劳动力就地或就近转化为农业产业工人，一举扭转长期困扰我国农业发展中因人多地少而导致的劳动力大量流失的现象。笔者通过分析目前互联网自控温室的推广过程，发现限制其推广的最大问题是温室系统的造价和日常维护两项内容。虽然近年来我国的网络服务商将农村地区的互联网费用下降了近13，而覆盖率提高了1倍，但部分边远地区由于潜在客户量较少，相对东部沿海地区农村而言其无论是在覆盖率还是网络费用方面都显得力不从心。为此，在自控温室的网络系统上应当选择“两条腿”走路，即在选用有线网络布局的同时采用3G/4G网络作为系统与云端数据库互通数据的纽带，从而充分利用目前已经十分完善的4G手机通讯网络资源。为了保证各类设备之间数据传输的稳定性和及时性，在设备选型时应当统一其数据格式以便于后期管理和应用。自控温室中除了部分影像数据外，无论是设备控制信息还是温室内环境数据信息，其大小仅仅只有几kb，即便是采用已经快要淘汰的3G网络也能在极短的时间内完成数据的上传和下载。因此，通过建立布局合理的无线网络及信号数据传输系统能够在一定程度上扩大互联网自控温室的应用区域。

4.2精确化环境因子管控，提倡集约型农业生产模式

长久以来我国农户劳作主要依靠祖祖辈辈口传心授的经验，即便是到了现今社会农用机械设备、农药和化肥的全面普及，不少农户仍然对不同植物何时、何地、何种、何量进行灌溉、施肥和施药等方面知之甚少。而在温室环境下反季节种植部分经济作物或进行畜牧业养殖，其传统的农业生产经验更加受到外部条件的制约，常常见到农户为了解温室内作物生产情况不得不频繁地进出温室进行观察，这在北方地区冬季严寒季节极不利于温室内温度的保持。

结语

随着我国现代温室的规模和用途不断扩大，如何将设施农业的功效充分发挥出来，进而为国民提供种类丰富、品质优良的农产品也已成为温室自控系统研发的重要方向。

参考文献

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