温室大棚智能控制系统的研发设计与使用
7页1、温室大棚智能控制系统的研发设计与使用摘要:设计了一套能实时控制农业种植温室内温度、湿度、光照度及 CO2 浓 度等参数的测控系统,该系统安装了农艺专家管理程序 ,能给出不同时期作物生 长所需要的最佳环境参数,并自动生成合理的控制方案 ,实现了人造气候的智能 化管理。阐述了一个大棚智能温室控制系统,该系统运行可靠、成本低。系统通 过对温室内的温度与湿度参量的采集,并根据上述参数实现对温度和湿度的自动 调节,达到了温室大棚自动控制的目的。关键词:农业温室;农业专家管理系统;专家决策;人造气候;智能温室控 制系统托普物联网认为:智能温室控制系统是专门为农业温室、农业环境控制、气 象观测开发生产的环境自动控制系统。可测量风向、风速、温度、湿度、光照、 气压、雨量、太阳辐射量、太阳紫外线、土壤温湿度等农业环境要素,根据温室 植物生长要求,自动控制开窗、卷膜、风机湿帘、生物补光、灌溉施肥等环境控 制设备,自动调控温室内环境,达到适宜植物生长的范围,为植物生长提供最佳 环境。一、国内智能化温室现状 目前,国内具有生产智能化温室能力的公司约20 余家,由于其研制时间较 早,受当时的电脑水平和国内部分种
2、类传感器的性能所限,系统整体水平不高。 此外,由于其产品进入市场时间短,系统的可靠性和耐用性还有待证明。目前, 国内公司主要依靠自己的力量研发,虽拥有独立的知识产权,但仍无法与荷兰、 以色列等国家的智能化温室系统相比。一是此类设备价格昂贵,不能得到普及; 二是对各种参数的控制缺少智能化,而使其应用受栽培学知识的局限性。一种植 物在不同的生长期其最佳气候要求不同,不同植物在相同生长期的最佳气候要求 也不同,由于操作者不一定是农业专家,其设定的气候参数是否是植物本生长期 的最佳参数,因此操作人直接影响着自控系统效益的发挥。为此,我们从植物的 生长需求出发,利用电子技术、生物技术、计算机控制技术开发了一套农业种植 温室自动控制系统,该系统安装了“农业专家管理系统”,能够及时为用户提供 温室各种作物在不同时期生长所需要的最佳气候参数及栽培技术和措施,不但能 为不懂农业技术的用户提供技术帮助和实时指导,而且能自动生成合理的控制方 案,实现了人造气候的智能化管理。二、系统构成及功能本系统以主机为上位机,以若干个温室内的“气候自动控制器”为下位机, 其间以通讯线路相连接(图 1)。各温室内的“气候自
3、动控制器”负责采集本温 室温度、湿度、光照度和CO2浓度等气候参数,并通过通讯线路传送给主机,主 机通过我们开发的软件,把传来的气候参数与“农业专家管理系统”对各温室事 先设定的最佳气候参数进行比较、分析和运算,向各温室的“气候自动控制器” 发出“通风、加热、喷淋、调节光照、补充CO2 ”等相应控制指令,各温室内的 “气候自动控制器”根据主机对本温室的控制指令立即接通或断开“通风机”、 “加热器”、“淋水泵”、“光照调节装置”和“CO2施放机构”等设备的电源,从 而控制温室的气候参数始终保持在适合植物快速生长的最佳状态。机 if 显皿1片朴印FIySJl下軋 m怡黑林航| | 同站Mil | i辟喜轴11 竹崗時就I圈1系绽控制系统2.1气候参数的采集 温室环境气候参数的采集依靠传感器进行,包括土壤湿度传感器、叶面湿度 传感器、空气温湿度一体化传感器、光照度传感器、 CO2 传感器。它们是监控系 统的信息来源,关系到整个系统的检测、数据分析和控制的可靠性与准确性。2.2 伺服机构伺服机构是“气候自动控制器”具体控制的执行者,包括通风机、加热器、 喷淋水泵、光照调节装置、 CO2 施放机
4、构等设备。2.3 气候自动控制器 “气候自动控制器”可在无主机的情况下单独控制本温室的气候,本温室各 种气候参数通过传感器进行实时检测,然后经单片机分析处理后输出控制指令, 经执行机构完成最佳气候的自动化控制(图 2)。这种控制方式成本较低,特别 适用于对我国中小型温室的智能化控制。三、系统软件系统软件由数据综合管理系统(图3)及农业专家管理系统(图 4)两部分 组成。数据综合管理系统软件主要用于温室环境参数的设置、通讯、显示、存储、 查询、统计和打印等;农业专家管理系统软件能及时为用户提供温室各种作物在 不同时期生长所需要的最佳气候参数及栽培技术和措施,并能自动生成最佳控制 方案,为不懂农业技术的用户提供技术帮助和实时指导。矗人竝人电料to.西蠶曲井术眾圈3气權自动控制蛊原理圈四、农业专家管理系统设计农业专家管理系统具有专家决策与咨询两项功能,因为数据能反映事物的数 量化特征,在数量上能为各级管理者和决策者提供数据和辅助决策信息,因此该 系统是以数据形式进行辅助管理的。4.1 人机接口人机接口是人机交流的界面,用户可以向系统提供信息、任务要求和系统向 用户提供解答及索取为完成任务所需
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