农业园艺温室的智能化控制系统分析

随着计算机技术和网络技术的进步, 农业现代化的步伐也越来越快。采用智能化系统对农业园艺温室进行控制不仅是研究人员的研究对象, 也是实践的重点。本文认为, 不同温室内的农作物需要不同的温度、湿度和光照等环境因素, 采用智能化控制, 可以提高环境因素控制的精确度, 提高产量。

1 温室智能化控制系统的发展历程

在20世纪80年代, 我国开始了农业园艺温室智能化控制系统的研究。在研究初期, 研究人员就已经掌握了温室内微机控制技术。直到20世纪90年代末, 通过向西方国家进行学习和研究, 我国的温室智能控制技术得到了突飞猛进的发展, 可以自行生产先进的环境控制设备。在研究人员的努力下, 我国温室智能化控制系统从无自主生产能力到具有自主创新能力, 取得了长远的进步。2012年, 我国已经开发出基于无线传感器网络和嵌入式技术的温室环境监控系统。这种智能系统可以对温室的里外环境进行检测, 并显示温度和湿度情况。同时, 可以根据不同农作物的要求对环境进行控制和调节, 以满足农业现代化生产的需要。

2 采用智能化控制系统的意义

农作物生长需要合适的光照、二氧化碳、温度和湿度等, 缺乏任何一项因素都难以健康成长。农业园艺温室的智能化控制系统可以搜集整体相关环境因素数据并分析数据, 以达到对各个环境因素进行控制的目的。从农作物产量的角度来看, 智能化控制系统可以增产增量, 最大限度地提高农户经济效益。从农作物质量的角度来看, 智能化控制可以保证农作物的质量, 提高单株农作物的价值。从环境保护的角度来看, 智能化控制系统可以精确化肥用量, 确保不过量使用农药和化肥, 避免温室内部对外部环境的污染。

3 农业园艺温室智能化控制硬件系统

在研究人员的努力下, 我国的农业园艺温室智能化控制系统实现了质的飞跃。系统中最重要是便是智能控制硬件系统。目前, 我国的温室智能控制系统有4种模式。

3.1 以单片机为基础的控制系统

以单片机为基础的控制系统的组成部分包括控制设备、智能传感器、底层基本结构和前台机组。前台机组的核心即是单片机, 单片机可以自动控制和检测数据, 其测量数据可以自动存储并输送至主计算机内, 在主计算机内对数据进行处理。以单片机为基础的控制系统可以对温室里外的湿度、温度和光照等环境因素进行测量, 并输出测量数据, 控制相应设备。以单片机为基础的控制系统成本较低, 且操作简单, 但也有部分缺点, 如故障率较高和布线复杂等。

3.2 以可编程逻辑控制器为基础的控制系统

以可编程逻辑控制器为基础的控制系统的功能齐全、可靠性较高且抗干扰能力较强, 达到高效温室的控制要求。其主要原理在于监测温室里外的环境因素, 并与上位机通信, 为农作物生长调节参数。2011年, 陶平[1设计了以可编程逻辑控制器为基础的主控结构, 将从主节点输出的数据传输至可编程逻辑控制器, 可编程逻辑控制器根据系统设置的环境因素数据对设备进行控制, 从而满足农作物生长要求。

3.3 以工业控制机为基础的控制系统

以工业控制机为基础的控制系统是由工控机、执行机构输出输入设备和多种传感器组成的。2008年, 针对温室农作物的生长需要, 石磊[2]等研制了基于ARM微控制器的温室智能控制系统。ARM温室智能控制系统用微处理器代替单片机, 配合继电器和传感器对温室里外的环境进行监控, 该设计方式提高了硬件的功能性, 而且系统的整体性也有所提高。以工业控制机为基础的控制系统安装简单, 成本较低且维修方便。

3.4 以现场总线为基础的控制系统

以现场总线为基础的控制系统意味着信息处理现场化, 现场实现控制功能。这种方案增加了系统的信息量, 减少了传输信息的光缆长度。该系统成本较低, 布线简单, 可以长距离传输信息且可靠性较高, 非常适用于大面积温室控制, 这些优势表明以现场总线为基础的控制系统具有广阔的应用前景。2008年, 陈东阳[3]设计了以AT89C51WD单片机为基础的高性能网络节点, 对温室采用参数控制。

4 现阶段农业园艺温室的智能化控制系统的问题

近几年, 虽然农业园艺温室的智能化控制系统的功能取得了进步, 但仍存在着一些不足, 主要有:第一, 温室自动控制主要以单环境因素为主, 无法对氧气、二氧化碳、温度和湿度等方面因子进行综合研究;第二, 我国大部分地区的温室控制智能化程度较低, 依然在依靠个体经验进行环境管理, 并未实现智能化;第三, 多数地区的温室管理方法较为粗放, 无法根据具体农作物的要求进行精细操作;第四, 智能化技术使用率较低, 主要局限于大型农业公司和企业。要克服这四点困难, 未来还需对温室智能控制系统继续进行研究, 以降低成本, 提高应用率。

5 总结

在发达国家, 农业园艺温室应用智能化控制系统的范围较为广泛。在我国, 智能化控制系统的大范围应用还有很长的一段路要走。本文首先总结了温室智能化控制系统的发展历程, 认为温室智能控制系统对农作物的数量、质量和生态环境都具有重要意义。然后以4种不同硬件控制系统的智能化控制系统为例子, 说明我国智能化控制系统的进步性。最后, 提出现阶段农业园艺温室的智能化控制系统的问题, 期待研究人员可以解决相关问题。

摘要：农业园艺温室的智能化控制系统可以搜集整体相关环境因素数据并分析数据, 以达到对各个环境因素进行控制的目的。基于此, 总结温室智能化控制系统的发展历程, 并以4种不同硬件控制系统的智能化控制系统为例, 说明我国智能化控制系统的进步性。最后, 提出现阶段农业园艺温室的智能化控制系统的问题, 期待研究人员可以解决相关问题。

关键词：农业,温室,智能化控制系统

参考文献

[1] 陶平.PLC智能控制系统在棚栽温室上的应用[J].浙江农业科学, 2011, 4 (15) :947-951.

[2] 石磊, 李天华.基于作物生长模型的温室智能控制系统[J].农机化研究, 2008, 2 (9) :71-73.

[3] 陈东阳.基于AT89C51单片机的蔬菜大棚控制系统[J].计算机与现代化, 2008, 1 (28) :4-6.