智能溫室控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

智能溫室控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

  智能溫室系統(tǒng)是近年來(lái)逐步發(fā)展起來(lái)的一種資源節(jié)約型高效農(nóng)業(yè)發(fā)展技術(shù)，它是在普通日光溫室的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)自控技術(shù)、智能傳感技術(shù)等高科技手段發(fā)展起來(lái)的。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了溫室中溫度、濕度、二氧化碳和營(yíng)養(yǎng)液等單項(xiàng)環(huán)境因子控制技術(shù)的研究，研制開發(fā)我國(guó)自己的智能溫室控制系統(tǒng)。
1智能溫室控制的特點(diǎn)及系統(tǒng)構(gòu)成
1．1智能溫室控制的特點(diǎn)
    智能溫室控制主要是根據(jù)外界環(huán)境的溫度、濕度、CO2含量、光照以及風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等氣候因素，來(lái)控制溫室內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)、光照，創(chuàng)造出適合作物生長(zhǎng)的*佳環(huán)境，同時(shí)還需對(duì)影響作物生長(zhǎng)的各種營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行動(dòng)態(tài)的配方管理。在這種控制中，溫度、濕度、C02含量、光照等被控量之間存在著強(qiáng)烈的相互關(guān)系，某個(gè)被控量的改變，會(huì)影響到其他被控量的變化。
1．2智能溫室控制的系統(tǒng)構(gòu)成
    針對(duì)智能溫室的特點(diǎn)，智能溫室控制系統(tǒng)應(yīng)是一種具有良好控制精度、較好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和良好穩(wěn)定性的系統(tǒng)，對(duì)植物生長(zhǎng)不同階段的需求制定出監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)，并將測(cè)得的參數(shù)進(jìn)行比較后進(jìn)行調(diào)整。 
                   

                                       智能溫室控制系統(tǒng)構(gòu)成圖 (邯山永星電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理)

    溫室生態(tài)環(huán)境控制系統(tǒng)是由三部分組成：(1)信息采集信號(hào)輸入部分，它包括室內(nèi)、室外溫度、濕度、CO2濃度及光照等；(2)信息轉(zhuǎn)換與處理部分，主要功能是將采集的信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)量信息進(jìn)行處理，輸出決策的指令；(3)輸出及控制部分，控制風(fēng)機(jī)、噴霧系統(tǒng)、遮陽(yáng)系統(tǒng)及窗的開關(guān)等系統(tǒng)(如圖1所示)，使植物的生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)車間化的生產(chǎn)控制過(guò)程。
2智能溫室自動(dòng)控制的系統(tǒng)
2．1上位機(jī)部分
    上位機(jī)系統(tǒng)選用個(gè)人計(jì)算機(jī)，主要用于數(shù)據(jù)處理、通訊、系統(tǒng)控制、實(shí)時(shí)顯示及修改各種控制數(shù)據(jù)、曲線，記錄每天的各種采集數(shù)據(jù)，以備查閱。由于影響作物生長(zhǎng)的因素(如溫度、濕度等)大都是一種多輸入、多輸出、大滯后的非線性控制變量，還需要?jiǎng)討B(tài)、實(shí)時(shí)、有效、可靠的人機(jī)接口(HMI)的可視化界面，因此，可以選用工控組態(tài)軟件(MCGS)，它為用戶提供了從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出、曲線顯示等解決實(shí)際工程問(wèn)題的各種方案與實(shí)施工具，用戶可避開復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟硬件問(wèn)題。只需根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與組態(tài)配置，即可生成相應(yīng)的應(yīng)用軟件，并且可以方便地組網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)充。利用MCGS的上述特點(diǎn)，在HMI中可以完成以下功能。
    動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)溫室內(nèi)、外的溫度、濕度、CO2含量、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等變化值，并且可以通過(guò)RS—232／485轉(zhuǎn)換器和下位機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，將畫面上的模擬開關(guān)與下位機(jī)連接起來(lái)，當(dāng)操作人員點(diǎn)擊畫面上的模擬開關(guān)時(shí)，就可控制溫室內(nèi)電機(jī)及閥門的實(shí)際開合與通斷。    除對(duì)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，還可將作物生長(zhǎng)所需環(huán)境因素的范圍值輸人到上位機(jī)中，傳入下位機(jī)進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)對(duì)窗、簾、通風(fēng)等進(jìn)行開關(guān)調(diào)節(jié)，使溫室內(nèi)的環(huán)境達(dá)到需要的要求。
    由于現(xiàn)場(chǎng)的下位機(jī)是裝在控制柜內(nèi)的，因此還必須設(shè)置下位機(jī)狀態(tài)檢測(cè)，使用戶可以清楚地知道下位機(jī)的工作狀態(tài)，加強(qiáng)系統(tǒng)的故障排錯(cuò)能力。
2．2下位機(jī)部分
    下位機(jī)系統(tǒng)可以選用ARM單片機(jī)。它主要用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地檢測(cè)及控制，完成數(shù)據(jù)處理，根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)的控制曲線進(jìn)行滴灌及營(yíng)養(yǎng)液(肥料)的配比和實(shí)施，同時(shí)將控制及測(cè)量結(jié)果傳送到上位機(jī)，并接受上位機(jī)的指令。
    由溫室內(nèi)各傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，利用其豐富的指令進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再通過(guò)RS—232／485轉(zhuǎn)換器傳輸給上位機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成各項(xiàng)控制功能。
2．3數(shù)據(jù)采集及測(cè)量部分
    通過(guò)各種高性能傳感器對(duì)外界氣候環(huán)境進(jìn)行測(cè)量及數(shù)據(jù)采集，對(duì)溫室內(nèi)的溫度、濕度、C02含量及養(yǎng)分的PH值進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并將測(cè)量結(jié)果通過(guò)接口送至上位機(jī)中，上位機(jī)根據(jù)控制要求對(duì)整個(gè)溫室進(jìn)行綜合控制。
2．4執(zhí)行部分
    執(zhí)行部分包括天窗開合電機(jī)、遮陽(yáng)簾開合電機(jī)、通風(fēng)電機(jī)、灌溉閥門、加熱閥門、CO2施放閥門、噴淋泵、壓水泵、營(yíng)養(yǎng)液的施放等，通過(guò)上位機(jī)輸出的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)上述功能。為了保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安全，各執(zhí)行部件的限位開關(guān)的常閉點(diǎn)都接在電機(jī)線路里，用常開點(diǎn)作為上位機(jī)的輸入信號(hào)，達(dá)到雙保險(xiǎn)的目的。
3結(jié)束語(yǔ)
    智能控制溫室綜合了多方面的技術(shù)，為植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造了適宜的環(huán)境，使植物的產(chǎn)量與質(zhì)量有了很大的提高，因此已成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向。智能溫室控制系統(tǒng)無(wú)論是對(duì)新建溫室還是原有溫室的改造都有很好的應(yīng)用前景。