现代温室环境智能控制技术分析

朱迅毅

【摘 要】关于现代温室环境智能控制技术的研究，我国已经取得了突破性的成果，这一技术在多个领域中得到了广泛应用，如生物医学、能源工程、汽车、制造业、室内设施装备、工业工程等。本文就温室环境控制技术的发展历史以及现代温室环境智能控制技术的问题展开分析。

【关键词】现代温室环境；智能控制技术；模糊控制系统

我国是一个传统的农业大国，农业发展过程中存在着很多不利因素，例如人口众多、土地和水资源缺乏、农产品科技含量低等等。这些问题要想得到解决，就要大力发展现代农业，促进农业的产业化、工厂化和信息化。温室种植业是现代农业的发展方向之一，而对温室环境的控制是温室种植业的关键环节。温室环境控制就是根据植物生长发育的需要，自动控制温室内的环境条件。现代化的温室环境智能控制通过传感器技术、计算机技术以及人工智能技术等自动调节温室的温度、湿度、光照等，使农作物在外界不适宜生长的季节，在温室内获得更好的生长环境，实现早熟、优质和高产。

1 温室环境控制技术的发展历史

我国的温室环境技术近50年来得到了迅速发展。70年代，政府大力提倡发展塑料大棚、节能日光温室为主的设施农业，在一定程度上促进农村经济的发展，使蔬菜的季节性短缺的矛盾逐步缓和。并且从欧美、日本等国家引进了现代化的温室在我国进行实验研究。引进的温室空间较大，更利于进行机械作业，使生产率和资源的利用率进一步提高。但是这些温室也存在着一些不足，主要表现为：投入资金巨大不适合我国农业生产；我国的气候条件也不适合；经济效益较低；软件的控制模式固定，功能不能扩展。所以我国科研人员也不断开发适合我国国情的温室技术，并且取得了很大的进展。1999年，江苏大学研制出智能温室环境的控制系统。广东农机研究所和华南农业大学也对温室结构以及调控设施的优化进行了研究，并取得了很大成果。

2 温室环境智能控制技术的发展趋势

2.1 智能化

随着传感技术、计算机技术和自动控制技术的发展，温室计算机环境控制系统的应用由以前简单的数据采集处理和监测，变成了现在的知识处理和应用。对软件系统的开发不断深入和完善，其中的智能管理系统的应用非常广阔。近年来神经网络、遗传算法、模糊推理等人工智能技术也在温室的栽培中得到很广泛的应用。

2.2 网络化

网络技术的发展使得设施农业的产业化程度不断提高，网络信息技术促进了信息传播，劳动者可以充分利用网络为农业发展服务。

2.3 分布式

分布式系统分为上下两层，上层属于系统管理，下层用作功能管理。下层是由很多独立功能单元构成，每个单元负责一部分工作。

2.4 综合环境调控

为了实现农作物的增产和稳产，综合环境调控把影响作物生长的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等多种环境参数，调整到适合农作物生长的状态，并且尽量减少使用环境调节装置，做到既节能又省工，促进劳动者愉快劳作。

2.5 变动的环境控制系统

作物的生长和发育主要取决于某一段时间的平均温度，这样就出现了变动的环境控制系统。这个系统设置的温度有一个最低和最高的范围，系统可以根据室外的气候，使用最低的能耗，充分利用室温中的现有设备，自动调节室温，保持室温在较长时间内的最佳平均温度。

3 温室环境的模糊控制系统

这个控制系统由上位机和下位机组成，上位机是由一台PC机构成，下位机是一台8031单片机和周围的电路和存储器单元组成，上位机和下位机能够并行工作，增加了系统的可靠性能。

一般的PC机配备串行RS232接口，这样的接口有很大的缺点：数据传输距离短、速度较慢，抗干扰的能力不太强，而串行RS485接口，数据传输距离变长，抗干扰能力也增强，所以模糊控制系统采用RS485接口。上下位机要实现通信，必须对RS232和RS485信号进行转换，需要借助于串行通信转换器电路。

控制系统的核心是软件。软件部分分为上位机软件和下位机软件。上位机软件使用Windows98作为操作平台，VB6.0编写；下位机软件使用汇编语言。下位机软件若干模块构成主程序，上位机软件主要的模块有：通信模块、数据库管理模块、参数设置模块和数据实时监测模块。（介绍过长过细且过时，与主题关联性不大，应简略）

温室环境具有多变量、非线性的特点，用传统控制方法很难对其控制，也不能建立精确的数学模型。模糊控制系统适应性好，不要求被控对象建立数学模型，所以本控制系統采用模糊控制算法。

4 温室环境智能控制算法的应用

温室环境智能控制系统是基于系统软件和硬件基础，算法的选择会直接影响系统性能。最为实用的算法就是PID控制算法，该种算法是根据输入偏差值，根据积分、微分、比例函数关系，将结果应用在输出控制中。一般情况下，常规PID控制器参数难以在线调整，抗干扰能力不强，容易出现超调问题，无法满足现代化温室的控制需求。基于此，人们开始推广模糊控制算法，该种算法综合考虑到了农作物生长情况与温室内部环境，借助模糊控制理论与模糊数学理论，对温室环境进行智能控制。根据实验结果分析模糊控制规则，经历一系列的过程之后，将参数因子调整至最佳状态，该种方式有着过渡时间段、超调小、响应速度快的优势，但是如果系统模糊语言分级增大时，模糊规则数目也会大量增加，影响了整个系统的性能。

总之，现代室温环境智能控制技术取得了重大的进步，我国在借鉴国外先进技术的基础上，根据我国国情优先发展成本低、质量优的温室环境控制系统，本文根据温室环境，提出了温室环境模糊控制系统，并从软件和硬件上加以实现。

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[责任编辑：田吉捷]