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- 花卉栽培控制系統(tǒng)發(fā)表日期:2017-01-12 來源:托普物聯(lián)網(wǎng) 瀏覽次數(shù):15037次
花卉栽培控制系統(tǒng)
托普物聯(lián)網(wǎng)提出的花卉栽培控制系統(tǒng)簡單的說就是利用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過對溫室內(nèi)的主要環(huán)境參數(shù)--溫度、濕度、土壤濕度、CO2濃度的綜合調(diào)控,為各花卉生長發(fā)育提供最佳的生態(tài)環(huán)境條件。
一、花卉栽培控制系統(tǒng)的提出
隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展,溫室正朝著智能化控制的方向發(fā)展。我國農(nóng)業(yè)也逐漸地從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。因而花卉大棚,自然也離不開現(xiàn)代化的科學技術(shù)。
通過國內(nèi)外大量的科學實驗和生產(chǎn)的實踐證明,環(huán)境的控制對花卉生長起到非常重要的作用。只有在適宜的環(huán)境下花卉才能生長良好。對于花卉大棚內(nèi)環(huán)境的控制主要對環(huán)境溫度、濕度等進行測量和控制。用單片機監(jiān)控溫室的溫度/濕度,根據(jù)溫室的溫度/濕度的變化,自動地實施噴灌調(diào)溫。確保溫室經(jīng)濟作物生長適宜的溫度、濕度。
二、花卉栽培控制系統(tǒng)的簡介
本系統(tǒng)采用層次化、模塊化設(shè)計,整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)、鍵盤設(shè)置系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)以單片機為核心,以溫度、濕度傳感器作為測量元件,通過單片機與智能傳感器相連,采集存儲智能傳感器的測量數(shù)據(jù)。在單片機系統(tǒng)中,還要實現(xiàn)程序的擴展存儲、數(shù)據(jù)的實時顯示、超限語音報警和數(shù)據(jù)輔助存儲功能。
本設(shè)計主要做了如下幾方面的工作:一是確定系統(tǒng)的總體設(shè)計方案,包括其功能設(shè)計;設(shè)計原則;組成與工作原理;二是進行智能傳感器的硬件電路設(shè)計;包括硬件電路構(gòu)成及測量原理;溫度和濕度傳感器的選擇;單片機的選擇;輸入輸出通道設(shè)計。
三、花卉栽培控制系統(tǒng)的組成
1、傳感器子系統(tǒng):傳感器主要包括溫度傳感器和濕度傳感器。
2、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng):數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要完成對傳感器子系統(tǒng)傳送來的信號進行A/D轉(zhuǎn)換和采樣。
3、信息處理子系統(tǒng):信息處理子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心部分,包括環(huán)境參數(shù)預設(shè)值、信號處理和控制3個部分。信號處理實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)與本階段環(huán)境參數(shù)值進行比較分析,為控制提供決策依據(jù),控制部分則由此發(fā)出各種相應的控制信號。
4、數(shù)據(jù)顯示子系統(tǒng):該系統(tǒng)通過LED顯示器實時顯示傳感器采集到的溫度和濕度信息。
5、伺服子系統(tǒng):該子系統(tǒng)包括溫度和濕度調(diào)節(jié)機構(gòu),通過對噴水設(shè)備、加熱設(shè)備(如熱風機)的工作方式及時間控制以實現(xiàn)對溫度、濕度的調(diào)節(jié)功能。
四、花卉栽培控制系統(tǒng)的發(fā)展
花卉栽培控制系統(tǒng)是現(xiàn)代溫室控制系統(tǒng)的一部分,溫室自動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是綜合環(huán)境調(diào)控、變動的壞境控制系統(tǒng)、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化、藍牙技術(shù)。
?。?span>1)國外發(fā)展動態(tài)及其趨勢
西方發(fā)達國家在現(xiàn)代溫室測控技術(shù)上起步比較早。1949年,借助于工程技術(shù)的發(fā)展,美國建成了第一個植物人工氣候室,開展了植物對自然環(huán)境的適應性和抗御能力的基礎(chǔ)及應用研究。20世紀60年代,生產(chǎn)型的高級溫室開始應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),奧地利首先建成了番茄生產(chǎn)工廠,70年代后荷蘭、日本、美國、英國、以色列等國家的溫室園藝迅猛發(fā)展,溫室設(shè)施廣泛應用于園藝作物生產(chǎn)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。隨著計算機技術(shù)的進步和智能控制理論的發(fā)展,近百年來,溫室大棚作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分,其自動控制和管理技術(shù)不斷得以提高,在世界各地都得到了長足的發(fā)展。特別是二十世紀70年代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和微型計算機的出現(xiàn),更使溫室大棚環(huán)境控制技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化。80年代,隨著微型計算機日新月異的進步和價格大幅度下降,以及對溫室控制要求的提高,以微機為核心的溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng),在歐美得到了長足的發(fā)展,并邁入了網(wǎng)絡化,智能化階段。
目前,國外現(xiàn)代化溫室的內(nèi)部設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度,并形成了一定的標準。溫室內(nèi)的各環(huán)境因子大多由計算機集中控制,檢測傳感器也較為齊全,如溫室內(nèi)外的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營養(yǎng)液濃度等,由傳感器的檢測基本上可以實現(xiàn)對各個執(zhí)行機構(gòu)的自動控制,如無級調(diào)節(jié)的天窗通風系統(tǒng),濕簾與風扇配套的降溫系統(tǒng),由熱水鍋爐或熱風機組成的加溫系統(tǒng),可定時噴灌或滴灌的灌溉系統(tǒng),二氧化碳施肥系統(tǒng),以及適用于溫室作業(yè)的農(nóng)業(yè)機械等。計算機對這些系統(tǒng)的控制己經(jīng)不是簡單的、獨立的、靜態(tài)的直接數(shù)字控制,而是基于環(huán)境模型上的監(jiān)督控制,以及基于專家系統(tǒng)上的人工智能控制,一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正在向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。
(2)國內(nèi)發(fā)展動態(tài)及其趨勢
改革開放以來,我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取得了可喜的成績,但同時,我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的問題也越來越凸現(xiàn)出來,如果這些問題得不到解決,將成為嚴重制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。首先是我國人口眾多。其次是資源短缺。第三是我國農(nóng)產(chǎn)品成本高,科技含量低,無法形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。要解決這些問題,根本在于實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向以優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化。農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合控制作為農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)的手段,是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,以溫室為代表的設(shè)施農(nóng)業(yè)將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展主要方向之一,成為21世紀最有活力的農(nóng)業(yè)新產(chǎn)業(yè)。
20世紀50年代末,我國在華北地區(qū)曾建造過屋脊式大型玻璃溫室,到60年代初,在東北地區(qū)建成1hm2的大型玻璃溫室。由于國內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)比國外落后,必然走一條引進、消化、吸收、創(chuàng)新的路子。1979-1987年,從保加利亞、荷蘭、羅馬尼亞、美國、日本、意大利等六國,引進現(xiàn)代溫室24座,共19.2hm2,分別建造在北京、黑龍江、廣東、江蘇、上海、新疆等六省市區(qū),其中60%用于蔬菜生產(chǎn),40%用于花卉生產(chǎn)。這次較大規(guī)模的引進溫室,各地都重視了溫室本身,但卻忽視了對我國氣候的實用性和配套的栽培技術(shù),在實際中存在著冬季能耗高、夏季降溫困難等問題,經(jīng)濟效益普遍不佳。90年代中期開始,我國現(xiàn)代溫室快速發(fā)展?!熬盼濉逼陂g,國家科技部將工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程列為國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程,這是唯一的一項農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)示范工程項目。由此,又一個大規(guī)模引進國外大型現(xiàn)代溫室,至1998年,共引進溫室175.4hm2,引進的國家有荷蘭、法國、以色列、西班牙、美國、日本、韓國以及我國的臺灣地區(qū),基本涵蓋了現(xiàn)代溫室發(fā)達的國家和地區(qū);引進和建設(shè)的地點,北起黑龍江,南至海南島,東起上海,西至新疆,包括了全國所有的省、市、自治區(qū);引進溫室的主要類型包括單屋脊和雙屋脊的大型連棟玻璃溫室,拱圓形、鋸齒形、雙層充氣和雙層結(jié)構(gòu)的塑料膜溫室,以及聚碳酸酯板溫室等,代表了現(xiàn)代溫室的所有類型;引進溫室的配套設(shè)備包括遮陽、通風、降溫、加溫、保濕、自動控制和計算機管理,以及栽培床、活動苗床、噴滴灌和自走噴灌、自走式采摘車、自動化穴盤育苗、水培設(shè)備等等,也基本包括了所有先進的配套設(shè)備。這次大規(guī)模的引進溫室,特別是北京、上海幾個示范園區(qū),在引進溫室至溫室園藝成套設(shè)施硬件的同時,還引進了配套品種、栽培技術(shù)、專家系統(tǒng)等軟件成套技術(shù),以及國外相關(guān)專家現(xiàn)場指導。
目前,我國是設(shè)施園藝栽培面積最大的國家。80年代中后期,隨著高效節(jié)能日光溫室生產(chǎn)技術(shù)在東北地區(qū)試驗成功,就迅速在我國北方發(fā)展起來,各級政府把其作為帶領(lǐng)農(nóng)民致富奔小康、培育農(nóng)村新的經(jīng)濟增長點的重點措施,各級農(nóng)業(yè)科研機構(gòu)也投入了大量的人力、物力進行節(jié)能日光溫室建造及生產(chǎn)技術(shù)的專項研究,并取得了重大進展。日光溫室發(fā)展到今天,已由生產(chǎn)各種反季節(jié)蔬菜的生產(chǎn)設(shè)施,發(fā)展為日光溫室園藝設(shè)施,進而發(fā)展為設(shè)施農(nóng)業(yè),已成為種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和水產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計,全國節(jié)能日光溫室面積到2002年底已到達760萬畝。
五、花卉栽培控制系統(tǒng)的問題
隨著我國現(xiàn)代溫室產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,在溫室產(chǎn)業(yè)的運營中暴露出了一些問題:
1)現(xiàn)代溫室管理和種植的人才缺乏,溫室種植技術(shù)落后,造成了現(xiàn)代溫室的功能和優(yōu)勢不能充分發(fā)揮。
2)能源消耗大,以現(xiàn)代溫室為代表的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)效益低下,導致溫室產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了滑坡的現(xiàn)象。
3)不同地域的氣候環(huán)境制約了進口大型溫室適用性,溫室不能周年運行。
4)計算機控制水平低。目前國內(nèi)溫室計算機控制系統(tǒng)與國際選進技術(shù)存在很大差距,商用控制系統(tǒng)不能滿足高效節(jié)能有效控制溫室機構(gòu)運行的要求。
六、總結(jié)
本設(shè)計可以利用溫度控制功能實現(xiàn)適合花卉生長的溫度條件,利用溫度傳感器來檢測溫度的高低,通過程序控制的原理來實現(xiàn)升溫或者降溫的功能。濕度自動控制原理主要是利用濕度傳感器來檢測花卉培土的濕度,通過自動噴灌技術(shù)實現(xiàn)補充水分需求的功能。
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