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

1、基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的溫室環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的溫室環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)摘要：摘要：溫室大棚是當(dāng)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(diǎn)之一。它可以在瞬息萬(wàn)變的自然條件下為作物生長(zhǎng)人為創(chuàng)造一個(gè)適宜的環(huán)境。全球溫室種植業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(guó)在溫室大棚智能控制方面的應(yīng)用跟世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大的差距。目前國(guó)內(nèi)設(shè)施溫室應(yīng)用的主要環(huán)境變量測(cè)控系統(tǒng)大多為國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，這些產(chǎn)

2、品技術(shù)含量非常高，測(cè)控效果非常好，但相對(duì)價(jià)格非常高，通常只被應(yīng)用于國(guó)內(nèi)少見(jiàn)的大型或高檔連棟溫室。少數(shù)國(guó)產(chǎn)裝置無(wú)論技術(shù)水平還是測(cè)控效果均不甚理想，尤其是缺少能夠應(yīng)用于我國(guó)常見(jiàn)的中小型日光溫室的低成本智能測(cè)控裝置。本文結(jié)合當(dāng)今最熱門(mén)的嵌入式技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并根據(jù)目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)中小型日光溫室環(huán)境控制需求，設(shè)計(jì)并實(shí)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(wú)線傳感器引言引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的

3、快速增長(zhǎng)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，尤其是隨著人口的增長(zhǎng)，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(gè)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(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展歷史上新的階段，設(shè)施農(nóng)業(yè)是我國(guó)今后較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)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(lái)獲得植物最適宜的生長(zhǎng)條件的方法，

4、即用人工控制環(huán)境因素來(lái)滿(mǎn)足植物最佳生長(zhǎng)條件從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的、尖端的科學(xué)技術(shù)已逐步應(yīng)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(jī)械、環(huán)境、自動(dòng)控制、品種、栽培、管理、市場(chǎng)等多個(gè)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(jí)階段。溫室工程是以綜合國(guó)力的強(qiáng)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(chē)間，可以為農(nóng)作物創(chuàng)造出最佳的生長(zhǎng)條件、通過(guò)改變溫室內(nèi)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境來(lái)避免外界惡劣環(huán)境氣候變化對(duì)其影響[4]。國(guó)內(nèi)外溫室種植業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，提高溫室自動(dòng)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(guò)改善溫室環(huán)境，為作

6、物生長(zhǎng)創(chuàng)造有利條件，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效與可持續(xù)發(fā)展。隨著世界各國(guó)溫室面積不斷擴(kuò)大以及自動(dòng)化裝備的不斷創(chuàng)新與應(yīng)用，設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入了新的發(fā)展階段，溫室控制技術(shù)的發(fā)展對(duì)于溫室產(chǎn)業(yè)乃至我國(guó)的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程具有深遠(yuǎn)的影響[5]。因?yàn)閭鹘y(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(shí)準(zhǔn)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(zhǎng)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(qiáng)溫室內(nèi)的人為環(huán)境調(diào)控能力勢(shì)在必行

7、[6]。隨著嵌入式技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、智能傳感技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，溫室控制技Inter瀏覽溫室現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，可監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因子狀況并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究工作人員可以不必親臨現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就可掌握植物生長(zhǎng)狀況并進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，大大提高了農(nóng)業(yè)信息化程度。以上是幾個(gè)典型的開(kāi)發(fā)研究事例，總體上說(shuō)，我國(guó)溫室環(huán)境控制技術(shù)水平在迅速提高，但是我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的溫室測(cè)控系統(tǒng)其技術(shù)水平和調(diào)控能力與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距，我國(guó)要實(shí)現(xiàn)真正的工

8、廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還需長(zhǎng)期努力來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此還需要在技術(shù)上進(jìn)一步改進(jìn)和提高。1.2國(guó)外溫室環(huán)境遠(yuǎn)程控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀國(guó)外溫室環(huán)境遠(yuǎn)程控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)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(dòng)控制和管理技術(shù)不斷得以提高，在世界各地都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。據(jù)聯(lián)合國(guó)貿(mào)易組織統(tǒng)計(jì)，在溫室產(chǎn)品的國(guó)際貿(mào)易中，發(fā)達(dá)國(guó)家占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，約占出口總銷(xiāo)售額的80%，而發(fā)展中國(guó)家僅占20%。隨著科學(xué)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(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵在于溫室對(duì)影響作物生長(zhǎng)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(dá)到的智能化水平。20世紀(jì)70年代，國(guó)外開(kāi)始對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)進(jìn)行研究，系統(tǒng)采用模擬式的儀表，采集、顯示現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因子信息，并進(jìn)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(guò)采集、控制設(shè)備采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息并實(shí)現(xiàn)部分的控制，使溫室監(jiān)控技術(shù)達(dá)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(guó)正在研發(fā)基于計(jì)算機(jī)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(guó)家的溫室環(huán)境控制技術(shù)發(fā)展較快，并向著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展[18]。像以園藝業(yè)著稱(chēng)的荷蘭自動(dòng)化玻璃溫室制造水平處于世界先進(jìn)水平，有85%的溫室種植者使用環(huán)境控制計(jì)算機(jī)。日本利用計(jì)算機(jī)對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行控制，并且實(shí)現(xiàn)了作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化等控制功能。國(guó)外溫室環(huán)境控制技術(shù)的研究主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面：一方面，計(jì)算機(jī)為主的信息技術(shù)普及應(yīng)用?？煽丨h(huán)境農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家比如日本、荷蘭

11、和美國(guó)等，這些國(guó)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(tái)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于溫室，進(jìn)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(mén)中有92%的比例是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行溫室管理的。他們利用計(jì)算機(jī)溫室控制系統(tǒng)對(duì)溫室內(nèi)環(huán)境因子進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，系統(tǒng)中用到的調(diào)控設(shè)施有補(bǔ)光系統(tǒng)、開(kāi)窗通風(fēng)系統(tǒng)、加溫系統(tǒng)和降溫系統(tǒng)、控制灌溉系統(tǒng)等，計(jì)算機(jī)溫室控制系統(tǒng)可以根據(jù)溫室內(nèi)環(huán)境狀況自動(dòng)地控制補(bǔ)光燈開(kāi)關(guān)、通風(fēng)窗的開(kāi)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(zhǎng)的狀態(tài)。與此同時(shí)，系統(tǒng)可以對(duì)溫室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)信息以及控制設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)記錄并存儲(chǔ)。近年來(lái)，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(jì)算機(jī)控制中心連結(jié)，實(shí)行更大的溫室自動(dòng)化管理。還有日本四國(guó)電力集團(tuán)開(kāi)發(fā)的“OpenPLA”遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)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