智能控制溫室大棚實(shí)際應(yīng)用探究

□文/王紅杰

溫室大棚是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，是設(shè)施農(nóng)業(yè)的典型代表，它在反季節(jié)蔬菜種植、反季節(jié)水果種植、育苗育種、北方冬季的水產(chǎn)養(yǎng)殖、生豬養(yǎng)殖等方面有著極為廣泛的應(yīng)用，在豐富廣大人民群眾的菜籃子、果籃子和肉籃子等方面起著極其重要的作用。

傳統(tǒng)溫室大棚的原理在于鎖住太陽光熱量，提升溫室內(nèi)的溫度，滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)的需要。太陽光在白天會(huì)透過溫室的薄膜、玻璃照射進(jìn)溫室內(nèi)，吸收太陽輻射的熱量為溫室內(nèi)部增加溫度，氣溫升高后，地面反射出的長(zhǎng)波輻射熱量不能透過溫室散出，從而利用減少熱量的散失來達(dá)到增溫的目的，這樣就能給那些不適合當(dāng)下季節(jié)生長(zhǎng)的農(nóng)作物創(chuàng)造出合適的生長(zhǎng)環(huán)境，來提升農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量。

隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能控制溫室大棚應(yīng)運(yùn)而生，它是一種智能化管理大棚的科學(xué)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)需要相應(yīng)的感應(yīng)設(shè)備來保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，智能控制系統(tǒng)是將信息技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)上的體現(xiàn)，通過系統(tǒng)設(shè)定的各種指令，自動(dòng)化地完成管理工作，無須大量的人工操作，是一種發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的必要工具。因此，智能控制溫室大棚除了具備傳統(tǒng)溫室大棚的基本功能外，它還能對(duì)溫室大棚內(nèi)溫度（包括地溫和室溫）、二氧化碳含量、氧氣含量、光照強(qiáng)度、濕度（包括土壤和室內(nèi)）等進(jìn)行調(diào)節(jié)，計(jì)算機(jī)根據(jù)采集來的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)作物自動(dòng)施肥、施藥、補(bǔ)水。相對(duì)于傳統(tǒng)溫室大棚，智能控制溫室大棚不僅減少了人工成本，更提高了農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和品質(zhì)，更適合規(guī)模化、集約化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

一、智能控制溫室大棚對(duì)溫度的控制

適宜的溫度是農(nóng)作物生長(zhǎng)的必要條件，它貫穿農(nóng)作物生根、發(fā)芽、呼吸作用、光合作用的各個(gè)過程，每個(gè)過程對(duì)溫度的需求是不一致的。晚上農(nóng)作物只進(jìn)行呼吸作用，在不損傷農(nóng)作物的前提下，溫度越低越能降低呼吸作用的消耗，從而降低有機(jī)物的消耗；白天農(nóng)作物不僅進(jìn)行呼吸作用，還要進(jìn)行光合作用，要適當(dāng)提高溫度，讓維持光合作用的各種酶發(fā)揮最大效能，從而提高光合作用效率，增加有機(jī)物積累。大部分的果蔬類植物生長(zhǎng)溫度白天控制在20～30℃，晚上在10～18℃，整個(gè)溫度控制過程，需要將溫室大棚的溫度數(shù)據(jù)收集到智能控制系統(tǒng)的處理中心，然后與標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行比對(duì)，通過正反饋和負(fù)反饋調(diào)節(jié)，讓溫度接近植物生長(zhǎng)的合理值。如果溫度低于合理值，通過智能控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)減小通風(fēng)口，必要時(shí)采取加熱增溫措施；如果溫度高于合理值，通過智能控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)增大通風(fēng)口換氣。

二、智能控制溫室大棚對(duì)二氧化碳濃度和氧氣濃度的控制

二氧化碳是農(nóng)作物進(jìn)行光合作用合成有機(jī)物的必需物質(zhì)，適當(dāng)?shù)亩趸紳舛饶艽蟠筇岣咿r(nóng)作物對(duì)有機(jī)物的合成效率。白天農(nóng)作物不停地進(jìn)行光合作用，二氧化碳在不停消耗，溫室大棚智能控制系統(tǒng)通過二氧化碳濃度傳感器傳回的數(shù)據(jù)與合理的二氧化碳濃度值進(jìn)行比較，控制液體二氧化碳發(fā)生器，利用繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳濃度的調(diào)節(jié)；夜晚由于只進(jìn)行呼吸作用，氧氣大量消耗，產(chǎn)生二氧化碳，二氧化碳濃度不斷升高，如果二氧化碳濃度過高，氧氣濃度過低會(huì)造成農(nóng)作物缺氧，因此，溫室大棚智能控制系統(tǒng)可以控制氧氣產(chǎn)出，補(bǔ)充室內(nèi)氧氣。

三、智能控制溫室大棚對(duì)光照強(qiáng)度的控制

光照是農(nóng)作物生長(zhǎng)的能量來源，而光照時(shí)間和光照強(qiáng)度共同構(gòu)成對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的制約因素，缺一不可?？刂乒庹諘r(shí)間和強(qiáng)度最簡(jiǎn)單的做法就是，利用溫室大棚的智能控制系統(tǒng)控制伺服電機(jī)，讓電機(jī)控制遮陽簾的蜷縮與張開，從而達(dá)到控制光照時(shí)間和強(qiáng)度的目的。除了上述方法外，我們還可以利用溫室大棚的智能控制系統(tǒng)適時(shí)開啟補(bǔ)光燈對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行額外補(bǔ)光，農(nóng)作物在生長(zhǎng)過程中對(duì)各種光譜頻率的光都需要，但主要是紅光和藍(lán)紫光，在陰天等連續(xù)光照不足的情況下，溫室大棚的智能控制系統(tǒng)就可以開啟適當(dāng)光譜頻率比例的燈光，補(bǔ)充光照。

四、智能控制溫室大棚對(duì)濕度的控制

農(nóng)作物體內(nèi)的光合作用、呼吸作用等各種生化反應(yīng)都是在水環(huán)境下進(jìn)行的，反應(yīng)過程也需要有水的參與，保持適度的土壤濕度對(duì)農(nóng)作物的存活、生長(zhǎng)起到?jīng)Q定性作用。如果土壤濕度過高，會(huì)對(duì)土壤內(nèi)部的微生物造成影響，阻礙植物根系的呼吸、生長(zhǎng)，造成吸收效果不好；如果土壤的水分含量過低，容易影響植物光合作用，造成生長(zhǎng)發(fā)育不良。大棚內(nèi)部的濕度還會(huì)受到空氣濕度、光照等因素的影響，因此，在溫室大棚內(nèi)多個(gè)點(diǎn)位設(shè)置濕度采集裝置，將采集到的數(shù)據(jù)回傳到智能控制系統(tǒng)的處理中心，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的處理后，控制溫室內(nèi)的滴灌電磁閥、噴淋電池閥等打開或關(guān)閉，從而合理地監(jiān)控濕度。

五、智能控制溫室大棚對(duì)農(nóng)作物施肥、施藥、補(bǔ)水的控制

溫室大棚的智能控制系統(tǒng)通過采集來的各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)、病蟲害現(xiàn)狀進(jìn)行分析，控制電磁閥開關(guān)，從而對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行施肥、施藥、補(bǔ)水，當(dāng)然這里的肥和藥都是適合噴淋的水溶性的，通過溫室大棚的智能控制系統(tǒng)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)施藥、精準(zhǔn)補(bǔ)水，能夠達(dá)到適量適度的目的，既滿足了農(nóng)作物生長(zhǎng)的需求，又能降低農(nóng)藥殘留，生產(chǎn)出高品質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品。

六、智能控制溫室大棚進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)操作

溫室大棚智能控制系統(tǒng)通過WiFi或有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，與手機(jī)互聯(lián)互通，對(duì)溫室內(nèi)設(shè)施實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，對(duì)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)情況、病蟲害情況全方位、全天候進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)判棚內(nèi)作物生長(zhǎng)發(fā)育態(tài)勢(shì)，并對(duì)溫室內(nèi)各種設(shè)施作出合理操控。

由于國(guó)內(nèi)對(duì)溫室大棚智能控制系統(tǒng)的研究早期受當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平和國(guó)內(nèi)部分種類傳感器的性能所限，國(guó)內(nèi)的整體水平在國(guó)際上處于追趕狀態(tài)。此外，由于其產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)間較短，系統(tǒng)的可靠性和耐用性還有待證明。

一種植物在不同的生長(zhǎng)期其最佳氣候要求不同，不同植物在相同生長(zhǎng)期的最佳氣候要求也不同，由于操作者不一定是農(nóng)業(yè)專家，其設(shè)定的氣候參數(shù)是否是植物生長(zhǎng)期的最佳參數(shù)，操作人直接影響著溫室大棚智能控制系統(tǒng)效益的發(fā)揮。因此，溫室大棚智能控制系統(tǒng)的發(fā)展方向是，從植物的生長(zhǎng)需求出發(fā)，能夠及時(shí)為用戶提供溫室大棚各種作物在不同時(shí)期生長(zhǎng)所需要的最佳氣候參數(shù)及栽培技術(shù)和措施，不但能為不懂農(nóng)業(yè)技術(shù)的用戶提供技術(shù)幫助和實(shí)時(shí)指導(dǎo)，而且能自動(dòng)生成合理的控制方案，實(shí)現(xiàn)溫室大棚的自動(dòng)化、智能化管理。