自动控制在蔬菜大棚温控系统中的发展与应用

摘 要：目的：科学研究蔬菜大棚智能化温度操纵系统。方式：根据电子计算机自动控制系统设计了智能化蔬菜大棚温度操纵系统的方案，详尽论述了该系统的温度收集、温度标示、操纵系统、电加热器控制回路等系统硬件配置的制定观念，改善了系统的控制系统，最终运用MATLAB开展了系统模拟仿真。结果：控制器设计与PID控制紧密结合，改善了系统的控制系统。模拟仿真曲线图说明，该系统具备较好的操纵和追踪特性，温度精度高，并配备了上位机软件和辅助计算机系统控制系统，有利于生产制造的规范化管理。结论：本研究设计的蔬菜大棚智能温控系统工业触摸屏品质优良，操作简易便捷，自动化技术水平高，成本低，具备较好的应用前景和宣传使用的价值[1]。

关键词：自动控制;蔬菜大棚;温控系统;发展与应用

伴随着中国社会经济的发展趋势，人民生活水平日益提升，蔬菜大棚蔬菜销售市场日益扩张。尤其是华北地区，在寒冷的冬季，只靠南菜北调长途货运的方式，不但成本相对高，蔬菜的最优食用时间也延期了。因而，借助农牧业科技大力发展蔬菜大棚，可以更好地達到人们的日常生活要求，这也是我国菜篮子工程所包括的內容。冬天塑胶蔬菜大棚最重要的管理因素之一是温度操纵。假如温度太低，蔬菜便会冻死或终止生长发育，因此要常常在合适蔬菜生长发育的范畴内调整温度。假如仅用人工干预不但耗费人力资源，还非常容易犯错。因此，设计了智能化系统控温系统，以调整蔬菜大棚温度，融入生产制造要求。

一、研究背景

执行乡村振兴策略是党的十九大关键决策。发展高效率绿色生态现代化农业、农业产品级别的增加值，扩张创收室内空间，是推动农村发展转型发展的强有力对策。伴随着人们生活水平的提升，温室大棚在现代化农业生产制造中激发着愈来愈关键的功效，运用温室大棚可以增加新鲜水果、蔬菜、盆栽花卉的供货限期，提升生产效率，完成新鲜水果、蔬菜和盆栽花卉的本年度供货。可是现在在我国绝大多数温室智能化系统操纵水准不高，生产效率低，没法避免户外气侯造成的危害。因而，科学研究温室自然环境自动测控系统技术，完成温室大棚的智能化系统，网络化管理是新形势下高效率生态农业发展的发展趋势规定和方位[1]。

温室全自动控制系统根据当代电子信息技术和计算机技术及其温室系统技术的引入，自动识别和调整温室温度、环境湿度、照明灯具等环境监控系统，使绿色植物的大自然生长发育正常。换句话说，能够更好地防止受到温度、照明灯具等外界环境的危害。

本文详细介绍了温室大棚自动控制系统系统的基本原理和具体作用，注重全自动控制系统在现代化农业生产制造中的主导地位和功效，对普及化现代农业技术、推动温室大棚智能化系统、协助农村发展转型发展具备一定的参考实际意义。

二、自动控制技术的原理和功能

2.1 基本原理

自动化技术自动控制系统由数据采集模块、机器设备模块、网络模块、监管控制模块和消费者控制模块五部份构成。数据采集模块在温室中置放温度感应器、湿度传感器、光照度感应器、CO2浓度值感应器等各种感应器，收集温室内温湿度、光照度、CO2浓度值等主要参数。机器设备模块根据控制系统（自然通风、喷灌设备、窗帘布、照明灯具挡光等）调节温室的变量值，给予最合适植物的生长的自然环境。网络模块关键承担传输数据，数据传输根据ZigBee无线网络无损检测技术进行。ZigBee技术性能够低成本、安全地完成温室温室大棚自动测控系统系统和无线网络传感器互联网的配备，各测试设备将监测到的数据信息无线网络上传入无线路由器，路由器将数据信息上传入控制器，调节器将数据信息置放在监管中。监控控制模块可以查询温室中每一个主要参数的值，还可以依据客户设置的对象主要参数全自动调节每一个机器设备。在客户控制模块中，客户可以根据Andriod服务平台见到温室内各环境监控系统的转变，立即开展创新管理。这也是温室温室的智能控制系统基本原理图，如下图1所显示。

2.2主要功能实现

2.2.1温度。温室内温度的控制和调整包含加温、制冷和隔热保温三个层面。在温室安裝温度感应器，收集温度变量值，根据显示屏及时表明室内温度。房间内温度超过设置的限制阈值时，直流伺服电机开启快速门设备，开启风机，打开窗户自然通风，进而降低温度。假如房间内温度小于设置的最低值阈值，电动机驱动软件将关掉窗帘布，打开电风扇，将发热量吹入房间内，提升温度。

2.2.2湿度。温室湿度的控制包含土壤层湿度、气体湿度的调整。土壤层湿度由土壤湿度感应器收集，当土壤层湿度小于设置的阈值时自动启动恒压供水系统，做到一定湿度时全自动停止浇灌，维持合适植物的生长的土壤层湿度。气体湿度由空气湿度感应器实时检验。假如室内空气质量湿度超出设置的限制阈值，排气管风机排气管将自动启动，进而减少室内空气质量湿度;假如室内空气质量湿度小于设置的最低值阈值，洒水设备将自动启动，进而提升室内空气质量湿度;假如达到预置湿度范畴，洒水设备将全自动关掉。

2.2.3照明灯具抗压强度。根据数据光照强度感应器即时收集温室内的光照度，假如房间内色度高过客户提前制定的限制阈值，则根据电动机带动房顶的遮光，降低亮度。照明灯具抗压强度降低到客户设置的最低值阈值下列时，灯光控制系统将全自动开启、填补，并在显示屏上显示出来。

2.2.4CO2浓度值。温室温室大棚常常处在封闭情况，里外气体交换不够，CO2浓度大，下午植物光合作用造成CO2浓度值降低，温室内CO2浓度值小于预置范畴最低值，系统软件自动启动通风降温设备，维持温室内CO2浓度值平稳。

三、系统设计功能

该系统可以分布式系统精确测量和表明温室大棚自然环境温度。可以在白天和夜里为蔬菜水果的生长发育设定恰当的环境监控系统，假如收集的自然环境变量值超出设定的限制和下限制值，则可以传出报警。农牧业工作人员可以随意查询搜集值和报警信息内容。可以全自动或手动式控制和调节温度。具备良好的扩展性，系统可以横跨好几个点。

3.1硬件配置系统设计方案

3.1.1温度收集系统

选用了数据温度感应器DS18B20。可以将温度立即转变为模拟信号，根据充电线与单独控制器通讯，不用外界构件的方式使得精确测量温度范畴为-55 ～ 125，在～ 10 ～ 85的范围内，精确度为0.5，彻底达到大棚蔬菜的温度规定。DS18B20自身早期就已然完善，因而不用进一步调节，可以直接应用，收集的统计数据可以同时发送至单独硬盘，进而不用应用A/D转化器，提升系统的精确性。同时应用好几个DS18B20温度感应器，应用程序流程对好几条公路开展均值。这种数据将变的更为精确，并保证精确控制单片机设计需要的数据信息。

3.1.2温度表明系统

显示作用由数码显示管完成。表明的数据信息由单独处理芯片并行处理传输到数码显示管，数码管表明即时温度，可以功能键转换别的安全通道。该系统设计方案了3x4行快热式电脑键盘。键盘的表面各自分成数据0 ～ 9，*#各自用以前行和倒退，运用十位数的数据管路表明温度。温度可以准确到0.1，充分达到大棚蔬菜的温度规定。除此之外，还能够直接设定温度限制。收集的溫度超出设定的温度时，单片机设计推送报警信息内容，发光二极管开启，无源蜂鸣器一起传出报警，并给予大棚蔬菜温度检验系统的可靠性[2]。

3.1.3控制系统

2个AT89C51可用以串口通信，以控制系统的控制数。该系统可以与此同时检验空气相对湿度、CO2浓度值、光照度等，与此同时可以控制别的时分复用专用工具。

（1）推送电源电路

应用AT89C51的7个P2端口号线配备3x4行快热式电脑键盘。2个数码显示管表明为选中的安全通道。

（2）接受电源电路

根据串口通信文件格式，推送电源电路传出的指令可以实行时分复用。运用线性光耦方法，控制蔬菜水果屋的电加热器、二氧化碳产生器、排风机，不影响单片机设计系统，提升系统可靠性。

3.1.4电加热器控制电源电路

为了更好地简单化輸出安全通道的硬件配置构造，充分考虑加温系统自身相对性比较大的热惯性力，不容易对中间继电器、非触碰、非相位差、电力网产生影响导致波型失帧。假如只应用单片机设计輸出的控制数据信号来控制电子光学控制硅的根据，那么硅控制一瞬间沟通交流相位差是随机性的，这就形成了很多高频率分量，在功率大的电源电路中会造成环境污染。开关电源会直接导致无线电波影响，很有可能危害其它机器设备，也有可能影响控制电源电路，危害系统的常规运作。该系统选用中间继电器，应用原有的零开启电源电路，可在维持中间继电器优势的与此同时完美解决这种问题。

3.2控制优化算法的改善

为了更好地与此同时改进调整时间、超标量和静态数据误差，将温度调整全过程分成两部分，当具体屋温避开设定温度时，应用模糊不清控制的方式减少调整时间。贴近设定温度时，根据PID开展控制，降低超过和静态数据误差范畴。

由于系统沒有冷冻设备，因此不期待温度超出。假如超出设定温度，请关掉电加热器。因而，不用考虑到高过设定温度的误差[3]。

3.3PID控制

EC应用与基本上符合同样的方式转换PID控制流程，但需要再次调节其主要参数。此时，主要参数调节的要点是降低超量和静态数据不正确概率。在PID控制环节，假如温度设定值的大幅度转变或环境破坏造成EC损坏，则进到模糊不清的控制环节。

3.4系统调节

关键目标是校正温度精确测量值，提前准备设定主要参数。系统最后拼装成功后，数码显示管表明蔬菜水果屋温度数据信息，与温度计测定的数据信息对比存有误差。调节温度值变换程序流程的主要参数，通常清除了误差，但仍然存在最优控制误差。依据评测数据信息明确最优控制校准数据信息。

根据MATLAB开展系统模拟仿真，借助相同的模拟仿真曲线图说明系统具备较好的控制和追踪特性，具备较高的温度控制精密度。这一系统使得风机可以配备顶层电子计算机和辅助电子计算机控制系统，有利于生产制造的规范化管理。

结语：

将当代电子信息技术和计算机技术引入温室大棚，可以精确测量温室的温湿度。自动控制亮度、CO2浓度值等环境要素指标值，自动控制排风机、水泵、照明灯具等，为植物的生长给予最好生存环境，具备使用便捷、实用性强的优势，是完成绿色植物生产率和高效率现代农业的重要途径。温室大棚是我国农牧业的关键构成部分，温室大棚的自动化管理方法是发展高效率绿色生态现代农业的必定需要和结果，推广温室大棚的自动控制技术对推动村民创收、协助农村发展转型发展具备关键的实际意义[4]。

参考文献：

[1]廖建尚.基于物联网的温空大棚环境监控系统设计方法[J].农业工程学报，2016（11）;233-243.

[2]王丽雅.大棚温湿度和光照度自动控制系统的设计与实现[J].农业工程，2013（4）：48-51.

[3]薄英男，郭辉，张学军，等.浅谈温室环境监控系统的现状及发展趋势[J].新疆农机化，2016（5）：37-39.

[4]黄奇刚，何传娇，阮文新，等.温室大棚自动控制系统[J].轻工科技，2016 （5）：75-76.

作者简介：

苏中豪，男， 浙江省温州市人，研究方向：自动化控制。