智能溫室控制系統的實現

  智能溫室系統是近年來逐步發展起來的一種資源節約型高效農業發展技術，它是在普通日光溫室的基礎上，結合現代化計算機自控技術、智能傳感技術等高科技手段發展起來的。自20世紀80年代以來，我國農業工程技術人員在吸收發達國家高科技溫室生產技術的基礎上，進行了溫室中溫度、濕度、二氧化碳和營養液等單項環境因子控制技術的研究，研制開發我國自己的智能溫室控制系統。
1智能溫室控制的特點及系統構成
1．1智能溫室控制的特點
    智能溫室控制主要是根據外界環境的溫度、濕度、CO2含量、光照以及風速、風向、雨量等氣候因素，來控制溫室內的溫度、濕度、通風、光照，創造出適合作物生長的*佳環境，同時還需對影響作物生長的各種營養元素進行動態的配方管理。在這種控制中，溫度、濕度、C02含量、光照等被控量之間存在著強烈的相互關系，某個被控量的改變，會影響到其他被控量的變化。
1．2智能溫室控制的系統構成
    針對智能溫室的特點，智能溫室控制系統應是一種具有良好控制精度、較好的動態品質和良好穩定性的系統，對植物生長不同階段的需求制定出監測的標準，對溫室環境監測，并將測得的參數進行比較后進行調整。 
                   

                                       智能溫室控制系統構成圖 (邯山永星電子系統設計原理)

    溫室生態環境控制系統是由三部分組成：(1)信息采集信號輸入部分，它包括室內、室外溫度、濕度、CO2濃度及光照等；(2)信息轉換與處理部分，主要功能是將采集的信息轉換成計算機可識別的標準量信息進行處理，輸出決策的指令；(3)輸出及控制部分，控制風機、噴霧系統、遮陽系統及窗的開關等系統(如圖1所示)，使植物的生長實現車間化的生產控制過程。
2智能溫室自動控制的系統
2．1上位機部分
    上位機系統選用個人計算機，主要用于數據處理、通訊、系統控制、實時顯示及修改各種控制數據、曲線，記錄每天的各種采集數據，以備查閱。由于影響作物生長的因素(如溫度、濕度等)大都是一種多輸入、多輸出、大滯后的非線性控制變量，還需要動態、實時、有效、可靠的人機接口(HMI)的可視化界面，因此，可以選用工控組態軟件(MCGS)，它為用戶提供了從數據采集到數據處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出、曲線顯示等解決實際工程問題的各種方案與實施工具，用戶可避開復雜的計算機軟硬件問題。只需根據工程作業的需要和特點進行方案設計與組態配置，即可生成相應的應用軟件，并且可以方便地組網，以實現系統的擴充。利用MCGS的上述特點，在HMI中可以完成以下功能。
    動態、實時地監測溫室內、外的溫度、濕度、CO2含量、風速、風向、雨量等變化值，并且可以通過RS—232／485轉換器和下位機內部進行數據通訊，將畫面上的模擬開關與下位機連接起來，當操作人員點擊畫面上的模擬開關時，就可控制溫室內電機及閥門的實際開合與通斷。    除對參數進行監測外，還可將作物生長所需環境因素的范圍值輸人到上位機中，傳入下位機進行對比分析，通過對窗、簾、通風等進行開關調節，使溫室內的環境達到需要的要求。
    由于現場的下位機是裝在控制柜內的，因此還必須設置下位機狀態檢測，使用戶可以清楚地知道下位機的工作狀態，加強系統的故障排錯能力。
2．2下位機部分
    下位機系統可以選用ARM單片機。它主要用于現場實地檢測及控制，完成數據處理，根據農作物生長的控制曲線進行滴灌及營養液(肥料)的配比和實施，同時將控制及測量結果傳送到上位機，并接受上位機的指令。
    由溫室內各傳感器采集到的數據通過總線傳輸到上位機，利用其豐富的指令進行數據處理，再通過RS—232／485轉換器傳輸給上位機和執行機構動作，完成各項控制功能。
2．3數據采集及測量部分
    通過各種高性能傳感器對外界氣候環境進行測量及數據采集，對溫室內的溫度、濕度、C02含量及養分的PH值進行實時數據采集，并將測量結果通過接口送至上位機中，上位機根據控制要求對整個溫室進行綜合控制。
2．4執行部分
    執行部分包括天窗開合電機、遮陽簾開合電機、通風電機、灌溉閥門、加熱閥門、CO2施放閥門、噴淋泵、壓水泵、營養液的施放等，通過上位機輸出的控制信號驅動執行機構以實現上述功能。為了保證執行機構的安全，各執行部件的限位開關的常閉點都接在電機線路里，用常開點作為上位機的輸入信號，達到雙保險的目的。
3結束語
    智能控制溫室綜合了多方面的技術，為植物的生長創造了適宜的環境，使植物的產量與質量有了很大的提高，因此已成為高效農業的一個發展方向。智能溫室控制系統無論是對新建溫室還是原有溫室的改造都有很好的應用前景。