温室智能控制系统的设计与应用

■ 杨建才

摘 要 该文介绍了计算机智能控制系统及数字式传感器技术在现代化农业生产中的应用，并以现代化温室大棚的环境自动监控系统为例，详细说明了系统的体系结构、功能原理及系统特点。本系统大量采用了先进的数字传感器，并实现了计算机环境自动监控系统与花卉蔬菜种植专家系统的有机结合，具有功能强大、实用性强、操作简便、工作稳定可靠等特点，还具有很好的灵活性和可扩展性。

关键词　智能控制；数字传感器；温室环境；专家系统；知识库

随着农业产业结构的调整，中国农业已逐步摆脱了延续数千年的耕作方式，走上了现代化、设施化的道路。现代化的温室以其环境可控、易于管理、生产效率高等特点得到了越来越广泛的应用。目前国内大多数温室采用的都是由人工通过简单的仪器（如温度计等）判断当前环境状态，并根据经验手动开启和关闭各种温室调节设备，不仅效率低，而且控制效果不好。

在深入研究了整个温室的结构和功能的基础上，实现了以计算机为核心的智能型全自动温室环境控制系统：首先采用先进的传感器技术将环境参数采集入环境控制系统，由计算机对这些参数进入计算、分析、对比，在农业专家系统的协助下做出正确的判断，继而控制相应温室调节设备的运行来实现对温室环境的全自动控制，具有很高的智能化水平。

★ 营养液（药液）的配比：可以用EC值与pH值两参数进行测量，并据此控制混合比例，能根据配方自动配制作物所需的营养液。★ 室外环境：由室外气象站提供，可测量室外温度、湿度、光照、风向、风速、降雨等参数作为室内环境调控的重要参考数据。

2 温室环境控制原理

2.1 室内温度控制原理

当室内温度高于设定温度时，进入降温过程：按开天窗→开侧窗→开风机1组→开湿帘水泵→开风机2组→人工降温的顺序依次执行，只有当一个动作完成后才可进入下一个动作，此过程已包括自然通风和强制通风两个过程；如果此时室外光照很强，还应展开内外遮阳网。

同理，当室内温度低于设定温度时，进入升温过程：按停止

1 温室内可控环境参数分析

生物的生长与发育同环境中的许多因素有关，这些因素有些是起主要作用的，有些是起次要作用的；有些是可以感知和测量的，有些是没有办法定量甚至定性的；有些是可以采用人工手段进行调控的，有些是无法改变的；应着重对那些起主要作用的、可以测量的并且是可以人工调控的因素进行重点分析和研究。

★ 温度：温度对各种作物来讲也许是最重要的一个参数，而且其测量技术也最为成熟，控制手段也最多。本系统温度测量采用美国进口数字式传感器，精度高，性能稳定，接口简单；控制方法包括开关天窗、侧窗、排风扇、湿帘、喷雾、内外遮阳、管道加热、营养液加温等。★ 空气湿度：空气湿度的大小与农作物病虫害的发生与发展密切相关，其测量技术基本完善。湿度传感器采用法国Humirel高分子湿敏电容，耐高湿性能好，测量精度高；喷雾和打开湿帘水泵都可以显著增加湿度，在室内湿度很大时通过打开排风扇可以降低室内湿度。★ 光照：重要的环境参数之一，测量简易，控制方便。当白天光照过于强烈时，可以展开内外遮阳幕来降低幅射，夜晚或阴天光线不足时可以人工补光。

★ CO2含量：作物光合作用的重要条件之一，传感器采用英国进口红外光谱CO2传感器，可以通过打开CO2发生器或气瓶来增加室内CO2的浓度。

★ 土壤水分：农作物没有足够的水分就不能生长，国内外已有一些比较成熟的测量技术；控制上可以通过打开喷灌或滴灌设备为作物补充水分，比较简单。20GREENHOUSE & HORTICULTURE

人工降温→关风机2组→关湿帘水泵→关风机1组→关侧窗→关天窗的顺序依次执行。当夜间室外温度过低时展开内遮阳，最后是启动加热装置。

营养液加温主要是在其它加温装置不能发挥作用时应用。在灌溉过程中通过提高营养液的温度以保证在较低的气温下作物的正常生长。

2.2 室内湿度控制原理

室内湿度过低时，打开喷雾系统或运行湿帘系统可很快提高室内湿度，效果非常明显；在连续阴雨天气里室内相对湿度会很高，此时除湿的主要方法是开窗和通风，但通风只能使湿度降到与室外相同的水平，进一步降低湿度的方法是启动除湿装置进行强制除湿，只是目前大型温室环境的除湿技术成本很高，难以实际应用。

2.3 土壤水分控制原理

当土壤水分传感器探测到土壤过干时，可自动打开喷雾或滴灌系统进行灌溉。

2.4 光照控制原理

夏季的晴天，中午前后光照度大，室外空旷地可达 8～10万Lx，室内也有 5～ 8万 Lx，此时应展开外遮阳网，使光照度下降到3万Lx左右，这一光照度对蔬菜作物是合适的。光照不足时可收拢内外遮阳网或打开补光灯进行人工补光。

2.5 CO2控制原理

可用CO2传感器探测室内CO2浓度。如果浓度过低，则打开CO2发生器或直接使用气瓶增加室内CO2浓度，当室内CO2浓度达到 800～1200μL/L时，其光合作用会有很大的提高。另外，