温室环境控制方法研究现状分析与展望

环境控制方法是实现温室蔬菜高效生产的关键。随着现代控制技术的快速发展，温室环境控制方法逐步从手动、定时控制方法，转变为设定值控制和智能控制等方式。该文概述了以设定值为目标实现环境控制的方法，归纳了模糊控制、解耦控制、人工智能控制和表型控制等智能控制方法的特点，总结了现有温室环境调控领域控光、控温、控气、通风、灌溉和“云-边-端”协同控制系统的优劣。针对现存问题，指出该领域的发展趋势为构建考虑扰动因素影响的温室环境控制方法，研制基于作物生长和表型评价体系的环境调控模型，以及建立多模型融合的“云-边-端”协同温室环境调控系统。相关技术的发展将为温室的智能化与信息化发展提供重要的决策依据和借鉴意义。     

基于全局变量预测模型的温室环境控制方法

针对传统温室控制系统中存在的控制方案达不到最优化、反应滞后、控制器调节不同步等问题,提出了基于全局变量预测模型的温室环境控制方法。该方法将温室内部温度、湿度、光照等数据,控制器当前状态,温室外部环境的相应数据及当地天气情况进行融合,利用各个全局变量通过数学模型得出温室未来环境状况的短期预测值,通过神经网络实现控制方案,解决了温室控制中的大滞后、大惯性等问题。实验结果证明了该方法的有效性及合理性,并对温室内气候智能控制的发展具有一定的参考价值。     

基于ZigBee技术的温室无线智能控制终端开发

针对温室农业控制的需要,开发了温室无线智能控制终端。该系统基于ZigBee无线网络,以Jennic公司生产的ZigBee无线微型控制器JN5139-M01模块为核心,整个无线传感器网络由无线生理生态监测节点、ZigBee温室无线智能控制终端和智能语音模块组成。无线传感器节点分布于温室的各个测量点执行各数据的采集、预处理和无线发送等工作,温室无线智能控制终端负责处理所有无线传感器节点采集的数据信息。智能语音模块能够根据采集到的信息及时提供生产指导建议。温室无线智能控制终端实现了对温室环境因子（土壤温度、叶片温度,光照、茎秆生长、土壤水分等）的数据采集和有效控制。通过试验验证,该系统运行稳定,并且操作简单,使用方便。     

温室智能控制系统适用性评价指标体系选择模型

针对温室智能控制系统适用性评价体系中指标设置的随意性和冗余性问题,本着满足指标简洁性并兼顾完备性的目标,该文在分析影响温室智能控制系统因素的基础上,探索了选取和优化温室智能控制系统适用性评价指标体系的方法,并构建了基于选择模型的温室智能控制系统适用性评价指标体系。山东省寿光蔬菜基地的实证分析表明,该区域的温室智能控制系统适用性评价指标能够从32个优化到22个,指标的完备性达到88.96%,实现了优化指标数和减少指标干扰的要求,为温室智能控制系统的适用性评价提供参考。     

基于PLC和SCADA技术的智能温室控制系统设计与实现

重庆地区设施农业不断发展,但存在夏季高温导致温室内出现60 ℃以上高温等问题亟需解决。目前重庆的设施农业在智能控制上基本靠引进,存在与重庆环境不适应、操作人员操作习惯不符等情况,导致控制系统的利用效率不高。为彻底解决这些问题,避免季节变化和极端气候条件对作物生长的不利影响,提高温室的智能化控制水平,针对重庆地区Venlo型玻璃温室控制需求,设计研发了基于PLC和SCADA技术的智能温室控制系统,实现智能温室设施的最优控制,建成投入使用1年来运行良好,试验结果表明,控制系统能实现温室环境参数的智能控制,节约了人力成本,降低了能耗。     

现场总线与温室智能控制的设计方案

介绍了现场总线的特点、种类及其国际标准发展情况,分析了国内外发展现状,阐述了其在温室智能控制方面的意义以及应采取的对策,给出了实现温室智能控制硬件结构的详细设计,包括系统的总体设计,主站接口板卡、智能变送器、智能控制器的设计等     

一种新型温室滴灌控制算法

滴灌控制系统是温室控制系统的一个重要组成部分,本文针对以往滴灌控制采取开环控制的不精确性等缺陷,提出了一种新型智能控制方法即基于模糊模型求逆的间接自适应模糊控制的方法,在仿真中取得了较好的结果.     

温室环境机电控制系统设计

本文在总结分析了温室智能控制技术的基础上,设计了以8031单片机为核心,并扩展8155I／O芯片的日光温室环境机电控制系统的软件部分。该系统在初始设定的基础上,对温室内温室、湿度、光照实现自动控制。     

基于温度积分算法的温室环境控制方法

温室环境控制领域所研究的大多数智能控制算法复杂程度较高,不适宜实际生产应用,生产型温室大多采用设置静态工作点模式进行简单的环境控制,这种模式无法根据环境变化进行自动调整,浪费了大量的能量。针对这一问题,提出了基于温度积分算法的温室环境控制方法,根作物种类和生长阶段确定期望平均温度值,将全天24 h均分为长度更短的若干时间片,然后利用温度积分原理对每一时间片的温度调节点进行计算,根据得到的温度调节点结合当前实际温度进行环境控制。仿真试验表明,在保持温室内实际平均温度相同的情况下,利用温度积分算法对温室进行环境调节所消耗的能量为静态工作点的模式的64.43%。该方法计算量相对较小,适用于普通的温室环境控制器,能够简单有效地实现节能控制。     

基于STM32温室环境测控系统的研究

在传统温室自动化监控系统的基础上,针对目前温室大棚面积不断增大、温室内传感器种类及数量不断增多,且不易连栋管理的现状,设计了基于ARM CORTEX-M3核的以STM32单片机为核心的智能温室控制系统。系统采用CAN总线技术对连栋大棚的主要环境因子,如温度、湿度及光照度等进行智能控制,通过串行通信实现上位机控制,增强了温室大棚的智能化和实用性。     

中国温室环境控制硬件系统研究进展

该文综述了国内温室控制系统模式的研究现状,介绍了几种典型的温室控制系统模式,指出了制约温室控制系统研究的主要问题:成本高,没有达到智能化的要求.该文提出了建立具有分布式结构的基于CAN总线的温室控制系统模式,可以降低成本,为解决温室控制系统智能化问题提供了有效的途径.提出未来温室控制系统的发展趋势--高层管理与控制网络化;现场检测与控制单元的现场总线化;温室调控系统的行业标准化.     

分布式网络控制——实现温室环境调控自动化的一种新方案

针对传统计算机控制技术在温室环境调控中呈现的控制复杂、维修不便和价格昂贵的缺点,该文分析了温室环境调控自动化的现状,提出了一种全新的实现方案。采用分布式网络控制技术并使用国际先进的微型单片机技术和国外高精度、高稳定性的湿敏及温敏器件,研制出全数字化“智能温湿度传感器”和“双回路智能温湿度控制器”。目前研制的温室环境调控自动化系统已在国内数家现代化智能温室推广应用。还对温室环境调控自动化的发展提出了几点看法     

日光温室草莓立体栽培智能控制系统

立体栽培是将原地面的种植提升到温室内空间高度层面,这不仅使作物生长的感温层发生改变、接收到更多的日光照射,还解决了日光温室中的草莓生产管理、观光、摘菜的难题,是传统草莓种植的一次改革。但对于这样一种新的种植模式,目前还未有成熟的集高架栽培设施、滴灌、营养液配比、光照、通风、施药、温湿度等控制为一体的集成体系出现。该文介绍了一种电动式立体栽培机构,研究了一种日光温室草莓立体栽培智能控制系统。其核心内容论述了基于复杂农业大系统控制理念下,突破传统意义上的温室环境控制概念,考虑被控制量的解耦,将以往温室环境参量和作物生长参量分开,建立温室环境控制和作物生长控制2个并列的子控制系统,并在协调控制器作用下、以作物生长模型输出作为控制约束之一对各子系统进行调控。给出了基于Q学习的多Agent体协调算法,并以草莓采光随动控制和草莓根部加温控制进行了验证。该控制系统已在北京市第七届世界草莓大会日光温室草莓立体栽培中得到了成功应用。试验表明在控制草莓生长方面取得了满意的效果,草莓的挂果期比传统种植平均提前40 d,草莓的果实体积平均增大22%,出产量平均提高33%。     

基于模糊控制的温室加热器的研究

该文分析了现有温室加热设备的不足，提出了将模糊控制原理应用于温室加温设备的新方法，并成功地研制了一种工作效率高、使用方便，基于模糊控制的温室加热器。试验结果表明，该温室加热器性能稳定可靠，自适应能力强，节能效果显著，具有较好的推广价值。     

长江中下游地区温室内温湿度预测模型的研究

该文利用传热学理论,以温室热平衡模型为基础,分析了温室内温度和湿度的动态模型,并以此建立了室内温湿度预测模型.最后,作者通过SR5.2型连栋塑料温室的实验研究,求出该模型参数,为实现智能温室前馈控制奠定基础.     

基于现场总线思想的分布式温室智能控制系统

温室自动控制系统是提高温室生产经济效益的关键之一。参照自动控制系统的发展趋势，开发了基于现场总线思想的分布式温室自动控制系统；系统硬件由上位机、智能控制器和智能节点3层组成，采用485总线作为层间通信网络。系统软件应用了实时数据库、智能控制、开放的通信协议、实时决策及模型更新和双向看门狗技术。大约1年多的实际运行效果显示，系统功能完善、可靠性高，适合在温室生产中推广应用。     

基于Java的温室远程控制系统的研究

主要介绍了一套温室智能控制系统,利用上下位机的通信将温室环境因子以及设备运行状态传递给数据库,然后通过Java Web的开发,使得身处异地的管理者能够观测,并控制温室的运行状态,从而实现异地办公。     

中国设施园艺装备技术发展现状与未来研究方向

近年来,中国设施园艺装备产业得到了跨越式发展,一个完备的技术体系正在逐步建立。受设施环境-作物交互影响机理缺乏、设施-设备匹配性差等因素的制约,中国设施园艺装备在稳定性、智能化等方面与国际先进水平仍存在较大差距,制约了产业效益水平和劳动生产效率的提升。有必要对中国设施园艺装备技术进行一个系统总结,为下一步产业的技术研发指明方向。该文在准确把握中国设施园艺装备技术发展现状的基础上,从种苗装备、生产装备、物流装备、管理装备等4个环节入手,将中国设施园艺装备技术与国际发达国家的水平进行了比对,并找出了相关差距。研究得出了中国设施园艺装备技术发展中存在的技术研发系统性持续性不够、与装备匹配的农艺参数积累缺乏、装备的整体性和工程性亟需提高等问题,明确了区域化园艺作物生长机理、北方日光温室结构与装备升级、全产业链自动化作业、园艺信息化智能化管理、非耕地基地化与城镇化装备等未来重点研发的方向,提出了制定设施园艺装备技术创新发展规划、实施设施园艺技术促进与产业促进的"全面赶超"计划、创新以激发协同研发活力的体制机制、强化技术推广服务体系建设等政策建议,从而为指导中国设施园艺装备技术的革新提供借鉴。