智能化控制在温室大棚中的应用

谢志勇 朱娟芬

摘 要：近年来，随着社会的不断发展和科技的日益进步，我国许多从事温室大棚的种植人员为了提高农作物产量，开始尝试在大棚中合理应用智能化控制。基于此，本文主要介绍了智能温室大棚的有关知识，而且分析了智能化温室大棚控制系统方案设计，以供大家学习和参考。

关键词：智能化控制;温室大棚;反季节水果蔬菜

中图分类号：TP273.5文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）08-0013-03

The Application of Intelligent Control in Greenhouse is Analyzed

XIE Zhiyong ZHU Juanfen

（Loudi Vocational and Technical College，Loudi Hunan 417000）

Abstract： In recent years， with the continuous development of society and the increasing progress of science and technology， many people in China engaged in greenhouse planting personnel in order to improve crop yield， began to try to rationally apply intelligent control in the greenhouse. Based on this， this paper mainly introduces the relevant knowledge of the intelligent greenhouse， and analyzes the intelligent greenhouse control system design， for everyone to learn and reference.

Keywords： intelligent control; greenhouse; fruits and vegetables out of season

溫室大棚主要种植一些反季节水果蔬菜，虽然采用传统的种植技术和种植手段具有一定的成效，但是随着人们对食物的需求越来越多，如果仍是沿用传统种植技术，那么就难以满足人们日益增长的需求，所以应该在温室大棚中积极应用智能化控制，这是尤为重要的，也是目前温室大棚种植人员需要重视的问题。

1 智能温室大棚的有关简介

1.1 智能温室大棚的概念

温室大棚技术是常见的农业种植方法之一，不仅是密集型，而且是技术型。相对于以往的种植技术来说，自然环境不会对温室大棚造成重大的影响，可以利用人工干预手段建立满足农作物生长需求的环境。利用温室大棚种植方法除了可以增加农作物产量，为种植人员创造更加可观的经济收入外，也能够满足人们的饮食需求。一般来说，反季节种植对大棚多项参数都有很高的要求，如大棚内的环境温度和湿度等，必须要使用相关的辅助设备，只有这样才可以确保农作物有合适的生长环境。现阶段重点研究及设计的对象是智能化温室大棚。

1.2 智能控制大棚的结构

智能化温室大棚如图1和图2所示，利用机器24 h调节大棚的所有参数，如温湿度和光照强度等，其结构涉及多个方面，主要包括基础设施与硬软件设备等。首先，就基础设施来讲，主要是指种植农作物需要搭建的装置，如栽种槽和灌溉管等，必须要将这些装置全部搭建完成，才能够将智能化调节所需的硬件设备和软件设备安装到位。其中，硬件设备包括的装置有很多，如通风空调和照明系统等，这些硬件设备必须通过物联网利用软件来有效连接控制，以确保可以对温室大棚内部的所有环境参数进行调节。软件设备是指种植人员调节温室大棚的系统，软件系统的常见模式有多种，一种是手动调节，另一种是自动调节，需要结合具体情况进行有效处理。

2 智能化的温室大棚控制系统方案设计

通常，分布式控制系统由上位机系统和下位机系统两个部分组成。其中上位机系统安装在管理室，如个人计算机和数据采集卡等，功能是以数据管理和数据统计分析为主。下位机系统是指温室安装的现场控制器系统，其功能是以采集环境参数为主，如温湿度和二氧化碳等，认真执行对应的监控温室设备和控制功能。上位机系统能够集中监管与控制许多温室，用户只要在管理室就能掌握各个温室的实际运行状况。每个温室的现场控制器运行中彼此独立没有任何影响，也就是说，其中一个现场控制其出现故障不会对其他现场控制器工作造成任何影响，使控制系统更加安全可靠。因此，此控制系统具有诸多优势，如可靠性相当高和充分利用设备等，有助于控制温室集群控制。该分布式控制系统可以使下位机独立运行，控制方案中将上位机、下位机以及传感器系统相结合，通常适合应用在大规模的连栋温室中，但如果控制方案中将下位机系统和传感器系统相结合，那么通常只适合应用在小型农家温室中。

2.1 智能化温室大棚系统控制方案设计流程

智能化温室大棚控制系统主要包括可编程逻辑控制器（PLC）智能处理系统及无线传感器采集系统等[1]。就温室控制系统来讲，PLC控制器是其控制管理的重点，利用采集不同类型传感器温室中环境因子有关参数，借助转换器变成工业标准流信号，然后利用模拟量采集模块EM235向PLC控制单元传送，最后PLC利用适合的智能控制算法来处理分析系统采集的数据信息与农作物生长最合适的环境值，输出控制信号，合理控制执行单元。就该系统来讲，也能利用以太网或者串口的形式连接PC机，以确保可以及时存储并管理数据，为将来农作物生长的探究提供重要依据。参数具体包括以下几点：①温湿度。温湿度是关键的参数，也是农业智能化控制的核心因素，通过传感器技术对参数进行24 h监控，在调节参数过程中必须要有对应的执行动作。②土壤干燥度。农作物生长离不开土壤，因此在现代化农业中必须有效控制土壤干燥度，这样不仅可以节省水资源，而且可以为农作物生产建立适宜的土壤环境。利用24 h监测土壤干燥度，确保农作物可以正常生长。③光照度。农作物产生光合作用的主要因素有光照度和二氧化碳浓度两个，在现代化温室中往往将人造光源当作农作物来补光，根据二氧化碳浓度能够建立出符合农作物生长要求的呼吸环境。

2.2 设计传感器系统方案

对于智能化温室控制系统而言，传感器是不可或缺的重要元器件之一，具有很多功能，不仅可以检测环境参数，而且可以将其转变成温室控制必须要有的电信号[2]。系统的控制精度和测量精度都直接取决于传感器是否获取精确的信息。就农作物生长环境参数来讲，重要的参数包括温湿度及光照等。因此，该智能化温室大棚控制系统的传感器系统并非仅仅有一种，而是有很多种，主要包括温湿度传感器和光照传感器等。

2.3 设计下位机系统方案设计

就温度控制现场来讲，其管理的关键在于下位机系统，而对于温室现场环境参数进行检测的重要通道是其输入连接传感器系统。将输出与温室控制设备进行连接，这样可以控制信号。下位机的主要组成部分是单片机系统，其包括很多模块，如数据通信、数据显示以及主控等，功能多样化，如对温室数据进行采集、存储以及显示等，能够以统一的形式来严格管理温室现场全部资源。

2.4 设计上位机系统方案

在温室管理室中的上位机系统属于系统的上层管理范围，是系统的管理重点，具有很多功能，如對温室数据进行统计分析及管理等[3]。在上位机系统设计过程中通常包括多个方面，一是系统管理软件能够管理温室系统资源，二是具有温室数据库，可以管理烦琐复杂的温室数据。

2.5 设计数据传输方案

此系统数据通信的形式主要有两种，形式一是上位机和下位机之间的RS-232串行通信，形式二是上位机和远端计算机之间通过网络完成的通信[4]。由于智能化控制的温室大棚系统只有非常小的现场数据传输量，而且对通信时效性的要求相当低，这样一来，上位机和下位机之间的数据通信利用形式一就可以满足需求，而针对上位机和远端计算机的通信主要利用形式二，既可以确保系统符合远程数据传输的有关要求，又能够真正实现资源共享。

2.6 设计传感器系统

利用传感器系统能够科学检测温室环境参数，温室大棚应用智能化控制技术往往会对温室作物生长的多个方面造成影响，主要包括温湿度和光照等。针对温度、湿度以及光照等参数合理设计相应的系统。首先，利用温度传感器DS18B20对温度进行准确测量，该传感器属于新型传感器，具有体积小和成本低等特点，与系统性能指标的要求相符。现场温度在传输过程中运用的数字方法是以一线总线为主，这样可以使系统具有优良的抗干扰性能[5]。其次，湿度传感器系统在湿度测量过程中主要使用HR202湿敏电阻，该传感器是全新的湿度敏感元件，不同于以往的传感器，运用有机高分子材料，感湿范围较宽，而且可以长时间正常使用。最后，就光照传感器系统来讲，主要是将光敏三极管3DU33应用在光照传感器上，这样可以准确测量出光照度。这种类型传感器主要由光敏器件和相应的外围电路两部分组成，可以分成不同的模块，主要包括信号产生电路等。

2.7 设计下位机系统

就智能温室控制系统来讲，下位机系统在温室现场管理系统中是缺一不可的，直接关乎系统整体运行是否可靠[6]。由于温室下位机系统运行具有一定的独立性，一天之中任何时候都可以监控温室环境参数，这样该系统可以独立对数据进行处理。自己主动采集数据，而且可以完成数据的传输，并正确显示数据。设计下位机系统通常体现在两个方面，一方面是划分系统模块，另一方面是系统硬软件设计。

2.8 系统模块划分和硬件设计

下位机往往应用单片机系统，结合不同的功能能够划分成多个部分，如主控模块、输入/输出控制模块、数据显示模块以及数据通信模块等。①主控模块。单片机系统是控制的核心，也可以使很多外围电路得到拓展，建立该系统的神经中枢，凸显出系统资源分配和管理的科学性，显著提高系统运行自动化水平。②输入/输出控制模块。可以将单片机系统和温室控制设备进行连接，根据第一个模块的控制系统，成功驱动温室控制设备，做好有关的动作，这样就可以将温室大棚的每个环境参数得到有效控制。③数据显示模块。在启动下位机时显示由上位机所提供的系统数据和现场设备的控制情况。为了可以保证精确显示出每个数据信息，就显示模块来讲，主要是借助七段LED数码管以静态的形式来全部显示。⑤数据通信模块。利用RS-232串行通信，可以确保上、下位机之间保持正常的通信。

2.9 设计下位机系统软件

对于下位机系统而言，其软件部分的组成包括主程序和时钟子程序等。每个程序都有不同的功能，应做好系统的启动初始化及调用等。通过时钟子程序可以正确计时，协调A/D，而且通过查询方法来转换A/D，结合环境参数校准表来校准数据，向显示缓冲单元及相应的存储单元输送数据。此外，不管在什么时候，都可以显示温室环境参数和温室环境标准数据等。

2.10 设计上位机管理系统

上位机系统的主要构成部分是个人计算机，也是温室管理室中系统管理的重点，具有多种功能，主要包括对数据进行集中管理等。对于上位机管理系统而言，其通常是由数据库管理系统和控制决策模型两部分组成。但因为温室控制容易发生变化，复杂程度也相当高，所以需要将模糊技术应用在上位机构建的控制决策模型中，深入探究温室模糊控制器的整体设计方案。

3 结语

当前，我国越来越多的种植人员在温室大棚中普遍应用智能化控制，这样在增加农作物产量的同时，可以显著提高种植效率和种植水平，带来更多的经济效益，对促进我国农业稳定发展有着极其重要的意义。

参考文献：

[1]毛群，张勇.温室大棚智能控制系统设计与实现[J].机械研究与应用，2020（6）：145-148.

[2]谢小荣.现代温室大棚智能设计控制系统[J].广西农业机械化，2020（6）：69.

[3]张世亮，戚桓瑜，颜鲁薪.太阳能技术在我国西北地区智能化温室大棚中的应用[J].农家参谋，2020（21）：152-153.

[4]刘荣彪，李晓庆，苏成，等.现代温室大棚智能设计控制系统[J].电子技术与软件工程，2019（23）：112-113.

[5]孙硕硕，郭刘飞，徐志业，等.智能温室大棚控制系统设计[J].黄河科技学院学报，2019（2）：76-78.

[6]王茂林，马德新.温室大棚中水肥一体化技术的应用分析[J].乡村科技，2019（4）：98-99.