自制温室智能控制系统在农业生产中的应用

托普物联网开创智慧农业新时代。自制温室智能控制系统在农业生产中的应用摘要：设计一套能实时控制农业种植温室内温度、湿度、光照度及二氧化碳浓度等参数的温室智能控制系统，该系统安装了农艺专家管理程序，能给出不同时期作物生长所需要的最佳环境参数，并自动生成合理的控制方案，实现了人造气候的智能化管理．关键词：种植温室；农艺专家管理系统；专家决策；人造气候；温室智能控制系统如果对花卉、苗木和反季节蔬菜等植物温室实行智能化控制，使其气候参数始终处于植物牛长所需的最伟状态，将大幅度提高其产量和品位．虽然电有些该方面的研究报道，但在我国目前的农业温室中应用智能控制的并不多见．一方面是因此类设备价格昂贵，不适合国情，另一方面是对各种参数的控制缺少智能化，而使其应用受到栽培学知识的局限性．一种植物在小同的生长期其最佳气候要求不同，不同植物枉相同牛长期的最佳气候要求也不同”。，即使温室内能实现自动化控制，但具体控制参数还要人为设定，而操作人员不一定是农业专家，其设定的气候参数是否是植物本生长期的最佳参数，这完全取于操作人农业科技水平的高低，所以操作人直接影响着自控系统效益的发挥．为此，我们从植物的生长需求出发，利用电子技术、生物技术、训算机控制技术开发了一套农、种植温室自动控制系统，该系统安装了“农艺专家管理系统”，能够及时为用户提供温室各种作物在不同时期生长所需要的最佳气候参数及栽培技术和措施，不但能为不懂农业技术的用户提供技术帮助和实时指导，而且能自动生成合理的控制方案，实现了人造气候的智能化管理．托普物联网指出：温室智能控制系统可根据温室内的土壤湿度传感器、土壤温度传感器、时间等参数来自动控制电磁阀和水泵、施肥系统等的自动动作，通过空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、雨雪传感器等参数来自动控制天窗、侧窗、内遮阳、外遮阳、风机、湿帘、外翻窗、加温设备、加湿设备、二氧化碳发生器等的自动化动作，使温室内的环境保持在用户设定范围内。1系统的总体构成和功能温室智能控制系统以主机(Pc机)为上位机，以若干个(100个以内)温室内的“气候自动控制器”为下位机，其问以Rs一485通讯线路相连接如图l所示，各温室内的“气候自动控制器”负责采集本温室温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度等气候参数，并通过通讯线路传送给主机，主机通过我们开发的软件，把传米的气候参数和“农艺专家管理系统”对各温室事先设定的最佳气候参数进行比较、分析和运算，向各温室的“气候自动{卒制器”发出“通风、加热、喷淋、调节光照、补充co：”等相应控制指令，各温室内的“气候自动控制器”根据主机对本温室的控制指令立即接通或断开“通风机”、“加热器”、“淋水泵”、“光照调节装置”和“c0：施放机构”等设备的电源，从而控制本温室的气候参数始终保持在适合植物快速生长的最佳状态．托普物联网开创智慧农业新时代。1l气候参数的采集温室环境气候参数的采集是依靠传感器进行的，主要包括土壤湿度传感器、叶面湿度传感器、卒气温湿度一体化传感器、光照度传感器、c0：传感器，它们是监控系统的信息来源，关系到整个系统的检测、数据分析和控制的可靠性与准确性．1．2伺服机构伺服机构是“气候自动控制器”具体控制的执行者，包括通风机、加热器、喷淋水泵、光照调节装置(遮阳网滚筒机构和补充照明设备)、c0：施放机构等设备．1．3气候自动控制器“气候自动控制器”可在无主机的情况下单独控制本温室的气候，其核心是美国ATMEL公司的快速AT89c52单片机，如图2所示，外围部分是对它配置的接口电路和存储单元．本温室各种气候参数通过传感器进行实时检测，然后经单片机分析处理后输出控制指令，经执行机构完成最佳气候的自动化控制这种控制方式成本较低，特别适用于对我国中小型温室的智能化控制，经试销发现国内需求量较大为了实现人机对话，气候自动控制器设置了按键输入部分和液晶显示部分，可以设定控制参数和实时显示本温室控制状态及气候参数的变化情况．当然，通过扩展输出电流(使用交流接触器)，增加气候传感器的数量，也可适用于较大规模的温室．另外，气候自动控制器也丌J在室外单独控制苗圃的湿度，此时应关闭通风’、匀¨热功能，省去除十壤湿度传感器和叶面湿度传感器外的其它传感器．2系统软件托普物联网开创智慧农业新时代。系统软件由数据综合管理系统及农艺专家管理系统两部分组成：数据综合管理系统软件主要用于温室环境参数的没置、通讯、显示、存储、夼询、统计和打印等；农艺专家管理系统软件，能够及时为用户提供温室各种作物在不同时期生长所需要的最佳气候参数及栽培技术和措施，并能自动生成最佳控制方案，为不懂农业技术的用户提供技术帮助和实时指导．3农艺专家管理系统的设计农艺专家管理系统具有专家决策与咨询两项功能，因为数据能反映事物的数量化特征，在数量为各级管理者和决策者提供数据和辅助决策信息，所以该系统是以数据形式进行辅助管理的，其结构框架如图3所示．托普物联网开创智慧农业新时代。3．人机接口人机接口是人机交流的界面，用户可以向系统提供信息、任务要求和系统向用户提供解答及索取为完成任务所需要的补充信息32知识库的内容由于温室生产中农岂专家知识范围广泛，知识类型复杂，我们采用了树形目录的方式进行分类表示的，内容包括植物类别、植物特性、栽培技术、最佳气候参数等，其中植物类别有花卉、苗木和反季节蔬菜大类；植物特性包括植物属性、日照要求、原产地等；栽培技术包括栽培土质、适应品种、繁殖方法、种苗管理、浇水措施、施肥操作、病虫害防治等；最佳气候参数是我们用于温室控制最重要最直接的参数，包括白天、夜晚植物在不同生长期的最佳温度、湿度。匕照度和c镜浓度等，其内容以番茄为例参见表1．托普物联网开创智慧农业新时代。3.3、知识库管理系统的功能知识厍管理系统包括知识痒编辑和专家咨询两午模块；通过知。识库缩辑模块可以输入：增加：删除修改领域知识，实现知识的继承输入；通过知识库咨诃模块，，用户礴以釜着知识痒：的怠体结构j并能迅速鎏出某温室栽培作物的有关知识．3．4专家决策系统专家决策系统的功能包括信。包收集。问题识别、问题求解等，足根据用户提出的任务要求进行分析、判断，并利用专家知谬{库提供的知l谢进行间题求解．就本系统的决策环境米看，一方面要涉及专家丰富的知识因素，另一方面决策是建立在实时测量基础上的，在联网专家决策系统，过程如一F：尉户通过人机接门，只j存把指定编弓温室的植物类型和生长期输人到专家管理系统，主机即叮根据农艺专家推荐的最佳气候参数结合Rs一485通讯线路传来的本温事实测气候数据，自动生成合理的控制方案，再通过通讯线路把控制指令下达到该编I；-温室内的气候自动控制器，通过伺服机构实施智能化控制．4结柬语目前，我困农村正在大力发展温率栽培，绝大部分温室大棚已经安装有通风、加热、唆淋等设备，只需添加我们“自动控制器统”中的气候自动控制器、环境参数采集传感器及输出控制柜，平均每亩一次性再投入人民币1000元左右，就能把现有害、低档温室改装成一套低成本的“智能温室”．通过我们在商丘多家温事大棚的智能仡改造证明反季节农作物产量可比改造前提高50％。而且大失减少争多锄力的投入．