农业温室自动控制系统的设计与实现.docVIP

农业温室自动控制系统的设计与实现 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。阐述了一个大棚温室自动控制系统，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；温室自动控制系统 托普物联网认为：温室生产是一种人为地创造作物生长所需的最佳环境条件，通过科学的经营管理获得最佳经济效益的农业生产模式。其关键技术为环境控制，温室环境控制是通过改变温室内的温度、湿度、光照和CO2浓度等环境因子来获得作物生长的最佳条件，从而提高农业经济效益。温室环境控制在所有室内环境控制中是最困难的，除了要监控温度和湿度外，还需兼顾土壤水分、光照度、CO2浓度、EC值和pH值等。由于温室环境控制的对象种类繁多,在不同生长阶段的需求也各不相同，而且受能源、资金、劳动力等资源的限制及市场与天气变化的影响，温室环境控制必须在极有效率的状态下进行。因此，要建立一个良好的温室环境控制系统,就必须要有一个良好的系统控制方案。 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。 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。 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