日光溫室卷簾機和通風設(shè)施智能控制模式研究

○天津市農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心 陳 勇 尚 力 朱祥冒

近年來，天津市各級政府積極出臺政策鼓勵農(nóng)民發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，已成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展中極具潛力的經(jīng)濟增長點，顯示了廣闊的發(fā)展前景。與此同時，越來越多的卷簾機和通風設(shè)施應用到了各類溫室大棚上。日光溫室卷簾機和通風設(shè)施的廣泛應用，大大降低了勞動強度，提高了工作效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，增加了大棚種植效益，進一步促進了設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

一、天津市當前日光溫室卷簾機和通風設(shè)施控制應用現(xiàn)狀和問題

溫室大棚是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，隨著日光溫室卷簾機的廣泛應用，對降低勞動強度，縮短勞動時間，延長光照時間，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)方面發(fā)揮了重要作用。溫室大棚的卷簾和通風是溫室大棚生產(chǎn)必須環(huán)節(jié)，通風設(shè)施的機械化水平在一定程度上決定著溫室大棚的發(fā)展水平，對促進溫室大棚產(chǎn)出最大化具有很重要的現(xiàn)實意義。

1.日光溫室卷簾機控制技術(shù)應用現(xiàn)狀及問題隨著天津市設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展和設(shè)施提升工程的推進，天津市以日光溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，日光溫室外敷保溫材料的卷放逐步由卷簾機完成，雖節(jié)省了時間，但還需專人對溫室逐個操作，卷放時間有很大的隨意性，難以做到根據(jù)作物品種、日出時間的早晚和溫室內(nèi)的溫度進行動態(tài)管理。目前天津市日光溫室種植模式逐漸向規(guī)模化方向發(fā)展，傳統(tǒng)日光溫室的管理模式與當前設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展形勢不協(xié)調(diào)，日光溫室生產(chǎn)環(huán)境條件不穩(wěn)定、自動化程度低、勞動強度大與日光溫室增產(chǎn)增收的矛盾日益突出，已成為制約天津市日光溫室規(guī)?；l(fā)展的因素之一。

目前使用的溫室大棚卷簾機平均卷放簾時間約為10～15min，基本上是依靠人工現(xiàn)場操作控制卷簾機的展開和收攏。為保證卷簾機運行過程的安全和展開收攏的位置，在整個過程中一般需要專人看守，卷簾效率低下，造成了時間的浪費，特別是對于集中連片溫室的管理來說，僅僅操作卷簾機這一項就是一項繁重的工作，因此，傳統(tǒng)的卷簾機管理方式并不適合規(guī)?；s化溫室的生產(chǎn)管理。

日光溫室卷簾機在控制方面主要存在兩方面的問題，一是缺乏限位裝置，卷簾機的停靠位置由操作人員憑經(jīng)驗來確定，由于人的疏忽往往會出現(xiàn)沒有卷到位、堵住通風口無法進行通風排濕；卷過了位，卷簾機、保溫被等會一起越過后墻翻到下去造成嚴重的后果。二是缺乏過載保護，由于雨雪等因素使保溫被重量增加，卷簾電動機因載荷過大無法繼續(xù)工作，又不能及時切斷電源，造成卷簾機空轉(zhuǎn)，電流增大、電機發(fā)熱，最終燒毀電動機。

2.日光溫室通風設(shè)施控制技術(shù)應用現(xiàn)狀及問題通風管理是人工調(diào)節(jié)日光溫室溫度、濕度、二氧化碳的有效手段，對降低棚內(nèi)濕度、控制病害、促進作物生長極為重要。給溫室大棚通風可以排出設(shè)施內(nèi)的余熱，使室內(nèi)環(huán)境溫度保持在適宜植物生長的范圍內(nèi)。通風能夠排出溫室大棚的余濕，使室內(nèi)環(huán)境相對濕度保持在適于植物生長的范圍內(nèi)。同時能夠調(diào)整溫室大棚的空氣成分，排除有害氣體，調(diào)整室內(nèi)空氣中CO2的含量，使作物生長良好。溫室大棚通風處理能夠改善植物的生長環(huán)境，大大減少了植物產(chǎn)生病害的幾率。日光溫室通風口除了傳統(tǒng)的扒縫通風方式外，近年來隨著日光溫室機械化裝備水平的提高，在大型連棟溫室中使用的卷膜通風機構(gòu)也開始步入日光溫室的屋面通風。使用卷膜通風設(shè)備，較人工扒縫或機械扒縫通風開啟溫室通風口更加省力，通風口開口更整齊、均勻，因此溫室內(nèi)的環(huán)境也更加均勻和穩(wěn)定，是未來日光溫室向機械化、自動化發(fā)展的一種趨勢。

目前，由于設(shè)施種植戶對大棚通風的重要性認識不足，溫室大棚通風技術(shù)仍舊停留在依靠人工和傳統(tǒng)經(jīng)驗上。溫室大棚內(nèi)空間狹小，再加上農(nóng)藥的使用和肥料的作用，致使溫室大棚小環(huán)境內(nèi)二氧化碳含量不斷降低，越來越多地聚積起有害氣體，造成溫室大棚內(nèi)農(nóng)作物病害的發(fā)生，給溫室大棚內(nèi)作物的生長發(fā)育帶來不利的影響，所以，當溫室大棚內(nèi)的空氣成分含量達不到棚內(nèi)作物的生長需求時，必須進行通風處理，排除棚內(nèi)的污濁空氣，同時將棚外的新鮮空氣置換進來。但是，如何把握好通風的時間節(jié)點和通風量，成為困擾溫室大棚從業(yè)人員的現(xiàn)實問題。

目前設(shè)施栽培的溫度控制主要是以人工作業(yè)為主，人工作業(yè)勞動強度大，作業(yè)效率低，同時溫室內(nèi)部環(huán)境得不到及時改善，進而影響果蔬生長，對果蔬品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。目前，天津市日光溫室通風普遍采用拔縫放風的形式，一般放風口留寬60～80cm、覆蓋1.5m寬的窄棚膜，放風時人工拉開風口棚膜控制放風量大小。但由于一般日光溫室長度均在50m以上，部分溫室長度甚至超過80m以上，種植農(nóng)戶放風管理較為不便。

二、日光溫室卷簾機和通風設(shè)施智能控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

當前，機械化卷簾和卷膜在省力、搶光和提效的作用已得到普遍認可，但操作需要人工密切巡視工作質(zhì)量狀況，發(fā)現(xiàn)情況隨時停止工作。另外，在規(guī)?；臏厥曳N植區(qū)，需要大量人力進行操作，這樣的方式造成了勞動力的巨大浪費。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，一些智能控制技術(shù)開始逐步應用到實際生產(chǎn)中。目前已經(jīng)開發(fā)出的卷簾控制技術(shù)主要有以下幾種：

1.卷簾機和通風設(shè)施遙控技術(shù)農(nóng)戶使用的卷簾和卷膜機都是手動開關(guān)控制或人工操作，操作人員必須守在開關(guān)附近，既浪費了時間，又容易發(fā)生事故。通過自動卷簾遙控儀，發(fā)出啟動或停止的命令，控制箱接受信號后斷開或閉合電源，達到控制啟閉的目的。此外，由于增加了控制器，行程限位功能也逐步完善，在日光溫室屋脊處和前屋面處，設(shè)置位置傳感器，當機頭觸碰到行程開關(guān)時，電源會自動停機斷電，避免了卷簾不到位或越位等問題的出現(xiàn)。

2.卷簾機和通風設(shè)施現(xiàn)場自動控制技術(shù)多通道智能測控儀可以通過布置在溫室內(nèi)的各種不同類型的傳感器采集有關(guān)溫度、濕度、二氧化碳等數(shù)據(jù)，通過中央控制器對具有通風、保溫和降溫功能的系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控，適時調(diào)整溫室內(nèi)部空氣的溫濕度和二氧化碳濃度，從而給作物提供一個適宜的生長環(huán)境。該方式具有通信效率高、開放性好、應用廣泛以及價格低廉等特點，但此種方式可靠性較差、成本高，在實際生產(chǎn)中應用較少。

3.卷簾機和通風設(shè)施遠程控制技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)作為一種新興的無線感知和操作技術(shù)，具有微功耗、低成本、自組網(wǎng)和節(jié)點布置靈活等特點適用于自動控制和精準控制領(lǐng)域。以卷簾機和通風設(shè)施設(shè)備自動精準控制為目標，具有卷簾機手動和自動控制功能的基地管理軟件平臺已經(jīng)得到開發(fā)。系統(tǒng)由無線監(jiān)控節(jié)點和基地管理平臺構(gòu)成。監(jiān)控節(jié)點由光強傳感器組成，周期性采集溫室內(nèi)部相關(guān)參數(shù)，監(jiān)控節(jié)點之間通過形成無線自組織網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)參數(shù)上傳到基地管理平臺?；毓芾砥脚_完成數(shù)據(jù)存儲、查詢以及控制。用戶可根據(jù)氣候特征設(shè)置卷簾機自動控制參數(shù)，由此實現(xiàn)特定溫室的卷簾機精準控制。

三、發(fā)展日光溫室卷簾機和通風設(shè)施智能化控制的意義

溫室卷簾機和通風設(shè)施智能化控制能夠最大程度上降低溫室生產(chǎn)的勞動強度、控制日光溫室內(nèi)溫度和濕度，提高果蔬品質(zhì)和產(chǎn)量。為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向標準化、規(guī)?，F(xiàn)代化發(fā)展提供必要的技術(shù)支撐，有利于設(shè)施農(nóng)業(yè)向都市農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1.實現(xiàn)對日光溫室卷簾機集中連片管理卷放簾是溫室種植戶一項重復、費時的工作，遠程控制可實現(xiàn)多臺卷簾機同時工作，不但提高了勞動生產(chǎn)率，更加快實現(xiàn)由單棟日光溫室向集中連片日光溫室管理的規(guī)?；⒓苫芾砟Ｊ降霓D(zhuǎn)變。

2.保持溫室內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定日光溫室風口可根據(jù)溫度的上升與下降自動反復開口、封口，實現(xiàn)無人值守。此設(shè)備可使日光溫室內(nèi)溫度始終保持在設(shè)定溫度，避免了由于溫度不穩(wěn)定而給農(nóng)作物帶來傷害。根據(jù)果蔬不同時期、不同生長階段，設(shè)定適宜溫度，當溫度高于設(shè)定溫度以后，設(shè)備可自動開關(guān)風口，可以配合排風系統(tǒng)啟動降溫，保證室內(nèi)的溫度達到理想要求，為農(nóng)作物提供良好的生長環(huán)境。

3.減少病害，提高品質(zhì)自動降溫保持理想的溫度，同時也降低了室內(nèi)濕度，為開花授粉及座果提供理想的環(huán)境，提高了開花座果率，為增產(chǎn)增收打下良好的基礎(chǔ)。由于濕度降低，減少了疫病、白粉病和灰霉病及高溫高濕、低溫高濕引發(fā)的各種病害，提高了果蔬的安全質(zhì)量。向外排風的同時把外面的新鮮空氣吸進來，把室內(nèi)有毒的氣體排出去，調(diào)節(jié)了二氧化碳濃度，促進植物進行光合作用，從而達到增產(chǎn)的效果。

四、制定合適天津市的日光溫室卷簾機和通風設(shè)施控制模式

針對目前技術(shù)應用和發(fā)展現(xiàn)狀，我們對日光溫室溫度自動化控制設(shè)備進行了調(diào)研，溫室大棚保溫和通風的發(fā)展趨勢基本上是從人工控制向自動化控制的方向發(fā)展，從傳統(tǒng)方式向現(xiàn)代化、規(guī)范化方向發(fā)展，單靠傳統(tǒng)溫室大棚保溫和通風的控制已經(jīng)不能適應溫室大棚的大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)營。基于溫室大棚保溫和通風的需要，根據(jù)不同種植規(guī)模的溫室大棚對保溫和通風的不同要求，實現(xiàn)溫室大棚通風的自動化管理和控制，提升設(shè)施農(nóng)業(yè)的智能化管理水平。

1.構(gòu)建卷簾機的遠程控制模式構(gòu)建基于遠程觀測的卷簾機控制模式（如下圖所示）。該模式是以網(wǎng)絡(luò)為主線，把卷簾機作為控制終端，通過計算機的人機交互軟件，在遠程電腦上控制卷簾機的啟停。同時對卷簾機最終狀態(tài)以手機短信的方式反饋給溫室管理人員。通過遠程控制，實現(xiàn)卷簾機的升降，一方面可以有效的避免事故的發(fā)生，另一方面可減輕管理人員的勞動強度。

2.構(gòu)建通風簾的現(xiàn)場智能控制模式在實現(xiàn)溫室內(nèi)部溫度、濕度和CO2濃度等參數(shù)檢測的基礎(chǔ)上，根據(jù)溫室果蔬對環(huán)境的溫濕度和CO2濃度要求，對溫室通風簾設(shè)備實現(xiàn)自動化控制，同時將溫室內(nèi)部參數(shù)溫度、濕度，能準確的將溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度以短信方式反饋給溫室大棚管理員，使溫室管理人員隨著掌握溫室內(nèi)部環(huán)境數(shù)據(jù)，從而避免意外情況的發(fā)生。

五、總結(jié)

將日光溫室卷簾機和通風設(shè)施的智能控制應用于日光溫室果蔬的種植的整個過程，可以起到降低果蔬病害，提高果蔬品質(zhì)和產(chǎn)量的作用。同時能夠提高工作效率，降低勞動成本，促進設(shè)施農(nóng)業(yè)的標準化建設(shè)，打造生態(tài)型設(shè)施農(nóng)業(yè)，從而帶動設(shè)施農(nóng)業(yè)向高端高質(zhì)發(fā)展，提高設(shè)施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化水平，增強設(shè)施農(nóng)業(yè)的綜合效益。