基于嵌入式系統(tǒng)技術的溫室環(huán)境測控系統(tǒng)

1、基于嵌入式系統(tǒng)技術的溫室環(huán)境測控系統(tǒng)基于嵌入式系統(tǒng)技術的溫室環(huán)境測控系統(tǒng)摘要：摘要：溫室大棚是當今全球設施農業(yè)的重要組成部分，是現代全球農業(yè)發(fā)展的重點之一。它可以在瞬息萬變的自然條件下為作物生長人為創(chuàng)造一個適宜的環(huán)境。全球溫室種植業(yè)的實踐經驗表明，提高溫室的智能控制和管理水平可充分發(fā)揮設施農業(yè)的高效性。而我國在溫室大棚智能控制方面的應用跟世界發(fā)達國家相比還有較大的差距。目前國內設施溫室應用的主要環(huán)境變量測控系統(tǒng)大多為國外進口產品，這些產

2、品技術含量非常高，測控效果非常好，但相對價格非常高，通常只被應用于國內少見的大型或高檔連棟溫室。少數國產裝置無論技術水平還是測控效果均不甚理想，尤其是缺少能夠應用于我國常見的中小型日光溫室的低成本智能測控裝置。本文結合當今最熱門的嵌入式技術和無線傳感器網絡技術，并根據目前國內常見中小型日光溫室環(huán)境控制需求，設計并實現了一套設施農業(yè)日光溫室智能嵌入式控制系統(tǒng)。關鍵詞：關鍵詞：溫室控制，嵌入式系統(tǒng)，設施農業(yè)，無線傳感器引言引言隨著社會經濟的

3、快速增長，現代農業(yè)已成為我國農業(yè)的發(fā)展方向，尤其是隨著人口的增長，需求的不斷增加，耕地的日益減少，更加促使了農業(yè)現代化的快速發(fā)展，高投入高產出的現代農業(yè)種植理念，使得設施農業(yè)成為世界農業(yè)現代化的一個重要發(fā)展方面，從傳統(tǒng)農業(yè)向優(yōu)質高效的現代化農業(yè)轉變成為我國農業(yè)發(fā)展歷史上新的階段，設施農業(yè)是我國今后較長時期內農業(yè)發(fā)展的一個主要方向[1]。設施農業(yè)就是一種利用農業(yè)工程手段，在農業(yè)生產上用改善自然環(huán)境的辦法，來獲得植物最適宜的生長條件的方法，

4、即用人工控制環(huán)境因素來滿足植物最佳生長條件從而獲得最大的經濟效益；是科技含量高、高投入、高產出、高效益的集約化生產方式[2]。設施農業(yè)關鍵作用，就是能解決農業(yè)生產若干必須的氣候條件，包括光、溫、水、氣等在匹配上的理想化。隨著科學技術的發(fā)展，先進的、尖端的科學技術已逐步應用于設施農業(yè)中[3]。作為現代生物技術和工程技術的集合，設施農業(yè)涵蓋了建筑、機械、環(huán)境、自動控制、品種、栽培、管理、市場等多個領域、多種系統(tǒng)，設施農業(yè)中溫室工程的建設與發(fā)

5、展是都市現代農業(yè)發(fā)展的重要組成部分，是設施農業(yè)發(fā)展的高級階段。溫室工程是以綜合國力的強盛為背景，以農用工業(yè)的發(fā)展為基礎，以生物技術、工程技術、信息技術的發(fā)展為依托的高新技術產業(yè)。溫室作為設施農業(yè)的生產車間，可以為農作物創(chuàng)造出最佳的生長條件、通過改變溫室內農作物的生長環(huán)境來避免外界惡劣環(huán)境氣候變化對其影響[4]。國內外溫室種植業(yè)的實踐經驗表明，提高溫室自動控制和管理水平是現代溫室生產中的重要課題。溫室控制的重要目的是通過改善溫室環(huán)境，為作

6、物生長創(chuàng)造有利條件，實現高產高效與可持續(xù)發(fā)展。隨著世界各國溫室面積不斷擴大以及自動化裝備的不斷創(chuàng)新與應用，設施農業(yè)生產進入了新的發(fā)展階段，溫室控制技術的發(fā)展對于溫室產業(yè)乃至我國的農業(yè)現代化進程具有深遠的影響[5]。因為傳統(tǒng)溫室內的人為環(huán)境調控能力很低，工作人員又不能及時準確地了解和調控溫室內的各種環(huán)境參數值，不能給植物生長發(fā)育提供適宜的生態(tài)環(huán)境，使產品的產量和品質都受到了很大影響。農業(yè)要再有大的發(fā)展，增強溫室內的人為環(huán)境調控能力勢在必行

7、[6]。隨著嵌入式技術、移動通信技術、智能傳感技術以及自動控制技術的迅猛發(fā)展，溫室控制技Inter瀏覽溫室現場環(huán)境數據，可監(jiān)測農業(yè)設施現場環(huán)境因子狀況并進行統(tǒng)計分析，研究工作人員可以不必親臨現場通過網絡就可掌握植物生長狀況并進行遠程監(jiān)控，大大提高了農業(yè)信息化程度。以上是幾個典型的開發(fā)研究事例，總體上說，我國溫室環(huán)境控制技術水平在迅速提高，但是我國自行開發(fā)的溫室測控系統(tǒng)其技術水平和調控能力與國外發(fā)達國家相比還有一定差距，我國要實現真正的工

8、廠化農業(yè)生產還需長期努力來實現，因此還需要在技術上進一步改進和提高。1.2國外溫室環(huán)境遠程控制技術的研究現狀國外溫室環(huán)境遠程控制技術的研究現狀隨著計算機技術的進步和智能控制理論的發(fā)展，溫室作為設施農業(yè)的重要組成部分，其自動控制和管理技術不斷得以提高，在世界各地都得到了長足的發(fā)展。據聯(lián)合國貿易組織統(tǒng)計，在溫室產品的國際貿易中，發(fā)達國家占絕對優(yōu)勢，約占出口總銷售額的80%，而發(fā)展中國家僅占20%。隨著科學技術飛速發(fā)展，現代化水平不斷提高，衡

9、量一座溫室性能好壞的標準關鍵在于溫室對影響作物生長的要素（如溫度、濕度、光照、CO2等）的調控程度，以及調控所達到的智能化水平。20世紀70年代，國外開始對溫室環(huán)境控制技術進行研究，系統(tǒng)采用模擬式的儀表，采集、顯示現場環(huán)境因子信息，并進行控制。到了80年代末期，隨著微電子技術的發(fā)展，主要采用分布式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)通過采集、控制設備采集現場環(huán)境信息并實現部分的控制，使溫室監(jiān)控技術達到了新的水平，并邁入了網絡化、智能化階段[17]。到目前為止

10、，各國正在研發(fā)基于計算機技術和數據采集控制技術的綜合多因子控制系統(tǒng)。一些國家的溫室環(huán)境控制技術發(fā)展較快，并向著自動化、智能化的方向發(fā)展[18]。像以園藝業(yè)著稱的荷蘭自動化玻璃溫室制造水平處于世界先進水平，有85%的溫室種植者使用環(huán)境控制計算機。日本利用計算機對溫室環(huán)境進行控制，并且實現了作業(yè)機械化、自動化等控制功能。國外溫室環(huán)境控制技術的研究主要表現為以下兩個方面：一方面，計算機為主的信息技術普及應用?？煽丨h(huán)境農業(yè)發(fā)達國家比如日本、荷蘭

11、和美國等，這些國家在溫室生產設備、管理水平和手段等方面都具領先的地位。在1995年，日本已經有6000多臺計算機應用于溫室，進行溫室現代化的生產管理，到目前，日本的農業(yè)生產管理部門中有92%的比例是利用計算機進行溫室管理的。他們利用計算機溫室控制系統(tǒng)對溫室內環(huán)境因子進行自動調控，系統(tǒng)中用到的調控設施有補光系統(tǒng)、開窗通風系統(tǒng)、加溫系統(tǒng)和降溫系統(tǒng)、控制灌溉系統(tǒng)等，計算機溫室控制系統(tǒng)可以根據溫室內環(huán)境狀況自動地控制補光燈開關、通風窗的開關、溫

12、室內環(huán)境的加溫和降溫，還根據農作物所處的土壤濕度調控灌溉系統(tǒng)，最終將溫室環(huán)境調控到適宜溫室內農作物生長的狀態(tài)。與此同時，系統(tǒng)可以對溫室內環(huán)境數據信息以及控制設施的運行狀態(tài)進行自動記錄并存儲。近年來，日本還研制出一種遙感溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，將分散的溫室同計算機控制中心連結，實行更大的溫室自動化管理。還有日本四國電力集團開發(fā)的“OpenPLA”遠程監(jiān)控系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以實現溫室的集群管理，有助于管理地域上分散的溫室群[19]。此外，日本還在一