现代温室监控系统的研究综述

1、.现代温室监控系统的研究范春梅指导老师：陈彩蓉摘要：传统农业自身的缺点阻碍了现代农业的发展，随着社会的发展，现代温室监控系统成为现代农业发展的必经之路。本文基于对现代温室控制系统的应用，阐述了国内外研究现状，以及与国外相比我国存在的困难与问题，并对现代智能化温室监控系统作研究应用的前景展望。关键词：温室监控；自动控制Modern Greenhouse Monitoring SystemAbstract: Traditional agriculture own shortcomings hinder the development of modern agriculture, with the

2、development of society, modern greenhouse monitoring system has become the only way of modern agricultural development. This article is based on a modern outlook greenhouse control system application, describes current research, as well as the existence of difficulties and problems compared with oth

3、er countries, and the modern intelligent monitoring system for greenhouse research and application prospects.Keyword: Greenhouse Monitoring; Automatic Control一、引言:传统农业由于极度依赖自然气候条件，约束了作物的生长环境，只能靠天吃饭的根本缺点也极大地限制了农产品的输出产量和时间。随着国民经济的迅速发展，现代农业得到了长足的进步，温室工程已成为高效农业的一个重要组成部分。温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四

4、季变化和恶劣气候对其影响的场所。计算机自动控制的智能温室自问世以来，已成为现代农业发展的重要手段和措施。它的功能在于以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效率，高产值和高效益的生产。近年来，我国加大了对设施农业生产的研究，在可控环境农业方面开展了许多研究工作，并取得了一定的成果。但是，由于我国在这方面的研究时间比较短，且技术比较匮乏，所以，与国外先进的智能温室环境控制系统相比，我国温室的发展比较慢，环境控制水平低，作物在产量和质量上都还有很大的提高空间。目前，温室在线控制主要采用分段式控制和人工设定相结合的方法，未来温室在线环

5、境控制的研究重点是控制系统的智能化和信号传输的无线化，通过综合考虑环境因子、作物生长及经济性等因素，来获得适合作物最佳生长条件。从温室在线环境控制技术的发展状况看，在线环境控制系统经历了手动控制、自动控制和智能化控制3个发展阶段。按照温室在线控制系统的控制方法，将系统分为基于单片机控制、基于 PLC 控制、基于网络技术控制、基于工控技术控制(IPC) 和基于总线技术控制等几类。温室在线控制系统的设计要符合国家相关标准及规定，为了能够获得温室内的准确信息，设计人员不仅要充分了解不同传感器的工作原理及组合方式，选择合适的传感器及控制器，而且温室环境在线控制系统内传感器的位置要最优，才能更准确地反映

6、出温室内的作物生长状况，提高温室环境的控制效果和减少调控所需的能源消耗。在线温室监控系统的研究涉及到了很多技术，如：计算机技术、控制技术、传感器技术、通讯技术、环境科学技术和生物技术，21世纪前，由于核心技术的掌握还不够成熟，功能齐全的完全智能化在线温室监控系统应用的还不多，但是，随着无线传感器网络技术的发展与成熟，它的应用时势在必行，其方便的应用功能和低成本为温室智能控制系统的建立提供了有力的技术支持平台。二、国内外研究现状1、国外研究现状：自20世纪70年代国外对温室环境控制系统就进行了研究，东京大学首先研制出微型计算机温室环境控制系统，随着计算机技术的迅猛发展，国外的温室生产开始以较快的

7、速度发展，尤其是欧美国家，如荷兰、美国等国家实现了机械化。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。当时由于水平的限制，对于生态环境因素采用单因子控制，即对温度、湿度、光照和二氧化碳浓度进行单独分别控制的方式，主要是温度，其次是湿度。至到20世纪80年代末，随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对温室环境要求的提高，出现了分布式控制系统，采用多因素综合控制方法，将不同作物在各个生长发育阶段需要适宜环境条件输入到计算机程序中，当某一环境因素发生改变时，其余因素自动做出相应的修正或调整。一般以光照条件为始变因素，温度、湿度和CO2浓度为随变因素，使这四个主要环境因素

8、随时处于最佳配合状态。90年代，在多因子环境控制采用模糊控制、多变量控制等先进技术，并采用这些先进技术开发环境自动控制的计算机软件系统。美国和荷兰还利用差温管理技术，实现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需要。温室产业及相关技术在国内外的发展速度很快。如在荷兰的阿姆斯特丹RAI展览馆每年11月举办一次国际花卉展览会，欧美等国家在30年代就相继建立了人工气候室，这些高水平大型温室的环境控制系统能够根据传感器采集室温、叶湿、地湿、室内湿度、土壤含水量、溶液浓度、二氧化碳浓度、风速、风向、以及植物作物生长状态等有关参数，结合作物生长所需最佳条件，有效调节有关设备装置，将室内

9、温、湿、光、水、肥、气等诸因素综合协调调节到最佳状态。随着科学技术的进一步发展，温室控制技术也发生着巨大的变化，一些国家实现了作业和控制自动化的同时，也对人工智能的应用进行了广泛的研究，应用网络技术和遥测技术进行远程监控，还开发了用于温室管理、决策和咨询的一系列软件，实现了完全自动化。2、国内研究现状：我国温室业起步比较晚。60年代仅利用简易式塑料大棚来种植蔬菜，到了20世纪80年代中期，人们开始对原有日光温室，如建筑结构、环境调控技术及栽培技术进行了全面的改进，在完全不加热获有少量加热的情况下，在严冬生产喜湿果蔬，在我国设施蔬菜栽培史上取得了重大突破，但产量相对较低。我国的温室栽培管理一直是

10、靠人工经验经行管理的，后来，我国先后从欧美和日本等发达国家引进了先进的现代化温室成套装备，但自主生产的量还是比较少。首先引进的温室能耗过高，国情国力难以承受；其次由于当时只注重引进温室设备，而忽略了温室的管理技术和栽培技术；再次温室生产是一个复杂的过程，是硬件设施和软件技术的统一体，而我们缺乏相应的管理人才；最后由于气候、水土、资源、地域等环境因素的差异，引进的国外系统并不完全符合我国的国情，引进的设备没能完全发挥作用，并且设备成本高、维护困难。致使企业相继亏损或停产，使我国大型温室跌入了发展的低谷。20世纪90年代初，我国科研单位对主要的蔬菜环境控制问题惊醒了一系列实验研究，并且取得了一定的

11、成效。“九五”初期，以以色列温室为代表的北京中以示范农场的建立，拉开了我国第二次学习和引进国外现代温室技术的序幕，生产出一批具有我国知识产权的控制系统，但总体来说，我国在设施农业中环境控制能力低，自动化程度十分落后，抵御自然灾害的能力差。在温室因素控制方面，我国的温室监控系统还停留在单因子控制阶段，现在也有专家进行多因子综合因素的大系统控制研究，这将代表我国温室系统今后的研究方向。三、存在的困难及问题 从目前的研究情况来看，我国的温室自动控制系统科研水平跟国外比仍有较大差距，我国的温室自动控制设施比较简单，系统功能不够完善，自动化程度低，对温室中环境因子采用的控制方法来看，其控制水平、控制精度

12、及控制稳定性方面都有待进一步的提高，主要表现在对温度的控制上，现在大多数温室中对环境因子的控制主要采用传统的一些控制方法，如最简单的双位调节及常规的调节等，它们在获得最佳环境条件方面有一定的局限性。我国引进的温室自动控制系统大多投资大，运行费用过高，并且控制系统中所侧重考虑的环境参数与我国的气候特点存在矛盾，应该设计出与我国气候特点相适应的温室自动控制软件，而且我国综合环境控制技术目前仍停留在研究单个环境因子调控技术的阶段，应加快对多因子综合因素调控技术研究的步伐，对于我国这样的一个人口众多的农业大国，要想发展现代化农业，必须培养大量高层技术与管理人才，但目前我国还十分缺乏这方面的高水平人才及

13、其专家管理系统。总之，加强对温室自动控制机理的研究，研究符合我国国情的智能化温室，有效提高自动化控制的效率、精度及稳定性，尽可能降低成本，在今后还有很长的一段路要走。四、前景展望随着农业生产水平的极大提高和农产品市场需求的急剧扩大，设施农业的发展起着至关重要的作用，所以现代智能化温室监控系统的研究和推广尤其势在必行。且现代智能化温室监控系统可通过网络直接获取世界范围内的有用信息，有效指导自己的生产实践，甚至可以通过在线服务系统进行针对性咨询，这些也都是未来农业发展的趋势所在。但是，我国现代温室控制系统和国外相比较，仍存在着很大的不足，比如，温控系统不完善，软硬件设施的技术投入与专家人才管理水平

14、的不协调，操作系统和控制技术过于简单化等都是未来我国在温控等相关领域发展和完善重点所在。现代温室监控系统是在可持续发展战略指导下开辟的农业新方向。从作物产量角度来看，它具有很高的单位面积产出值;就环境保护角度而言，它不仅可以产出清洁的瓜果蔬菜，而且由于精确控制化肥及其它添加剂的用量，也避免了对土壤和地下水的污染。据不完全统计，我国的大型温室面积己超过700hm2，1000m2以上的连栋温室全国32个省市自治区无一空白。温室生产己从蔬菜扩展到了花卉、瓜果以及畜禽、水产养殖、林木育苗、食用菌、中草药等领域。近年来，大型连栋温室以每年超过100hm2的速度增长。目前，国内从事温室制造的企业己从20世

15、纪80年代的56家发展到300余家。我国的温室环境控制技术与国外技术相比还比较落后，最近几年才真正实现计算机自动控制。目前我国的现代化温室，除智能化控制系统外，硬件系统基本达到与国际同步的水平。可见，将农业专家系统应用于温室的实时监控与自动调控技术无疑是温室发展的新亮点，也是温室控制技术发展的大势所趋。其发展潜力及应用空间大，对农民的实际生产有很重要的指导意义。既满足了温室生产的需要，又缓解了领域专家缺乏的矛盾，从而大大提高了科学技术的转化率、到位率和普及率。参考文献：1王松涛,冯广和,陈端生等.论我国设施园艺建设的宏观管理J.农业工程学报， 1999,15(1):1531582白春雨,时玲,

16、张亚静等.我国几种温室环境控制系统的架构方案J.农机化研究， 2006(5):29313彭桂兰,张学军,张新东.温室环境计算机测控技术的研究现状和发展趋势J.现代化农业,2005(5):9-11.4张晓文,杨仁全,周增产等.温室环境智能控制系统的研究与开发J.农机化研究，2005(1):147148. 5谢长晓,王元辉,杨捷.简易型温室环境智能控制系统的设计与应用J.现代农业科技,2006,(1:):32. 6邓璐娟,冯巧玲,李淑君等.智能温室环境控制的研究现状与发展方向J.郑州轻工业学院学报,2003,18(4):22-23. 7韩敏.智能温室监控系统的研究与实现D.杨凌:西北农林科技大学,2007.8郭D,陈建明,董泳等.基于小型PLC的温度模糊控制系统J.自动化技术应用，2006,25（4）:17-209高建平,赵龙庆.温室计算机控制与管理技术的发展概况及在我国的应用前景J计算机与农业,2003(2):121510刘雁征,滕