基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的溫室環(huán)境測控系統(tǒng)

1、基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的溫室環(huán)境測控系統(tǒng)基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)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(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是現(xiàn)代全球農(nóng)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(jīng)驗表明，提高溫室的智能控制和管理水平可充分發(fā)揮設(shè)施農(nóng)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(nèi)設(shè)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(chǎn)品，這些產(chǎn)

2、品技術(shù)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(nèi)少見的大型或高檔連棟溫室。少數(shù)國產(chǎn)裝置無論技術(shù)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(jié)合當今最熱門的嵌入式技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并根據(jù)目前國內(nèi)常見中小型日光溫室環(huán)境控制需求，設(shè)計并實現(xiàn)了一套設(shè)施農(nóng)業(yè)日光溫室智能嵌入式控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：溫室控制，嵌入式系統(tǒng)，設(shè)施農(nóng)業(yè)，無線傳感器引言引言隨著社會經(jīng)濟的

3、快速增長，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已成為我國農(nóng)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(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，高投入高產(chǎn)出的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植理念，使得設(shè)施農(nóng)業(yè)成為世界農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個重要發(fā)展方面，從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向優(yōu)質(zhì)高效的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展歷史上新的階段，設(shè)施農(nóng)業(yè)是我國今后較長時期內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個主要方向[1]。設(shè)施農(nóng)業(yè)就是一種利用農(nóng)業(yè)工程手段，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(jīng)濟效益；是科技含量高、高投入、高產(chǎn)出、高效益的集約化生產(chǎn)方式[2]。設(shè)施農(nóng)業(yè)關(guān)鍵作用，就是能解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(shù)的發(fā)展，先進的、尖端的科學技術(shù)已逐步應用于設(shè)施農(nóng)業(yè)中[3]。作為現(xiàn)代生物技術(shù)和工程技術(shù)的集合，設(shè)施農(nóng)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(lǐng)域、多種系統(tǒng)，設(shè)施農(nóng)業(yè)中溫室工程的建設(shè)與發(fā)

5、展是都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，是設(shè)施農(nóng)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(nóng)用工業(yè)的發(fā)展為基礎(chǔ)，以生物技術(shù)、工程技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展為依托的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。溫室作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)車間，可以為農(nóng)作物創(chuàng)造出最佳的生長條件、通過改變溫室內(nèi)農(nóng)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(nèi)外溫室種植業(yè)的實踐經(jīng)驗表明，提高溫室自動控制和管理水平是現(xiàn)代溫室生產(chǎn)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(xiàn)高產(chǎn)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(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進入了新的發(fā)展階段，溫室控制技術(shù)的發(fā)展對于溫室產(chǎn)業(yè)乃至我國的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程具有深遠的影響[5]。因為傳統(tǒng)溫室內(nèi)的人為環(huán)境調(diào)控能力很低，工作人員又不能及時準確地了解和調(diào)控溫室內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)值，不能給植物生長發(fā)育提供適宜的生態(tài)環(huán)境，使產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)都受到了很大影響。農(nóng)業(yè)要再有大的發(fā)展，增強溫室內(nèi)的人為環(huán)境調(diào)控能力勢在必行

7、[6]。隨著嵌入式技術(shù)、移動通信技術(shù)、智能傳感技術(shù)以及自動控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，溫室控制技Inter瀏覽溫室現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)，可監(jiān)測農(nóng)業(yè)設(shè)施現(xiàn)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(xiàn)場通過網(wǎng)絡(luò)就可掌握植物生長狀況并進行遠程監(jiān)控，大大提高了農(nóng)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(shù)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(shù)水平和調(diào)控能力與國外發(fā)達國家相比還有一定差距，我國要實現(xiàn)真正的工

8、廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還需長期努力來實現(xiàn)，因此還需要在技術(shù)上進一步改進和提高。1.2國外溫室環(huán)境遠程控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀國外溫室環(huán)境遠程控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀隨著計算機技術(shù)的進步和智能控制理論的發(fā)展，溫室作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，其自動控制和管理技術(shù)不斷得以提高，在世界各地都得到了長足的發(fā)展。據(jù)聯(lián)合國貿(mào)易組織統(tǒng)計，在溫室產(chǎn)品的國際貿(mào)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(shù)飛速發(fā)展，現(xiàn)代化水平不斷提高，衡

9、量一座溫室性能好壞的標準關(guān)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(diào)控程度，以及調(diào)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(shù)進行研究，系統(tǒng)采用模擬式的儀表，采集、顯示現(xiàn)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(shù)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(shè)備采集現(xiàn)場環(huán)境信息并實現(xiàn)部分的控制，使溫室監(jiān)控技術(shù)達到了新的水平，并邁入了網(wǎng)絡(luò)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(shù)和數(shù)據(jù)采集控制技術(shù)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(shù)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(xiàn)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(shù)的研究主要表現(xiàn)為以下兩個方面：一方面，計算機為主的信息技術(shù)普及應用?？煽丨h(huán)境農(nóng)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(chǎn)設(shè)備、管理水平和手段等方面都具領(lǐng)先的地位。在1995年，日本已經(jīng)有6000多臺計算機應用于溫室，進行溫室現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理，到目前，日本的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(nèi)環(huán)境因子進行自動調(diào)控，系統(tǒng)中用到的調(diào)控設(shè)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(jù)溫室內(nèi)環(huán)境狀況自動地控制補光燈開關(guān)、通風窗的開關(guān)、溫

12、室內(nèi)環(huán)境的加溫和降溫，還根據(jù)農(nóng)作物所處的土壤濕度調(diào)控灌溉系統(tǒng)，最終將溫室環(huán)境調(diào)控到適宜溫室內(nèi)農(nóng)作物生長的狀態(tài)。與此同時，系統(tǒng)可以對溫室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)信息以及控制設(shè)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(jié)，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(xiàn)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