基于电气自动化的大棚智能控温系统设计

杨 凯

（荆楚理工学院，湖北 荆门 448000）

大棚智能控温系统是一种基于电气自动化的棚内气候调节系统，新型的系统不仅要调解大棚内的温度，还要对作物生长系统进行全面的监控，通过对室内温度、光照条件、通风情况等作物生长因素的监测和综合调节，实现对温度等生产环境的最佳控制。

1 基于电气自动化的大棚智能控温系统的重要价值

1.1 推动农业产业的智能化

现代农业的竞争优势根本在于科技，农业智能化是未来农业产业的一个根本发展趋势。比如以色列农业之所以能够飞速发展，很大程度上是因为独特的大棚系统对抗了炎热干旱的气候。从以色列的经验可以看到，大棚不仅是冬季种植蔬菜的良好场所，而且还能够通过温度控制，应对高温等气候条件。通过物联网等最新电气自动化技术，既实现智能化管理，又实现简易操作，全面检测农业系统的生产环境，为未来的农业生产提供依据。例如：通过智能化系统可以监测大棚在何种温度条件下作物生长最良好，何种环境下病虫害最少，甜菜夜蛾等病害在何种温度下容易适宜生存。并且根据这些记录调节温度控制系统，可以确保农作物处于最优生产环境中。

1.2 更好地控制作物的生长

传统大棚人工控制作物生长耗时巨大，耗资也大，但是仍然不能够满足作物生长的需要。同时人工控制精确性不高，以经验为主，受到个人偏好的影响。引入大棚智能温控系统有利于更好地控制作物的生长，系统自动检测作物生长的最佳气温，根据数据匹配来识别采集的大棚温度是否是作物生长的最佳值。大棚的土壤温度和空气稳定并不一致，一般在农业生产中为了避免温度过低，都是采用施加过量农药化肥的方法，这容易造成污染。通过采用温控系统调控土壤温度，能够有效降低污染，同时防治病虫害。系统还可以对光照强度进行监测与调控，将各个数据点清晰地呈现出来，实时了解光照强度的变化，给农作物生长提供更好的环境。

2 基于电气自动化的大棚智能控温系统功能

2.1 作为温室大棚智慧管理系统的一部分

将温控系统纳入到智能监控系统当中，作为温室智慧管理系统的一个模块，综合监测空气湿度、温度、土壤温度、湿度、pH值等数据。操作界面不仅显示大棚的温度变化，也实时显示大棚内各种环境指标，实现全面智能化监测。系统通过信号线进行控制，调节环境温度和光照情况，还能够控制水泵，调节环境湿度，通过风扇控制，做好大棚的通风。用户只要点击操作界面就可以实现系统控制，还可以实现远程监控、云端控制和手机端智能控制的功能。为了提升物联网智慧应用的水平，系统中还可以引入MQTT通信协议，在大棚中部署多个传感器接点和网关节点，选择DHT11和AM2320温湿度传感器，融入模糊控制等技术，采用MySQL开源数据库，降低开发成本，提升系统的通用性。

物联网通过局域网和无线网网关加入网络，方便用户在PC端和移动端操作软件，用户不仅可以在大屏幕设置温度阈值，而且也可以远程操作，设置各类温度参数，不需要在高温的大棚中长期进行劳作。控制面板通过远程手机端、PC端和大棚内的液晶显示屏，系统主要监控大棚内温度和气候变化相关指标，传感器设备包括空气温度/湿度传感器、土壤温度/湿度传感器、光照传感器、太阳能传感器等，都以无线方式传输信号，利用大棚内的局域网作为无线网络的基础，同时连接到移动端网络，确保信号有效传输。

2.2 系统功能模块

系统可以自由设置大棚内空气温度、土壤温度、光照度、湿度等各种设定值，利用传感器监测和显示相关数值，如果监测值严重超出测定值，那么系统就会发出自动警报，提醒农业生产人员，在没有农业生产人员实时监控的情况下，系统会开启调控装置，自动调控。同时，自动控制系统还应该在设置后，能够自动将温度等指标调控到规定范围。系统要确定温度等阈值的上行值和下行值，当超出阈值时，系统界面发出警示，并且发出语言警报，重复提醒。同时在一定延时内自动开启控温系统，调整温度等指标。

系统也要设置实时数据和历史数据功能，显示实时数据和历史数据曲线，精确到年月日、时分秒，对某段时间内大棚的温度、湿度、土壤pH值等各项数据进行记录，根据这些记录结果调整大棚的整体和局部温度。数据不但可以转存、传输，还能够实时打印和下载，确保数据的有效性。系统还应该设有建议和判断功能，根据当前温度和农作物生长条件，采用录入历史数据的方式给操作人员提供建议，比如西红柿在何种温度下生长最好，系统以物联网传感器做出历史记录，据此提出建议温度，同时对危害温度发出警告，提示生产人员在当前温度下西红柿可能会出现落果或者空果的现象。温度控制系统还可以启用安防功能，比如远红外温度探测功能，当发现夜间大棚有人逗留时，探测器便向主控中心发送信号，同时发出报警。

2.3 系统运行过程

当传感器达到指标，通过通风口、加湿器、鼓风机、遮阳网、加热器、开关卷帘等设备调节温度。温度传感器获取大棚内空气温度的值，将数据传输给服务器，系统对温度进行判断，如果系统判断为否，系统将命令发回给操作界面，向操作人员提出预警，操作人员可以选择手动或者是自动控制，通过通风、加热、开启LED灯、开启遮阳网等方式，调节温度。比如当发现温度过高时，通过控制通风系统，将室外冷空气引入到大棚中，降低大棚内的温度。

监控系统包括客户端、继电器、传感器、服务器、串口器、存储器和视频监控等，能够无死角调取农业生产现场的视频，在大棚内无人的条件下，也能够利用摄像头调取种植信息，方便分析图像。比如当温度过高，温度过低，或者是在某一温度下发生病虫害风险，系统在预警的同时，还能够传输病虫害的图像，进行手机和大屏幕显示设备推送。为了节约能源和存储空间，监控系统采用缩时录像功能，每60 s一抓拍，当发现病害等情况时，及时抓拍，重大温度偏离情况锁定录像和照片，方便研究者进行分析。

3 以大棚智能温控系统进行智慧化管理的创新

3.1 病虫害防治

温控系统要将虫情和病害控制结合起来，不仅要调节大棚内的温度，还要根据种植蔬菜的不同和可能发生病虫害的不同，发挥温度控制系统的特定功能，实施功能性灭虫及防止病害。以西红柿病虫害防治为例，西红柿根腐病在持续30℃～35℃以及通光性不好的条件下容易产生，因此可以通过对土壤温度进行调节，避开这一温度区间。同时，对土壤实施温度杀菌处理，增加通风，加强光照，在播种期对土壤进行高温消毒。灰霉病在20℃～25℃条件下最容易发生，在系统检测到该病害风险下，可以提高温度，降低湿度，增加光照，及时通风，进行控制。

3.2 农作物生长管理

还是以西红柿种植为例，当花芽分化期夜温长时间低于10℃、日温高于34℃时，容易发生落花落果，在这阶段，要对系统进行设置，进行温度调节。在2～6叶期，夜温长期低于5℃～8℃，容易造成西红柿畸形，在这一时期系统可以自动将夜间温度调高。在低温和弱光的情况下，西红柿容易长成空洞果，为了让果实生长良好，系统要开启增加光照的功能，给果实一个良好的生长条件。针对果实阳光面变黄，光照不到面呈现红色的情况，也要通过系统控制温度，避免温度过高，加强通风，促进茄红素的分泌，提高果品的品质。

4 结语

总之，系统要满足设计要求，在低能耗、成本低、延时短、容量大、可靠性高及稳定性强的原则下，完善各个系统模块，强化自动控制系统功能。