智能溫室大棚建設(shè)方案探討

初金星

摘 要：農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開作物的生長(zhǎng)，而農(nóng)作物的生長(zhǎng)主要受外界環(huán)境的影響，因此，就需要將農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，從而衍生出符合時(shí)代特色的改善農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的相關(guān)農(nóng)業(yè)制品，溫室大棚就是其中之一，農(nóng)業(yè)大棚能夠在保持光照的基礎(chǔ)上為植物的生長(zhǎng)提供更為合理的溫室環(huán)境，是在農(nóng)作物種植過程中重要的農(nóng)業(yè)用具。本文主要分析了智能溫室大棚的建設(shè)方案，希望將信息技術(shù)融合到農(nóng)業(yè)大棚的建設(shè)之中，從而為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)約一定的人力資源。

關(guān)鍵詞：智能溫室大棚；建設(shè)方案；探討

溫室大棚能夠提供給農(nóng)作物一定的生存空間，在此空間中，農(nóng)作物可以得到恒定而溫和的室溫、適宜的水分、充足的光照等一定的有利自然條件，同時(shí)，農(nóng)業(yè)大棚由一定的支架以及塑料薄膜構(gòu)成，在其庇護(hù)之下的農(nóng)作物也能獲得一定的抵御災(zāi)害的能力。因此，農(nóng)業(yè)大棚已經(jīng)在我國(guó)的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域不斷被普及，但隨著溫室大棚的數(shù)量增多，由此而衍生的一系列問題也就逐漸暴露了出來，并對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展造成了一定的影響。因此，應(yīng)為溫室大棚的建設(shè)發(fā)展擬定一個(gè)改良方案。

1 智能溫室大棚建設(shè)總體方案

1.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

溫室大棚的整體建設(shè)思路為大棚的智能化，即通過現(xiàn)代的信息技術(shù)完善溫室大棚的智能化結(jié)構(gòu)，從而節(jié)約在某些需要人工操作的環(huán)節(jié)上消耗的的人力，進(jìn)而節(jié)省溫室大棚的運(yùn)營(yíng)成本。與此同時(shí)，機(jī)械在某種程度上其工作性能要優(yōu)于人力，如機(jī)械具有防凍、防高溫、可在電流大環(huán)境下作業(yè)等特性，而相對(duì)而言人具有天生的觸感，在這些方面的耐冷度、耐熱度等無法與機(jī)械相比。因此在遇到相應(yīng)自然條件下機(jī)械部件可以更為及時(shí)地處理因環(huán)境而產(chǎn)生的問題，同時(shí)機(jī)械不易受外界環(huán)境干擾，其準(zhǔn)時(shí)性要優(yōu)于人工，因此，溫室大棚的機(jī)械化是具有一定意義的。

本系統(tǒng)從功能上分為信號(hào)采集系統(tǒng)、控制執(zhí)行系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)，硬件主要由上位機(jī)和下位機(jī)組成。上位機(jī)是一臺(tái)PC機(jī)，主要功能是保存和處理下位傳回的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，對(duì)下位機(jī)做出設(shè)置和控制。下位機(jī)是單片機(jī)或?qū)Ｓ玫臏厥掖笈锟刂破?，它把各種傳感器采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳給上位機(jī)，并根據(jù)上位機(jī)下傳的數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，對(duì)各種執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行控制。

1.2 相關(guān)部分的具體功能介紹

1.2.1 信號(hào)處理機(jī)制

信息處理系統(tǒng)是智能溫室大棚最為重要的組成部分，其主要工作機(jī)制是對(duì)各相關(guān)配件采集回來的信息加以集中、整合并進(jìn)行相應(yīng)的處理。智能溫室大棚的整體可分為下位機(jī)械部件和上位機(jī)械部件兩部分，上位機(jī)械部件執(zhí)行宏觀控制工作，下位機(jī)械部件執(zhí)行信息采集工作，上下位機(jī)械部件相互配合，從而完成智能溫室大棚的信息交互工作。由于采集回的數(shù)據(jù)大都是一種多輸入、多輸出、大滯后的非線性控制變量，所以還需要設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、有效、可靠的人機(jī)接口的可視化界面。

信息處理系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)組成，其主要功能有兩部分，一部分功能是用于與下位機(jī)的通訊、設(shè)置溫室環(huán)境參數(shù)，并把采集的數(shù)據(jù)存于管理數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)、打印，以備決策系統(tǒng)調(diào)用；另一部分為決策系統(tǒng)，功能是根據(jù)知識(shí)庫(kù)和采集的數(shù)據(jù)及時(shí)為用戶提供各種作物生長(zhǎng)所需要的最佳氣候參數(shù)，并能自動(dòng)生成最佳控制方案。

1.2.2 信號(hào)收集機(jī)制

這一部分主要借助信號(hào)傳感工具，具體可分為氣溫及空氣濕潤(rùn)度檢測(cè)傳感工具、土壤恒溫檢測(cè)傳感工具、二氧化碳濃度檢測(cè)傳感工具、空氣中含氧量檢測(cè)傳感工具以及光照檢測(cè)傳感工具等。而單一傳感工具的安裝可能無法檢測(cè)整個(gè)大棚全部的植物生長(zhǎng)環(huán)境信息，因此就需要同時(shí)安裝多個(gè)傳感工具來完成對(duì)大棚整體植物生長(zhǎng)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。與此同時(shí)，要盡量保證傳感工具的抗干擾能力以及信號(hào)傳輸能力，從而保證數(shù)據(jù)的可靠性。

1.2.3 執(zhí)行機(jī)制

該子系統(tǒng)包含內(nèi)容較多，控制也最復(fù)雜，各執(zhí)行部件把下位機(jī)傳來的控制信號(hào)執(zhí)行后，還須把執(zhí)行后的狀態(tài)反饋給下位機(jī)，下位機(jī)再把這些狀態(tài)暫存于自己的緩存中，同時(shí)上傳到上位機(jī)，以保證各執(zhí)行部件能按事先制定的策略完成任務(wù)。

2 智能化溫室大棚的完善策略

2.1 完善數(shù)據(jù)收集工作

溫室大棚并非只是用一定數(shù)量的支架將塑料薄膜支起，大棚的內(nèi)外因棚蓋的存在其環(huán)境也就發(fā)生了一定的變化，其內(nèi)部環(huán)境相對(duì)外部而言較為復(fù)雜。這就對(duì)設(shè)備的抗噪能力有了一定的要求，溫室大棚的內(nèi)部受溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制，其土壤溫度和氣溫均高，受加濕系統(tǒng)的影響其空氣濕潤(rùn)度也很高，這就無形之中創(chuàng)造了一種濕熱的環(huán)境，而在這種環(huán)境之中的信號(hào)接收設(shè)備極易被空氣中的水分子以及高溫所產(chǎn)生的熱量干擾，空氣中的水分子會(huì)影響信號(hào)的質(zhì)量，過高的熱量會(huì)造成接收機(jī)線路老化，進(jìn)而產(chǎn)生干擾電流等阻礙信號(hào)接收的不利因素。與此同時(shí)，在濕熱環(huán)境中傳播的信號(hào)自身還會(huì)發(fā)生一定的失真，這都是對(duì)信號(hào)接收的環(huán)節(jié)尤為不利的。因此，必須采用具備一定抗干擾能力的、信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)的設(shè)備，同時(shí)盡量調(diào)節(jié)相關(guān)的環(huán)境因素，對(duì)傳遞的信號(hào)進(jìn)行一定的降噪處理，進(jìn)而提升信號(hào)的傳播質(zhì)量，從而提升系統(tǒng)的整體性能。

2.2 根據(jù)不同的需求配種不同的作物模型

溫室大棚內(nèi)的作物會(huì)根據(jù)市場(chǎng)的需求來確定種類，每種作物都有自己不同的生長(zhǎng)習(xí)性，這要求本系統(tǒng)要有不同作物的生長(zhǎng)模型。這些模型可以從已有的研究成果中得到，把這樣的數(shù)據(jù)直接輸入到信息處理系統(tǒng)中，也可以利用信息處理系統(tǒng)中的記錄存儲(chǔ)功能，把以往的數(shù)據(jù)建立起該種作物的生長(zhǎng)模型，最終實(shí)現(xiàn)根據(jù)作物最優(yōu)控制溫室大棚。

2.3 建立相關(guān)管理控制機(jī)制

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，最復(fù)雜、最難的部分就是智能控制。由于數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)大都是非線性信號(hào)變量，而且這些多輸入、多輸出的控制信號(hào)還有大滯后的特點(diǎn)，但對(duì)各種執(zhí)行系統(tǒng)的控制卻要?jiǎng)討B(tài)、實(shí)時(shí)、有效；而且整個(gè)系統(tǒng)不僅要有及時(shí)的信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，更要有智能化的控制策略。實(shí)際應(yīng)用中，常規(guī)的控制方法（如最優(yōu)控制、PID）的控制效果都不是很理想，如果能把模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等人工智能控制方法應(yīng)用于該系統(tǒng)中，可以大大提高溫室大棚環(huán)境控制的精度和水平。

結(jié)束語(yǔ)

智能溫室大棚建設(shè)有助于改善農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，有助于減少自然因素對(duì)于農(nóng)作物的限制，有助于提升農(nóng)作物的質(zhì)量，因此相關(guān)部門應(yīng)重視起相關(guān)智能溫室大棚的建設(shè)和推廣工作，組織相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行先進(jìn)的知識(shí)培訓(xùn)，從而構(gòu)建具備一定專業(yè)性的知識(shí)體系架構(gòu)，并以此知識(shí)框架指導(dǎo)相關(guān)的智能大棚建設(shè)活動(dòng)，完善縣官基礎(chǔ)設(shè)施的修建、完善、整合以及相關(guān)的監(jiān)督和管理機(jī)制，在各部門的共同協(xié)作下，完善我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展。

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