温室环境（精选11篇）
温室环境 篇1
0 引言
日光温室设计首先要考虑的问题是最大限度地合理利用自然光。温室内的光照状况取决于温室建设地区的地理方位、室外光照、温室朝向和建筑参数、屋面形状和覆盖材料等多种因素。
为了确定温室建筑参数对温室内光照环境的影响,国内许多学者对此展开了富有成效的研究: 轩维艳、李晓豁、佟国红、孙忠富等都提出了日光温室光照度计算模型或模拟方法; 但由于光照在温室内传播规律的复杂性以及影响因素众多,研究者提出的模型很难动态反映出温室内各表面的光照分布变化。
本文特色主要有两点: 一是系统研究了日光温室跨度对温室内光照环境的影响,特别是温室内各表面各点的光照分布变化,而以往这样的研究非常少; 二是本文以光合有效辐射光子照度作为计量单位,更加科学合理,而以往研究者多以辐射总量来评价光辐射。
1 理论依据与条件设定
1. 1 日光温室光辐射环境模型的构建
中国农业大学农业部重点实验室将各种模型和模拟方法综合集成,创造性地提出采用光线逆向回溯的方法和天空等辉度假设,构建日光温室光辐射环境模型,使模型更加系统、完整、准确和接近实际。本文以该模型为基础,编制模拟软件,重点展开日光温室跨度对温室内光照环境影响的模拟研究。
1) 室内任意一点P的直接辐射照度为
式中I0—大气层外边界处法向太阳辐射照度;
p—大气透明度。与地理位置和天气情况有关;
m—大气质量;
h—太阳高度角;
ω—计算平面与水平面间的夹角;
CC—云量;
Haze—雾度;
τz T—覆盖材料对直接辐射的透光率。
2) 室内任意一点P的散射辐射照度为
式中λp—可见视角;
τs—干洁新覆盖材料对散射辐射透过率;
φ—太阳光线与计算平面的法线间的夹角;
CCF—云遮系数。
3) 室内任意一点P的总辐射照度为
1. 2 用光合有效辐射光子照度计量光辐射的理论依据
光化学定律指出: 吸收一个量子,只能激活一个分子或原子。因此,在研究光电效应或光化学反应如光合作用与光照关系时,应以光合有效辐射光子照度作为计量光辐射的单位更为合理,因为光合作用的强度与植物吸收的光合有效光量子数量成正比。
光合有效辐射光子照度( PPFD) 即为单位时间、单位面积上到达或通过的光合有效辐射的光量子数,单位为μmol / m2·s。
1. 3 温室条件设定
为了研究清楚日光温室跨度对温室内光照环境的影响,将与温室相关的其他一些条件固定下来。
设定当日云 量为1,当地北纬 纬度40°,经度120°,屋脊高度3. 94m; 屋面类型为: 多点圆滑曲线,温室覆盖材料为聚氯乙烯膜( PVC) ; 干洁新材料的透光率为85% ,结构材料遮光导致的光照损失率为10% ,覆盖材料老化程度导致的光照损失率为8% ,覆盖材料污染程度导致的光照损失率为8% ,覆盖材料的雾度( 透明覆盖材料对直射光的散射作用) 为10% 。
2 温室跨度对光照环境的影响研究
2. 1 一定跨度,指定时刻温室内各点的光照度分布
设定温室跨度为8m,默认的指定时刻为12月22日( 冬至) 真太阳时正午12时。温室内地面、墙面、后屋面各点的光照度分布如图1所示。
从图1中可以看出: 直射和散射总的光合有效辐射光子照度最大的是墙面,平均在640μmol /( m2·s)左右; 其次的是地面,平均超过320μmol /( m2·s) ; 最小的是后屋面,平均不超过100μmol /( m2·s) 。这说明日光温室接受光能主要以地面和墙面为主。
2. 2 不同跨度,指定时刻温室内各表面的光照度分布
根据模型软件,计算得到不同跨度下,温室各表面在指定时刻( 12月22日真太阳时正午12时) 光合有效辐射光子照度的平均值图示如图2所示。其横轴表示温室各表面,纵轴表示光合有效辐射光子照度的平均值,单位为[μmol /( m2·s) ]。
从图2中可以看出: 随着温室跨度的增加,温室内各表面的光合有效辐射光子照度呈逐渐递减的趋势。这说明温室跨度小一些,有助于增加温室内各表面的光合有效辐射光子照度; 但考虑到温室的种植规模和总能量的大小,温室跨度不宜太小。总体考虑,日光温室的跨度应以8m左右为宜,不要超过10m。
2. 3 不同跨度,指定时间段,温室内各表面的累积光辐射能量
根据模型软件,计算不同跨度下,指定时间段: 12月22日( 冬至) 真太阳时9 - 15时。温室内各表面的累积光辐射能量( 光合有效辐射光子照度、单位面积和时间段的3者乘积,如表1所示。
从表1中可以看出: 随着温室跨度的增加,温室地面和墙面累积的总能量是增加的,而后屋面累积的总能量却是减少的。这说明适当增加温室跨度( 如从6m增加到8m) ,有利于温室表面总能量的累积; 但综合上面的光照度分布情况,温室跨度不能无限制、大幅度增加。因此,温室跨度应以8m左右为宜。
2. 4 不同跨度的温室平均透光率
根据模型软件,计算不同跨度的温室平均透光率,绘制成图3。
由图3可以看出: 随着不同温室跨度的增加,温室的平均透光率呈现先增加后降低的趋势; 在温室跨度为8m时,温室的平均透光率,达到最大值63. 6% 。
3 结论
以中国农业大学日光温室光环境模拟预测软件为工具,研究了不同跨度下、指定时刻温室内各点的光照度分布和指定时间段,以及温室内各表面的累积光辐射能量。结果表明: 随着温室跨度的增加,温室地面和墙面的累积光辐射能量是增加的,而两者的光照度却呈下降的趋势; 考虑到温室内作物吸收能量的效率与种植规模的因素,温室跨度不宜太大,也不宜太小,以8m为宜; 温室的平均透光率在温室跨度为8m时达到最大值63. 6% 。这一结论,与日光温室实际建造的普遍做法是相符的。
温室环境 篇2
关键词：虚拟仪器；温室；远程监测；传感器；CO2浓度；温度；湿度
中图分类号： TP277.2文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）10-0389-03
收稿日期：2014-03-31
基金项目：云南省教育厅科学研究基金 （编号：2011C042）。
作者简介：徐小华（1980—），男，四川南充人，硕士，讲师，主要从事模式识别和计算机智能系统研究。 E-mail：969287340@qq.com。农作物生长在很大程度上受遗传性、地域性、季节性等多种因素影响。大部分时间的自然环境都不能满足农作物的正常生长，往往影响农作物产量增加，势必会造成一定的物力、人力、财力浪费。使用科学的大棚栽培技术来达到对作物生长有利的环境因素，有利于提高作物产量和缓解农作物季节矛盾。本研究将计算机技术、传感器技术等多种技术融为一体，研制开发成本低廉、操作简单的温室远程监测系统，旨在为推进我国农业智能化进程提供借鉴。
1虚拟仪器技术
在测试技术领域，美国国家仪器公司首先提出“软件即仪器”的口号，即虚拟仪器，推出了LabVIEW（laboratory virtual instrument engineering workbench），其直观的流程图编程风格和运行程序平台，开启了虚拟仪器的先河[1]。虚拟仪器代表了当时仪器发展的新方向，是仪器领域的一个突破，如今虚拟仪器技术发展到远程虚拟仪器阶段。将虚拟仪器应用范围拓展到整个Internet/Intranet网上，使信号采集、传输、处理一体化，而且不受地域、环境限制[2-4]。本研究采用LabVIEW、Access、LabSQL软件和数据采集卡、PC机、传感器等硬件相结合来实现温室环境远程监测。
2大棚温室环境远程监测的实现
大棚温室环境远程监测系统总体设计见图1。
2.1传感器选择
根据温室环境，须使用3种类型的传感器。
一般来说农作物生长所需温度为16～28 ℃，故选用三线制Pt100热电阻作为温度传感器，经过温度变送器处理后，转换成4～20 mA直流电流输出。图2是温度传感器和变送器接线方式。
温室相对湿度要求因季节、农作物种类不同有所不同，一般为50%～85%，故选用JYTM-02型湿度传感器作为系统的湿度传感器，测定结果是相对湿度。其主要电气特性电器参数如下：5 V DC 5%的供电电压，10%～95% RH 湿度范围，2 mA工作电流。
植物生长要进行光合作用，温室里必须有合适的CO2浓度。本系统选用美国FIGARO公司生产TGS4160型CO2传感器来测量CO2浓度，系统采用控制钢瓶装的液态CO2气源，用继电器的启闭和控制开启来实现CO2的释放。
2.2系统主要模块
根据系统需求，共设计了5个主要模块，各模块实现方法如下。
2.2.1数据采集模块结合待测参数特征，以及数据采集板的可靠性、精度、性价比等因素，选择美国NI公司生产的数据采集卡USB-6008。它是一种小型、轻便的数据采集设备，其采集单端输入方式、2.5 kHz的采样频率。
2.2.2实时数据显示模块测试数据和时间有重要关系。图3是实时数据显示模块。其实现步骤是：设置曲线开始时间；设置x轴的最小值为0，最大值为10，即显示10 s内的数据；输入空数组到趋势图的History属性将趋势图清空，并通过XScale.Format[5]属性设置x轴显示格式为相对时间，并分别输入到相应的实时曲线属性中。在While循环中通过 XScale.Multiplier 属性设置x轴间隔时间。
2.2.3报警模块报警模块用来显示温度、湿度、CO2浓度是否超过设定报警值的上限或下限。当超限时，前面板相应的灯亮且相应控件闪烁，并通过声音传输给用户。图4是报警模块。
2.2.4数据库管理模块根据LabSQL和Access数据库的特点和开发速度，本研究选取免费的LabSQL软件和Access软件的无缝连接，实现了对数据库管理模块的程序设计。数据库存储模块主要是完成对各测试数据的实时储存。图5是程序存储模块。
系统采用LabSQL软件与Access软件结合的方式完成数据储存模块的设计，其实现步骤为：首先使用“ADO Connection Create. vi”创建1个连接数据库对象，然后使用“ADO Connection Open.vi”打开数据源，与数据库文件建立连接；使用“ADO SQL Execute.vi”执行“Insert into测试（时间，湿度，温度，CO2）values” 语句，写入到数据库中；最后用“ADO Connection Close.vi”把LabVIEW和ODBC数据源断开。其数据查询和删除的实现方式同添加模块的方式相同。
2.2.5远程传输模块网络模式有C/S模型、B/S模型2种。本研究根据系统需求在B/S网络模型下采用DataSocket Actives技术[6-8]，结合开发ActiveX软件和IIS 5.0服务器，实现数据远程传输。通信过程见图6。
服务器网页设计主要步骤如下。
（1）新建工程。选择VB编程软件菜单“Project/Components”，在“Components”对话框中选择“National Instruments CW DS 4.0”和“National Instruments CW UI 6.0”，点击“OK”，这些控件就出现在工具箱上。
nlc202309032305
（2）设计用户界面。
（3）编写代码。以下是控件的部分源代码。
Private Sub Command1_Click（）
CWDS1.ConnectTo “dstp：//xxh/ceshi”，cwdsReadAutoUpdate
End Sub
Private Sub CWDS1_OnDataUpdated（ByVal Data As CWDSLib.CWData）
‘Dim a（0 To 4）
CWSlide1.Value = Data.Value（0）-106
Text1.Text = Format（Data.Value（0））-106
CWSlide2.Value = Data.Value（1）-106
Text2.Text = Format（Data.Value（1））-106
CWSlide3.Value = Data.Value（2）-106
Text3.Text = Format（Data.Value（2））-106
CWSlide4.Value = Data.Value（3）-106
Private Sub CWDS1_OnStatusUpdated（ByVal status As Long，ByVal Error As Long，ByVal Message As String）
Label6.Caption = Message
End Sub
Private Sub disconnectclick（）
CWDSl.Disconnect
CWButtonl.Value = False
End Sub
Private Sub UserControl_Initialize（）
End Sub
End Sub
（4）编译成ActiveX控件。保存程序，编译ActiveX控件并命名。
（5）利用VBA建立网页。
制作好网页后，在服务器端配置好IIS，在运行客户端时输入服务器端地址，自动下载ActiveX控件。其客户端运行效果见图7。
3结语
当系统调试后进行大棚温室环境监测时，采集和传输的数据都能满足要求，表明该系统具有一定的实用价值，能带来一定效益。
参考文献：
[1]殷章桃，坎杂，江英兰，等. 基于虚拟仪器的加工番茄自动分选试验台输送系统[J]. 江苏农业科学，2013，41（3）：374-377.
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温室环境在线控制方式应用分析 篇3
1单片机控制方式
目前,一般采用8位CPU 51单片机作为温室环境参数控制器主控制系统基础系列,从数据采集到逻辑算法控制都是由单片机完成,控制系统结构如图1所示。汪小旵等人以PC机为上位机,以单片机为下位机,完成了温室在线监测系统,较好地实现了上下位机之间的数据交换和通讯传输。李志伟等人[2]利用8031单片机实现了对温室环境的动态平衡调控,建立了以温度为主要参量的温室环境调控模式。齐文新等人[3]采用人工智能技术的农业温室环境专家系统和多任务操作系统对温室环境进行实时监测和智能化决策,研制了分布式、智能化温室环境群测控系统,解决了温室环境控制单一性缺点。王成等人[4]以单片机为核心,研发设计了温室环境综合信息采集器,设计了基于模糊控制技术的温室环境控制系统,实现了对温度、湿度、p H值、光照强度、EC值、CO2浓度等主要温室环境信息的实时数据处理。
2网络技术控制方式
随着无线通讯技术的快速发展,遥感与地理信息技术系统(GIS)也被广泛地应用于温室作物长势、产量、病虫灾害等方面的监测,尤其是从单点对多点的个人局域网到长距离的网络通信技术的快速发展,管理者可以通过远程温室环境参数信息采集与监控技术,将分散的温室设施集中连片成统一的有机整体,实现信息及时互通,达到集中统一控制的目的。苏晓峰等人开发出了一套远程温室环境参数控制体系,构建了互联网动态温室环境监控系统,用户只要通过浏览器就能够访问和控制分布在互联网上的远程温室。习智华等人设计了一种带有多种数据接口且具有无线传输功能的主监控系统。该系统实现了无线网络数据的自动汇聚,解决了温室单区域与跨区域两种工作模式切换问题。未来如何实现快速、有效地采集和更新环境变量信息,将成为实现精准温室农业的重要基础。
3PLC控制方式
基于PLC的温室环境控制系统一般由上位机、PLC控制器、数据采集器和执行单元组成,控制系统结构如图2所示。PLC控制系统主要用于实时监测温室环境参数的变化情况,并根据作物生长要求对环境参数进行动态匹配调整,完成与上位机的数据通信。一般情况下,大量使用PLC作为控制器会导致温室的建设成本提高,因此PLC控制器广泛用于温室环境控制还受到一定的限制。谢向花等人[5]通过将PLC控制技术、组态监控技术、变频技术和传感器技术组合运用,研发设计了一套可应用于温室环境参数控制的检测监控系统。该监控系统可实现对采集到的参数与设定的控制参数进行比较,从而实现温室环境参数的自动控制。唐立伟等人[6]提出采用PLC控制与单片机通讯相结合的方法实现数据采集功能。与普遍采用的上位PC机与下位PLC采集数据的方式相比,该系统在投入成本和控制形式上有了显著改善,控制方式显得更加简单。呼天星[7]通过智能现场总线控制技术实现了多个温室环境参数的网络化控制和多个连栋温室的集群控制,提升了控制系统的控制效率和经济效益。
4总线控制方式
近年来,我国科技人员在吸收国外先进温室环境参数生产控制技术的基础上,对温室内部环境参数控制技术进行了综合研究。例如,采用RS485现场总线与远端的气象站连接通信,以获得温室现场内外温度、湿度及室内外光照强度、降雨量、风力速度、风向等环境参数;同时,总线控制方式还可以与其它控制器或上位机进行快速的数据通讯,形成大型综合式温室环境参数自控系统。如董乔雪等人[8]采用485通信网络技术和逐级验证的通信算法进行数据传输,研发设计了由一台PC主机与多个微电脑控制装置组成的主从式分布结构温室环境参数控制器,通过实时检测温室环境参数的变化,对比历史温室参数值和报警值来调整控制温室环境参数,实现了对同一地区多个温室环境参数的集群控制。由于CAN总线控制技术在性价比、可靠性、通信速率等方面具有诸多优点,CAN总线技术已在工业控制中得到了广泛应用,但到目前为止,CAN总线技术在温室环境参数控制中的应用还比较少见。由于温室是一个复杂的环境系统,要完成复杂的温室环境参数集中控制具有一定的难度,而CAN总线的出现恰好解决了这个问题。董健康等人[9]研发设计了基于CAN总线的温室智能控制系统,该系统采用单片机技术开发了CAN总线智能节点,带有232和485接口,另外节点还带有模数转换器ADC0832,可以直接输入模拟量。杜辉等人[10]在单栋温室环境参数控制中将蓝牙技术成功应用于连接各种检测装置、执行机构和逻辑控制器件,各个温室棚之间通过CAN总线相连,构成了一种分布式温室环境参数监控系统,实现了对温室环境参数的自动检测和监控管理,提升了系统的监控效率。汪永斌等人[11]采用温室环境参数集群控制算法研制开发了一套全数字温湿度自动控制系统。该控制系统可在100天时间内,以小时为单位,设定温湿度值并记录参数,当技术人员发现温室病虫害等问题时,可以查询历史数据,对某些病虫害起到了防范作用。
5结束语
随着计算机传感技术、自动化控制技术等新技术的不断快速发展,温室环境参数控制系统也由前期的以数据采集处理和监测为主的简单控制,逐步向以知识处理和智能应用为主的温室环境参数专家控制系统转变;同时,信号传输方式也逐步由有线向无线传输方式转变,传输速度也由慢速向快速转变,为实现温室环境实时动态监控提供了技术可能。因此,温室环境参数的自动化监控是实现现代温室的发展方向,也是实现多个温室大棚环境同时管理的有效措施。因其在省工节本、操作使用等方面具有显著的优点,未来市场应用前景广阔。
摘要：按照单片机控制、网络控制、PLC控制和总线控制等方法对国内温室环境在线控制系统进行分类,对我国温室在线控制方式的研究及应用现状作了详细分析,为开展温室环境在线控制系统的应用研究提供参考。
温室环境 篇4
近两年来，随着钢管和钢管镀塑管的普及，菜农新建大棚用竹竿的已经越来越少了。尤其是新建的高温大棚几乎看不到竹竿的踪影
安阳市中原温室工程技术有限公司为了给顾客最低的投资，最好的质量特引进了钢管镀塑大棚骨架及大棚骨架机，并负责构建大棚，专人培训，服务到家。我公司又于2010年隆重推出一种价格低、寿命长，代替竹木结构的新型钢塑腹膜大棚支架。
本公司又在今年最新研制出新型无支柱大棚骨架机，大棚支架机，”新型钢塑腹膜大棚支架机，它们生产出的 温室大棚 蔬菜大棚 花卉大棚 骨架成本低，质量优，表面光滑不脱落，反复拆装无损耗，一次成型，日产2000-6000米。在大棚行业掀起了一场变革，满足了不同用户的需求。特别是”新型钢塑腹膜大棚支架机该机械功能更先进，技术更成熟,可生产不同规格的大棚产品:有方型,矩型、圆形、空心、实心,镀塑等多种规格。该大棚支架具有成本低，高强、高韧性、耐腐蚀，建造方式灵活，使用寿命可达15年以上。优点： 一：棚架表面光滑，棚膜不易损伤，延长了棚膜的使用寿命。
二：运输安装方便，通过折弯机，棚的高度，弧度，肩高，角度可任意弯曲。三：棚架管两端橡塑堵头，采用粘合剂堵塞密封，完全覆盖金属表面，使之地下部分永不生锈。四：棚架中间无需支柱，大大增加了耕作面积，节省劳动力，可机械操作，增大工作效率。
五：生产效率高，根据棚的跨度，棚架管直径、壁厚可任意调整，3人单班生产6000米。六：成本低，根据棚的跨度大、小不同 5—6米，每亩成本约2000元 7—8米，每亩成本约3000元 9—10米，每亩成本约3600元 11—12米，每亩成本约4200元
8米的日光温室，每亩成本约6500元左右。七：可回收再利用，可收回投资的三分之一
性能特点：配方科学、生产工艺简便，操作易学，原材料来源广。棚架长短任意切割，一次成型，随意性强。体轻质坚。拆卸、安装、运输极为方便。抗压抗折、强度高、隔热保温性能好、抗风能力强。不生锈、不怕水、耐腐蚀、耐潮湿、高温100℃至低温零下60℃不变形、不断裂。棚内无需任何支柱，极适合机械化耕作棚体设计科学，可最大限度吸收阳光照射，提高太阳能的储存利用率，使土壤保温期延长，棚内温度较传统大棚可提高3—10℃以上。我公司一直以创新为理念，努力开拓新产品，以质量为根本稳步进军市场，以诚信为原则热情服务广大客户。最新的产品，最高的质量，最合理的价格，最周到的服务让中原温室工程技术与服务遍布全国各大省、市、自治区并扎根蔓延，生机盎然！
本公司的服务的宗旨用我们最优的价格，最好的质量，用百分百的质量和诚信换取你百分百的信任
咨询热线：0372-3189909 手机*** 地址；河南省安阳市殷都区铁西路北段http://china.bs.img.coovee.net/infopic/2010-11/***12434562.jpg 安阳中原温室工程技术有限公司是一家 “集咨询, 研究、开发、生产、销售, 服务”于一体的高新农业化企业、我公司和多家高等院校有密切的技术合作,研发的“新型钢塑腹膜骨架机”已申请专利, 拥有成套的大棚设备生产技术, 同时可生产不同规格的温室大棚,蔬菜大棚，花卉大棚，养殖大棚，可生产方型、圆型等, 抗压，抗折，防水，耐腐蚀，耐冲击等各性能均高于市场上其它产品.适用于种植、养殖、育苗、花卉、食用菌大跨度春秋大棚、日光温室或连栋棚。温室大棚技术做为国家阳光工程，近年来在广大农村得到普遍发展，从而为各市、地的菜蓝子工程的实施和农村经济发展做出了巨大贡献卉的栽培，现已发展到水稻催苗、畜牧与家禽的冬季饲养和保护等方面，而我公司生产的大棚骨架还可以用于简易的建筑工地、草原蒙古包、简易仓库、水上养殖等。?塑料大棚已成为广大菜农、花农、各种养殖与种植户的快速致富之路，但在推广应用中一直未能解决传统支架在塑料大棚中存在的几个问题。?问题一：寿命短，成本高，全国各地的塑料大棚多采用竹木结构，水泥构件和镀锌钢制骨架，但在大棚特定的高温、环境中，竹木易腐蚀，对大棚的采光和跨度都有影响，水泥构件成本较低，但自重太重，使用寿命短，而钢制的成本太高，在大棚潮湿的环境中易生锈，导热快易烤膜；?问题二：由于大棚骨架制作的随意性，中间需加支柱，影响了棚内操作和使用面积，不能发挥最大的采光效果，鉴于上述多种原因，我公司历经多年与多家科研机构耗费巨资开发了一种钢塑腹膜大棚骨架。利用该设备和先进技术配方，在普通钢管的外壁热镀上一层0.5—1.0mm厚的特种橡胶塑料，（该材质具有抗老化，强度大，防水，防锈，防烫，防紫外线照射，无毒无味，成本低，安装简易等几大特点），成本仅是镀锌管的一半，且永不生锈，寿命可达10-15年之久。优点：
一：棚架表面光滑，棚膜不易损伤，延长了棚膜的使用寿命。
二：运输安装方便，通过折弯机，棚的高度，弧度，肩高，角度可任意弯曲。三：棚架管两端橡塑堵头，采用粘合剂堵塞密封，完全覆盖金属表面，使之地下部分永不生锈。四：棚架中间无需支柱，大大增加了耕作面积，节省劳动力，可机械操作，增大工作效率。五：投资小，办厂规模可大可小，厂房200平米即可，原料县级以上城市均有。
六：生产效率高，根据棚的跨度，壁厚可任意调整，3人单班生产6000米。七：成本低，根据棚的跨度大、小和钢管规格不同 5—6米，每亩成本约2000元 7—8米，每亩成本约3000元 9—10米，每亩成本约3600元 11—12米，每亩成本约4200元
8米的日光温室，每亩成本约6500元左右。八：可回收再利用，可收回投资的三分之一。http://rc.0372.cn/Company/51/30451.html 为使这一新产品尽快服务广大用户需求，我公司负责上门安装，调试，培训，现场指导生产。本单位技术力量雄厚，设备齐全，承揽于此相关的大型大棚基地的设计、建设安装工程、望有诚之士前来我公司参观考察。安阳中原温室工程技术有限公司
安阳中原温室工程技术有限公司是一家集科研、设计、开发、推广、服务、咨询为一体的高新技术企业。公司位于河南省的最北部安阳市，地处交通便利，107国道、京广高速路、京广铁路贯穿其市。举世闻名的“人造天河——红旗渠”，世界文化遗产“殷墟——甲骨文故乡”，还有很多名胜古迹和历史事件都曾发生在这座智慧与美貌，传统与现代共享的城市。特别在大棚支架机，大棚骨架、大棚支架领域迅速崛起，在同行业中占领先地位。市场分析：
塑料大棚栽培技术做为国家阳光工程，近年来在广大农村得到普遍发展，从而为各市、地的菜蓝子工程的实施和农村经济发展做出了巨大贡献。塑料大棚不仅用于春季育苗、冬季蔬菜、花卉的栽培，现已发展到水稻催苗、畜牧与家禽的冬季饲养和保护等方面，而我公司生产的大棚骨架还可以用于简易的建筑工地、草原蒙古包、简易仓库、水上养殖等。塑料大棚已成为广大菜农、花农、各种养殖与种植户的快速致富之路，但在推广应用中一直未能解决传统支架在塑料大棚中存在的几个问题。
问题一：寿命短，成本高，全国各地的塑料大棚多采用竹木结构，水泥构件和钢制骨架，但在大棚特定的高温、潮湿环境中，竹木易腐蚀，对大棚的采光和跨度都有影响，水泥构件成本较低，但自重太重，使用寿命短，而钢制的成本太高，在大棚的环境中易生锈，导热快易烤膜；
问题二：由于大棚骨架制作的随意性，中间需加支柱，影响了棚内操作和使用面积，不能发挥最大的采光效果，鉴于上述多种原因，我公司历经多年与多家科研机构耗费巨资开发了一种镀塑复合材料机制大棚骨架。产品优势：
一、该大棚骨架以几种价格低廉的普通化工为原料，原料易得，生产工艺简单，具有价格低、强度高、抗水性好，耐腐蚀抗老化等特点，由于采用最新镀塑复合工艺，使用寿命可达10--15年以上。
二、该大棚支架表面光滑，不会与棚膜摩擦而损坏棚膜，不导热，不烤膜，急冷急热支架不变形。
三、该大棚骨架中间无需支柱，大大增加了耕作面积，节省劳动力，可机械耕作，增大工作效力。
四、该大棚支架采用机械生产，大大提高生产效率，对工人素质要求不高，用工3-5人，单机日产2000-5000米。
五、该大棚骨架机可生产空心和实心两大系列产品，并且骨架的高度、跨度、弧度、直径规格可任意调节，可生产圆形、椭圆形和矩形骨架。生产条件：
一、本项目投资小，见效快，投入资金可大可小；
二、电源：380V、220V均可，有水源；
三、生产场地：100—200平米；
生产成本：每亩地（600---1500 机器售价：（12000——23800）售后服务：
凡接产我公司机械产品的，负责上门按装、调试、生产合格产品，三年内机器出现质量问题保修，配件免费更换。免费享受我公司的广告宣传，产品后继成果开发，免费设计棚样，并郑重承诺：每地只限一家。
安阳中原温室工程技术有限公司研发的”超强镀塑无机复合大棚骨架机,”功能独特,技术先进,自动化程度高,且高效环保,可生产实心,空心,圆型,矩型,椭圆型等多种规格的大棚支架.适应于广大菜农,花农,果农,养殖,种植,育苗等不同领域的用户需求.产品成本低，每亩仅需500-1200元,经检测:防水,抗压,抗老化等各项性能均高于市场同类产品,可反复拆装不埙坏,寿命可达15年以上.大棚骨架产品优势，高强高韧性，该支架为高复合材料产品，具有极强的耐压性和弹性。高耐腐蚀性 产品表面自然形成一种坚韧的防护膜，即刻成型永不脱落，用来阻止酸碱溶液的腐蚀。建造方式灵活 采光好 支架弧度采用日光温室透光性优化设计原理的数学模式设计与制作，可在冬季最大限度吸收阳光，土壤保温期长，棚内温度高，阳光有效透过率达百分之八十五以上。体质轻 支架的体质轻，表面光滑，导热系数小，不毁膜，不染膜，颜色可任意调配。造价低 利用我公司机械及配方生产的产品成本低，每亩仅需400-1500元。利润空间大。使用寿命长 经测定，在零下80度至100度之间热胀冷缩范围很小，几乎可以忽略，急冷急热不变形。
经过多年的研究和实践，试验，成功开发了一种：“钢塑腹膜大棚骨架生产线”，填补了国内一项空白，得到了专家和农业部门的高度赞赏、认可。“钢塑腹膜无立柱温室大棚支架机”的研制成功，标志着我国温室大棚产业又迈上了一个新台阶
利用该设备和先进技术配方，在普通钢管的外壁热镀上一层0.5—1.0mm厚的特种橡胶塑料，（该材质具有抗老化，强度大，防水，防锈，防烫，防紫外线照射，无毒无味，成本低，安装简易等几大特点），成本仅是镀锌管的一半，且永不生锈，寿命可达10-15年之久。优点 一：棚架表面光滑，棚膜不易损伤，延长了棚膜的使用寿命。
二：运输安装方便，通过折弯机，棚的高度，弧度，肩高，角度可任意弯曲。三：棚架管两端橡塑堵头，采用粘合剂堵塞密封，完全覆盖金属表面，使之地下部分永不生锈。四：棚架中间无需支柱，大大增加了耕作面积，节省劳动力，可机械操作，增大工作效率。
五：生产效率高，根据棚的跨度，棚架管直径、壁厚可任意调整，3人单班生产6000米。六：成本低，根据棚的跨度大、小不同 5—6米，每亩成本约2000元 7—8米，每亩成本约3000元 9—10米，每亩成本约3600元 11—12米，每亩成本约4200元
8米的日光温室，每亩成本约6500元左右。七：可回收再利用，可收回投资的三分之一。我公司产品销往全国各地，并负责上门安装，调试，培训，现场指导生产。本单位技术力量雄厚，设备齐全，承揽于此相关的大型大棚基地的设计、建设安装工程、欢迎有意者到我单位现场考察。安阳中原温室工程技术有限公司
中原温室工程技术有限公司是一家集研究、开发、生产、销售, 服务”于一体的高新农业化企业、我公司研发的”新型多功能温室大棚骨架机”和”保温板生产线”已申请专利, 拥有成套的大棚设备生产技术, 同时可生产不同规格的温室骨架, 空心, 实心, 镀塑, 矩型, 方型, 圆柱型, 椭圆型等, 抗压，抗折，防水，耐腐蚀，耐冲击等各性能均高于市场上同类产品.适用于种植,育苗大跨度春秋大棚、日光温室或连栋棚不同领域 一:日光温室棚又称暖房。能透光、保温（或加温）性好，用来栽培植物在不适宜植物生长的季节，能提供生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、林木等植物栽培或育苗等。温室的种类多，依不同的屋架材料、采光材料、外形及加温条件等又可分为很多种类，如高档玻璃温室、普通塑料温室；单栋温室、连栋温室；单屋面温室、双屋面温室；加温温室、不加温温室等。温室结构应密封保温，但又应便于通风降温。按照温室的功能不同可以分为种植温室，观赏温室，商业温室等。现在最经常提到的多是蔬菜温室大棚..二::北京恒源利农科技公司蔬菜温室大棚骨架产品优势: 新型温室大棚骨架的制做原料是用新型高分子复合材料制造,其特点光滑如镜,不伤膜,可刨,钻,钉,一次成型,中间无立柱,比现有的竹、木、钢、水泥骨架具有明显的优越性，优势在于：
1、原材料来源广泛，投资小、见效快。可家庭小型作业,也可大型办厂.2、环保无污染，是国家重点推广的无公害的环保产品。
3、造价低，温室大棚骨架每亩仅需1000—2500元。比钢架的温室骨架要便宜2/3的价格.4、强度高、韧性好，无支柱,单根骨架（直径4cm+8cm）能承重600kg。
5、操作简便，规模可大可小，对生产工人文化素质要求不高。技术易保密，一人掌握配方，生产工人干几年也学不会。
6、用途广，该温室大棚骨架可广泛用于蔬菜、育苗、果树、水产等冷棚,温室棚,阳光棚,连栋棚不同建造行业.安阳中原温室工程技术有限公司开发研制的新型渡塑无机复合无支柱大棚骨架机，具有轻质、耐用、防火等功能。适用于多功能大棚、日光温室大棚、蔬菜大棚、在搭建过程中不需要任何支柱，质量优于现有材料。一 本机械生产的骨架具有下列优势：
1、该骨架以高强度聚合树脂与综合填充物为主要原料，使此种骨架高强度，韧性好、耐潮、防腐、寿命十年以上。
2、骨架弧度采用“日光温室透光性的优化设计”原理及“数学模式”的制作设计，可在冬季最大限度的吸收阳光，土壤保湿期长，骨架跨度4-15米，脊高2-3.8米，日产2000-6000米，阳光有效照射率75%--85%以上，（地理纬度差异）。3，使用该骨架，大棚内不需任何支柱，一改传统手耕揪翻的历史，可使用拖拉机，牲蓄犁耕，减轻了劳动强度，可增加管理的数量。
4，本机械生产时无需要任何模具，所产骨架的长度、弧度、弯度、粗细可任意调整，可根据用户需要、生产圆形、椭圆形等规格的骨架。二 资金投入：
1、机械成套设备培训技术配方等（1.2—2.38万元）。
2、流动资金一万元左右（视生产规模）。
3、生产条件，生产车间占地面积100--200平方，视生产规模而定，3--5人即可生产，电源380V或220V均可.市场前景好，效益可观。总上所述该机械确实是生产大棚骨架的理想设备，非常适用于社会需要，市场占绝对优势，产品问世后 得到了许多专家和菜农的好评。我单位受农业部门委托．．经过数十次的试验．研制成功了“多功能无支柱大棚支架技术及配套设备大棚支架机”。并已通过了有关技术监督部门的检验、鉴定。利用该机械生产的产品．相当于竹、木的价格，强于钢架质量，坚固耐用，寿命更长．能达10-15年之久．具有很高的推广价值，市场前景无限。我公司实力雄厚，机械设备齐全，欢迎您来本单位实地考察，并希望您提出宝贵意见和建议。
中原温室工程技术有限公司主营无支柱大棚骨架机 多功能大棚，日光温室大棚骨架机，蔬菜大棚 采用原料为无机复合材料，具有轻质、耐用、防火等功能。在搭建过程中不需要任何支柱，质量优于现有材料。
二、目前大棚支架应用中的几个问题：
1、全国各地的塑料大棚支架多采用竹木结构或钢架结构，但在大棚特定的高温、高湿的环境中易受腐蚀，严重影响了使用寿命，通常2--3年需要更换一次，加上钢材价格不断上涨，严重增加了塑料大棚的建造成本，并且费工费时。
2、由于大棚支架制作的随意性，中间需要多根支柱支撑，严重影响了大棚内的操作，使其不能发挥更大的采光效果。
3、一般支架的制作夹角、坡度；高度等条件不能同当地的地理纬度相匹配，降低了太阳光的利用效果，棚内保温较差，需要夜晚用草帘或火坑加温设施，因而增加了人力和财力能源配套的投入费用。
三、本机械生产的骨架具有下列优势：
1、该骨架以高强度聚合树脂与综合填充物为主要原料，使此种骨架高强度，韧性好、耐潮、防腐、寿命十年以上。
2、骨架弧度采用“日光温室透光性的优化设计”原理及“数学模式”的制作设计，可在冬季最大限度的吸收阳光，土壤保湿期长，骨架跨度4-15米，脊高2.0-3.8米，日产2000-6000米，阳光有效照射率75%--85%以上，（地理纬度差异）。3，使用该骨架，大棚内不需任何支柱，一改传统手耕揪翻的历史，可使用拖拉机，牲蓄犁耕，减轻了劳动强度，可增加管理的数量。4，本机械生产时无需要任何模具，所产骨架的长度、弧度、弯度、粗细可任意调整，可根据用户需要、生产圆形、椭圆形等规格的骨架。
四、资金投入：
1、机械成套设备培训技术配方等（1.2—2.38万元）。
2、流动资金一万元左右（视生产规模）。
3、生产条件，生产车间占地面积200--300平方，长25--50米，宽6--8米视生产规模而定（也可用生产的棚杆搭建厂房），生产工人3--5人，电源380伏或220伏均可，两个电机耗电共计1.5伏，日用水约1吨。如果当地市场前景好，效益可观。总上所述该机械确实是生产大棚骨架的理想设备，非常适用于社会需要，市场占绝对优势，产品问世后 得到了许多专家和菜农的好评。我单位受农业部门委托．与北京多家高等院校台作．经过数十次的试验．研制成功了“多功能无支柱大棚支架技术及配套设备大棚支架机”。并已通过了有关技术监督部门的检验、鉴定。利用该机械生产的产品．低于竹、木的价格，强于钢架质量，坚固耐用，寿命更长．能达10-15年之久．具有很高的推广价值，市场前景无限
安阳市中原温室工程技术有限公司是一家集高科技产品研发、制造及推广为一体的大型现代化企业。安阳中原温室工程公司新型钢管镀塑大棚骨架表面光滑如镜，不生锈、耐腐蚀、导热系数小。
安阳温室新型钢管镀塑大棚骨架特点: 1.体轻质坚固耐用，使用寿命15年以上。2.安装拆卸方便，锯、刨、钉、钻均可。3.造价低，每亩成本4000元。
4.跨度4—12米中间无需支柱，适合机械化操作。5.弧度采用“日光温室透光性优化设计，充分吸收太阳光。
6.强度高、韧性好，单根 5—6米，每亩成本约2000元 7—8米，每亩成本约3000元 9—10米，每亩成本约3600元 11—12米，每亩成本约4200元
8米的日光温室，每亩成本约6500元左右。7.用途广，该支架可广泛用于蔬菜、育苗、果树、水产、食用菌支架（直径4cm）能承重400kg。公司研发的”超强镀塑大棚骨架机,”功能独特,技术先进,自动化程度高,且高效环保高强高韧性 具有极强的耐压性和弹性。高耐腐蚀性 产品表面自然形成一种坚韧的防护膜，即刻成型永不脱落，用来阻止酸碱溶液的腐蚀。
建造方式灵活 采光好 支架弧度采用日光温室透光性优化设计原理的数学模式设计与制作，可在冬季最大限度吸收阳光，土壤保温期长，棚内温度高，阳光有效透过率达百分之八十五以上。表面光滑，导热系数小，不毁膜，不染膜，颜色可任意调配。
使用寿命长 经测定，在零下80度至100度之间热胀冷缩范围很小，几乎可以忽略，急冷急热不变形，设计寿命10-15年。
现我公司面向全国诚寻代理与合作。并承接大型大棚建造工程。欢迎有意者到我单位实地考察。
安阳中原温室工程技术有限公司是河南省安阳市的一家集农业产品研发，咨询，制造及推广服务的现代化农业科研单位，并经过多年的研究和实践，试验，成功开发了一种：“钢塑腹膜大棚骨架生产线”，填补了国内一项空白，得到了专家和农业部门的高度赞赏，认可。
利用该设备和先进技术配方，在普通钢管的外壁热镀上一层0.5——1.0mm厚的特种橡胶塑料，（该材质具有防水，防锈，防老化，防烫，防紫外线照射等几大特点），成本仅是镀锌管的一半，且永不生锈，寿命可达20年之久。特点一：可回收再利用，可收回投资的三分之一。
特点二：运输安装方便，通过折弯机，棚的高度，弧度，肩高，角度可任意弯曲。特点三：投资小，办厂规模可大可小，厂房200平米即可，原料县级以上城市均有。特点四：生产效率高，根据棚的跨度，壁厚可任意调整，2人单班生产5000米。特点五：成本低，根据棚的跨度大、小不同。
5—6米，每亩成本约2000元
7—8米，每亩成本约3000元
9—10米，每亩成本约3600元
11—12米，每亩成本约4200元
8米的日光温室，每亩成本约6500元左右。
温室环境 篇5
关键词：日光温室育肥猪舍：环境指标测定
中图分类号：S821.4+6；S161.2；S161.3文献标识码：B文章编号：1007-273X(2008)07-0016-02
近年来，国内外运用日光温室畜舍饲养畜禽发展很快，已纳入集约化生产的范围。日光温室是利用太阳光能、畜禽生物能来增加室内的温度，达到提高畜禽生产效益的目的。日光温室饲养各畜禽技术已成功在我国大部分省、市推广应用。此项技术不仅可以降低畜禽死亡率，还可显著提高畜禽日增重和饲养转化率，取得极其显著的经济效益，并以其简易、经济、节约投资等特点，深受畜禽生产者欢迎。
辽南地区气候温暖湿润，热量充足，光照条件较好，夏季降水集中，夏无酷热，冬无严寒，秋季昼夜温差大。日光温室猪舍主要是利用温室的透光性和密闭性，蓄积太阳的辐射热和家畜自身散发的热量来维持畜舍内的温度，可减少家畜的能量消耗，提高饲料利用率和生产性能。日光温室猪舍的应用解除了寒冷气候对我国北方地区畜牧生产的束缚，实现了畜产品四季均衡生产，在提高畜禽生产性能和增加饲养者收入等方面均发挥了重要作用。
为了进一步了解日光温室育肥猪舍主要内环境指标，笔者于2007年4月份和11月份分两次进行了日光温室育肥猪舍内环境指标的测定，现将测定情况总结如下。
1材料与方法
1.1测定时间和猪舍状况
温度和湿度分别于2007年4月1～3日、11～13日、21-23日和11月1～3目，11～13日、21-23日进行了测定，每次连续测定3d，每天测定3次，时间分别为8：00、14：00、20：00。氨气和硫化氢浓度测定时间为每天的清粪前后。
日光温室育肥猪舍是一种以塑料薄膜(聚乙烯无滴膜)材料作为屋面，用砖做成围墙的建筑，具有充分采光、防寒保温功能。其墙的厚度为0.37m，北墙高度为2.5m；南墙高度为1.0m，北墙设有30em×50cm的通风窗。坐北朝南。前屋面用塑料薄膜覆盖，作为采光屋面，饲养方式为地面饲养，其饲养密度为0.8m2/头。舍长52m，舍宽8m，净高2.5m，屋顶每隔2m有一通风口，舍内为双列三通道结构。食槽的宽度0.5m。猪床长度为3.05m，排粪沟宽0.25m。畜道0.8m、猪舍两端有门，高1.8m，宽为0.89m。
1.2测定项目
测定项目主要有温度、相对湿度、NH3浓度、硫化氢浓度。
1.3数据统计方法
试验数据是以平均数±标准差的形式表示，数据运用SPSS11.0软件包进行统计。
1.4测定仪器
干湿球温度计：舍内温湿度测定点一般设在畜舍中央，距地面的高度为0.5m，除中央测点外，沿舍内对角线于舍两角取两点或三点进行测定。
CO—Z型大气采样机“U”型吸收管：利用容量分析法测定NH3浓度和硫化氢浓度。
2结果与分析
2.1 温度和相对湿度
适宜的环境温度，是保证猪正常发育、繁殖的前提条件。家畜的生产力，只有在一定的外界温度条件下才能得到充分发挥。温度过高、过低都会使生产力下降，成本增加，甚至使机体健康和生命受到影响。猪所需要的适宜温度，因年龄、类型和品种的不同而有差异，育肥猪的适宜温度为14-20℃。
测定日光温室育肥猪舍温度结果见表1。
本试验测定结果表明，日光温室猪舍春季和冬季平均温度为15.78℃和12.89℃，1d中，下午2点左右会出现温度高峰，1d内温度均符合育肥猪舍小气候标准参数。利用温室效应给猪舍增温要掌握的几个关键是：白天让尽可能多的太阳辐射能进入舍内，并设法让热能蓄积起来，夜间要设法减少热能散失。猪舍建筑的形式与方位、采光面积的大小等都与接受太阳能的多少有关。夜间在采光面加盖保温垫，增大北墙、屋顶及地面结构的热阻。可减少夜间失热。内墙选用蓄热系数大的建材，使其白天吸热蓄存。夜间放热以缓和舍内温度下降。堵塞各种缝隙减少缝隙放热等都是解决问题的途径。还可配备辅助采暖设备，在夜间和阴天对舍内供热。
猪舍湿度主要来源于猪体表和呼吸道蒸发的水汽，舍内饲养管理用水、粪尿蒸发的水汽，进入猪舍的外界空气所含的水汽等。猪舍湿度因生产工艺、饲养管理方式、猪舍类别等不同，差异很大。猪舍适宜的相对湿度为50％～70％。猪舍湿度过高，特别是猪床过于潮湿，对幼猪和育肥猪的生长速度影响很大，使增重和饲料转化率都降低。笔者测定相对湿度见表2。从表2中可以看出，春季日光温室猪舍内相对湿度为52.11％；在冬季日光温室猪舍相对湿度为65.22％，均符合育肥猪舍相对湿度参数。
2.2NH3浓度和硫化氢浓度
畜禽舍内的NH3主要来自畜体粪尿、饲料残渣等有机物的发酵分解，其浓度与畜舍通风直接相关。NH3溶解于猪呼吸道黏膜和眼结膜上，产生碱刺激，使黏膜充血水肿，引起支气管炎、结膜炎、肺炎，严重时出现肺水肿。低浓度NH3长期作用时。可导致猪的抵抗力降低，发病率和死亡率升高，生产力下降。育肥猪舍内氨气浓度要求不超过20mg/m3。据报道，家畜长期处在低浓度的氨气中，对结核病和其他传染病的抵抗力显著减弱，对炭疽杆菌、大肠杆菌、肺炎球菌的感染过程显著加快，这种环境势必造成家畜生产性能的下降。
从表3中可以看出，春季日光温室猪舍清粪前的氨气浓度均值为10.90mg/m3，清粪后为2.13mg/m3；冬季日光温室猪舍清粪前的氨气浓度均值为13.50mg/m3，清粪后为4.67mg/m3。
畜禽舍空气中的H2S，主要来源于粪便和变质饲料。当畜禽采食富含硫蛋白质饲料，而且发生消化障碍时，可由肠道排出大量硫化氢。H2s对黏膜产生强烈刺激，引起眼炎，出现角膜混浊、流泪、畏光及呼吸道炎症、甚至肺水肿。高浓度H2S能使呼吸中枢麻痹，动物因窒息而死亡。我国劳动卫生部门规定育肥猪舍内H2S不得超过10mg/m3。
表4中可以看出，日光温室育肥猪舍的最高硫化氢浓度和日平均浓度均低于畜禽环境空气质量标准。
结合试验结果和每天饲养管理情况表明，每天清晨未清除粪便之前氨气、硫化氢浓度偏高，清除粪便之后氨气、硫化氢的浓度相对偏低。因为猪舍内的氨气和硫化氢等有害气体主要由粪便中部分营养物质(主要是含氮和含硫有机物)的发酵分解而产生，由此，建议每天适当多增加清除粪便的次数，特别是傍晚的粪便清除工作可以适当再晚些，这对于改善舍内环境有益，或者可以通过日粮调控等途径以减少排泄物中含氮和含硫有机物的含量。
3结论
温室环境 篇6
在温室作物生产过程中, 能否为作物生长创造适宜的环境条件, 对于促进作物的生长及蔬菜产量的提高十分关键, 也是现代设施农业生产中亟待解决的问题。本文以温室番茄栽培为研究对象, 运用通用旋转组合设计试验研究番茄在特定生长阶段, 环境参数 (温度、相对湿度和光照强度) 变化对其鲜质量的影响;运用MATLAB软件对目标函数进行优化求解, 为温室内作物生长提供经济适宜的环境参数。实践表明, 按番茄鲜质量作为评价指标, 既保证了作物正常生长的需要, 又兼顾了产量, 对生产实践具有一定的指导意义。
1 材料与方法
1.1 试验仪器
试验在辽沈I型日光温室中进行, 温室的结构参数为:屋脊高4.5m, 后坡水平投影长度1.5m, 单跨宽10m, 长度60m。光照强度用AR813光照度计测量, 测量范围为1～100 000lux;温湿度用176-TH数显温湿计, 湿度测量范围为0%～100%RH;温度测量范围为-40～100℃。每种试验条件下为10株, 温室个数为5个, 每个温室分隔成不同区域, 来调节室温不同, 从而实现15组试验条件;灌溉方式为滴灌, 通过遮挡方式控制不同光强水平。选择控制番茄一段生长期间内的环境参数进行试验研究, 鲜质测量为果实质量的平均值。
1.2 试验方法及试验指标
实行优化控制策略的最终目标是寻求作物最佳生长环境, 从而提高产量。单果鲜质量是影响收益的重要指标, 因此将鲜质量作为试验指标。
单因素试验表明:温室的温度、相对湿度及光照强度对作物生长影响最大, 同时易于调节, 对投入的成本影响也很小。因此, 选择温度、相对湿度和光照强度作为温室环境参数的研究对象, 选定5水平, 采用二次回归通用旋转组合设计安排试验。
2 试验设计
2.1 试验安排及结果
较高温度影响成熟果实的鲜质量, 温度越高, 鲜果质量越低。因此, 通过单因素试验, 取15～27℃作为温度变化范围;不同灌水条件引起根系的变化是造成产量差异原因之一, 选择65%～85%作为湿度变化范围;在日光温室条件下研究不同光照强度对番茄植株生长和产量形成的影响, 鲜果质量的下降幅度随光照强度降低幅度的增大而增大, 选择45～65klx。
根据式 (1) 对三因素取值做线性变换, 可得因素的5个水平, 结果如表1所示。采用二次回归通用旋转组合设计方法安排试验, 如表2所示。
undefined (1)
2.2 方差分析
对正交试验结果进行方差分析和显著性检验。查F表, F0.1 (9, 10) =3.52>F拟, 说明回归方程拟合得好。F0.1 (9, 10) =2.35
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式中 x1, x2, x3, y—代表温度、相对湿度、光照强度和鲜质量。
2.3 试验因素对番茄评价指标影响分析
根据得出的回归方程, 只考虑单因素对鲜质量的影响, 把其余因素规定在0水平上, 可得图1、图2和图3所示。
从图1中可以看出, 作物生长要达到一定的温度。在果实成熟期间, 随着温度的升高, 作物鲜质量增加;当温度超过20℃时, 随着温度的升高, 作物鲜质量反而下降。从图2中可以看出, 湿度对鲜果质量也有一定影响。随着湿度增加, 果质量有一定增加;当湿度达到80%左右时, 鲜果质量最大;之后, 随着湿度增加, 果质量减小。从图3中可以看出, 光照对鲜果质量的影响比较明显, 尽管在试验中有个别异常点, 但从整个试验结果来看, 并不影响总的趋势, 随光照增加鲜果质量增加。
2.4 环境参数的优化
从上面分析的过程中可以看到, 影响温室番茄鲜质量的因素很多, 需通过优化的方法找出其最佳评价指标下的环境参数。
2.4.1 目标函数的选择
本试验的目的就是为了找出最佳参数, 以使鲜质量为最大, 因此选择鲜质量为目标函数, 其数学表达式为F (X) →max。其中, F (X) =f (x1, x2, x3) 。
2.4.2 约束条件
本试验优化将温度T限制在11≤T≤31℃范围内, 相对湿度H的选择范围是59%≤H≤91%, 光照强度的限制范围是39≤I≤71klx。
2.4.3 优化计算及结果
根据已建立的回归数学模型, 利用计算机优化求解分析方法, 对模型进行优化求解, 得出最佳环境参数:当鲜质量达到最大时, x1=0.31 (实际温度值为23.86℃) , x2=0.5 (实际相对湿度值80%) , x3=0.82 (实际光照强度值63.2klx) 。
2.5 试验结果分析
作物生长要达到一定的温度后, 在果实成熟期间, 随着温度的升高, 作物鲜质量增加;当温度超过20℃时, 随着温度的升高, 作物鲜质量反而下降。因此, 合适的温度可以提高鲜果质量。湿度对鲜果质量也有一定影响, 但影响不大。随着湿度增加, 果质量有一定增加;当湿度达到80%左右时, 鲜果质量最大;之后随着湿度增加, 果质量减小。因为过湿会影响作物生长, 发生病虫害。可见, 光照对鲜果质量的影响比较明显。尽管在试验中有个别异常点, 但从整个试验结果来看, 并不影响总的趋势。番茄为喜光作物, 随着光照增加, 鲜果质量增加, 并且果径也随之增大。
3 结论
1) 本试验为温室番茄栽培管理和环境优化提供理论依据, 对生产实践具有一定的指导意义;
2) 以番茄鲜质量作为评价指标, 采用二次回归通用旋转组合设计的试验方法, 运用MATLAB进行优化求解, 确定了开花到结果时期环境影响因素的最优参数组合。当实际温度为23.86℃、实际相对湿度为80%、实际光照强度为63.2klx时, 温室内番茄的鲜质量值达到最大。
摘要：温室内的温度、湿度和光照等环境参数的最佳控制, 对于促进温室内作物的生长及产量的提高十分关键。为此, 以番茄的鲜质量作为决策目标函数, 以温室内的温度、相对湿度和光照强度参数作为变量因子, 运用通用旋转组合设计的方法, 研究温室内环境参数改变对番茄鲜质量的影响, 运用MATLAB对目标函数进行优化求解。试验结果表明:影响试验指标的主要因素是温度、相对湿度和光照强度, 其较优组合是:温度为24℃, 相对湿度为80%, 光照强度为63.2klx。
关键词：番茄,温室环境,鲜质量,参数优化
参考文献
[1]宋胭脂, 张建平.现代温室番茄产量规律及其与环境因子的关系[J].甘肃农业大学学报, 2006, 41 (6) :38-42.
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日光温室番茄对环境条件的要求 篇7
番茄是喜温性蔬菜,其生长发育的适温范围在10~33℃,其中昼温以23~28℃、夜温以13~18℃、地温以18~23℃为宜。当温度低于10℃或高于33℃时,植株生长发育不良;当温度低于5℃或高于40℃时,植株停止生长;当温度低于0℃或高于45℃时,植株很快受害死亡。
番茄种子发芽的适宜温度为25~30℃,28℃为最适温度,最低12℃,高于35℃多数品种发芽率降低,超过40℃发芽困难。番茄幼苗期适应温度的能力较强但高温易发生徒长,而温度过低后期容易形成畸形果,白天适温可调控在23~28℃,夜温13~18℃。开花期以25~28℃为宜,高于33℃或15℃都会引起落花。特别是开花前的5~8天以及之后的2~3天要求更严格。过高或过低,都不利于花器官的正常发育。结果期要有一定的昼夜温差,一般昼温以25~28℃为宜,夜温以15~20℃为宜,昼夜温差以8~9℃为宜。在着色期19~24℃利于番茄红素的形成,而温度低于15℃或者高于30℃时不利于番茄果实的着色。
番茄幼苗根系生长的适宜土温为20~22℃,土温降至5℃时,根系吸收水分和养分能力受阻,9~10℃时根毛停止生长。
2 光照
番茄属强光照作物,光饱和点为60000~70000勒克斯,光补偿点为2500~3500勒克斯。在适宜光强范围内,随着光照强度的增加,光合速率提高,在栽培中至少需要30000~35000勒克斯以上的光照强度,才能维持其正常的生长发育。不少试验表明大约光照强度每减少1%,番茄产量就下降0.5%~3%。日照长度以16小时最为理想,因为延长了光照时间,增加了干物质产量。在光照充足条件下,日照8小时也生长得很好,日照4小时以下生长停顿。冬季保护地生产或育苗期补光至16小时,能明显促进生长、改善秧苗质量、增加产量。番茄幼苗对光周期的适应性比较广,多数品种在11~13小时的光照下植株发育正常。
番茄不同生育期对光照的要求不同。发芽期不需要光照,光抑制种子发芽,降低种子的发芽率,这种现象称为好暗性。但是好暗性随着温度变化,25℃好暗性弱,也能发芽,20℃以下、30℃以上好暗性增强。幼苗期是营养生长期,又是花芽分化期,光照不足,使花芽分化延迟,花节位上升,花数减少,花的素质下降,子房变小,心室数减少,影响果实发育。
3 水分
番茄茎叶繁茂所以蒸腾作用较强,蒸腾系数在800左右。番茄是半耐旱的蔬菜,根系吸水能力强,但想要番茄产量高还是需要较多的水分。空气湿度不能过大否则影响正常授粉,且湿度较大的情况下温度升高容易发病,一般空气湿度以45%~50%为宜。
番茄幼苗在不同生长期对水分的要求也不尽相同,种子发芽期需要大量水分,土壤相对湿度要保持在80%以上;幼苗期土壤湿度不能太高,60%~70%为宜,这个时期对水分的需求比较少。第一花序在坐果前要控制水分避免落花和徒长,在果实膨大后要增加水分供应,在结果期土壤湿度的最大持水量维持在60%~80%为宜,不能湿度过大,否则会造成氧气不足而阻碍根系呼吸甚至烂根。
4 土壤与营养
番茄适应性较强,以土层深厚、排水良好、富含有机质的肥沃壤土为宜。番茄对土壤通气性要求较高,最适宜的土壤含氧量为10%~15%,当土壤含氧量降到10%以下时,植株吸收氮、磷、钾量明显下降,根系生长受抑制,降至2%时植株枯死。弱酸性土壤p H值6~7适宜番茄生长,幼苗在弱碱性地下环境中生长缓慢。
番茄需从地下环境中吸收大量营养物质以满足生育过程的需求,每形成1000公斤产品,需3.54公斤氮、0.95公斤磷及3.89公斤钾。这些元素73%左右在果实中,27%左右在根、茎、叶等营养器官中。番茄茎叶生长与果实发育都与氮肥联系紧密,氮元素是与番茄产量关系最密切的营养元素。在第一花序果实迅速膨大前,植株对氮的吸收量逐渐增加,以后在整个生育过程中,氮素仍大体按同一速率吸收,至结果盛期时达到吸收高峰。因此,氮元素的供给必须充足,如果光照充足且夜温低,配合其他营养元素施用,适当加大氮肥用量也不会引起徒长,而可以提高产量。
主从分布式温室环境参数测控系统 篇8
关键词：温室,温湿度,土壤含水率,二氧化碳,模糊控制
0 引言
对现代室内农业来说,环境参数的自动检测与控制是实现温室作物高产、优质的关键。笔者所在课题组经过近10年的不懈努力,研究设计了分布组合式温室智能测控系统。系统将低端廉价的PC机作为上位机,以单片机组成的测控模块作为下位机,构成主从分布组合式微机智能测控系统,集数据采集、控制与管理为一体,结构简单,便于实现专家智能模糊控制技术。
1 系统结构设计及工作原理
分布组合式温室智能测控系统最大的特点就是集数据采集、控制与管理为一体,模块组合,结构简单,人机交互方便,采用专家智能模糊控制技术,能适应温室大棚各种作物生长管理控制。系统基本结构原理框图,如图1 所示。
分布式系统结构主要由上下两层组成。上层用廉价的PC机为主机,作系统管理与专家智能模糊运算,并提供良好的人机交互界面,实现对温室的统一监控与管理;下层由多种单元模块组成,每个模块均采用一片单片机为下位机,与PC机间采用RS485进行通信,实现对温室内各参数的采集处理与控制。各功能模块之间在电气上完全隔离,任一模块故障对系统其它模块不产生任何影响。系统通过各测控模块分别采集各路环境信息,在PC机组态控制系统中,将采集参数与设定值比较,通过各种作物不同生长期专家智能模糊控制系统,给出对环境温度、湿度、光照度、CO2浓度、土壤含水率的模糊控制指令和相应的建议操作指令或报警。
各模块控制输出设备有电磁阀、侧窗电动机、湿帘电动机和风机等。
2 系统的硬件设计
2.1 上位PC机及通讯系统
本系统采用PC机为主机,分布在现场的各个单片机系统为从机。采用RS232/RS485转换器实现PC机与单片机间通信。
PC机人机交互界面友好,考虑到组态软件的安装运行,要求内存64M及以上,硬盘10G及以上。
2.2 温湿度和光照度及CO2浓度测控模块
此测控模块硬件结构如图2所示。采用STC12C5A32S2型单片机,有2路通用全双工异步串行口(UART);有8路10位ADC,可以简化外部硬件;有上电复位和看门狗,降低最简系统成本和体积。
CO2浓度测量采用NDIR技术的传感器,输出UART协议气体浓度数字信号,直接输入单片机。
温湿度测量选用新型智能温湿度传感器SHT11,串口输出信号,可由单片机直接读取。
光照测量采用硅光伏探测JY1-TBQ-6型光照度传感器,输出4～20mA或0～20mV,输出信号经放大到0～4V后可直接接入单片机AD口。
模块接受上位机控制指令,经由输出电路输出。
2.3 土壤含水率测控模块
土壤是由空气、固体和水组成的多孔介质,其中水的介电常数大约是80,固体的介电常数大约是4,而空气的介电常数大约是1。就是说含水土壤的介电常数主要是由水来决定,含水率不同,土壤波阻抗不同。利用土壤的介电特性来测量土壤含水量是一种行之有效、准确可靠的方法。
根据工程电磁场理论[1],对于有损耗介质,其电磁波阻抗Z0为
undefined (1)
式中 μ—媒质磁导率,对于土壤μ≈μ0;
μ0—真空磁导率;
ε—媒质介电常数;
γ—媒质电导率;
ω—电磁波频率。
在低频下(<2 000Hz),干燥土壤介质损耗角正切γ/ωε≈0.07[1]。若信号源频率在20MHz以上,则ε≈ε∞[2](ε∞为高频介电常数),土壤波阻抗undefined,相当于纯电阻。
土壤水分传感器由100MHz信号源、1节l=γ/4同轴传输线和1个四针不锈钢探头组成。信号源产生无线电波沿着传输线传送到探头,在探头处一部分信号将被反射,传输线上入射波与反射波叠加形成驻波。
把短距离同轴传输线看作是无损耗均匀传输线,同轴传输线波阻抗为Z0,负载阻抗为ZL,则探头处电压波反射系数为Γ=(ZL-Z0)/(ZL+Z0)。且传输线两端为电压最大值Umax和最小值Umin。驻波率为
S=Umax/Umin=(1-|Γ|)/(1+|Γ|)
这样通过测量传输线上的驻波率可以达到测量土壤体积含水率的目的[3]。
如图3所示,土壤含水率测控模块由传感器和控制器两部分构成,控制器从属于传感器,在不需要灌水控制的温室也可省去控制器。为简化控制,本系统土壤含水率控制采用节点式分区渗灌技术[4,5]。
3 测控系统程序设计
PC机软件采用组态王6.51组态软件开发,可靠性强,开发周期短,具有完善的图形界面生成功能,人机交互性好。其可根据现场设备布局制作出动态画面和图表, 形象直观地动态显示各个参数的变化以及控制状态、 越界报警,并可利用保存在特定数据库中的环境参数测控历史曲线,方便地采用农业专家系统实现温室参数的模糊控制。
各模块从机单片机软件采用Keil C51开发,实现参数的实时采集、处理、上传和接受上位机模糊控制指令,完成设备就地控制。
3.1 从机测控模块程序设计
所有从机均采用串行中断方式3与主机通信,传送采集的数字量,接受指令。
3.1.1 土壤含水率模块程序设计
土壤含水率传感器部分的软件,包括主函数、数据采集处理子函数、中断处理子函数和通信子函数等。其通过并行数据口读入驻波电压值,经函数运算得到土壤含水率值。测控部分软件,主要包括与传感器通讯读取数据,与上位机通讯上传测量数据和当前控制状态,接受上位机模糊控制指令并且输出驱动继电器执行。
系统采用分区渗灌技术,减少了空气参数和土壤含水率的耦合,因而可以参照近年来的研究结果[6,7],结合本系统的控制精度要求,设计模糊控制表和模糊控制子程序供专家模糊运算系统调用,通过各区土壤含水率测控模块进行渗灌控制。
本系统将土壤湿度偏差及其变化率作为模糊控制的两个输入变量,灌溉时长作为输出变量,各变量取值如表1所示。输入变量论域设定为“正大”“正中”“正小”和“零”,根据正态分布型隶属函数分别对其进行模糊化。输出变量论域也设定为“正大”“正中”“正小”和“零”,利用三角形隶属度函数进行模糊化。表2是参照文献[6,7,8]用Matlab软件模糊控制工具箱设计的模糊控制决策表。各变量取值如表1所示。模糊控制查询表如表2所示。
3.1.2 温湿度和光照度及CO2模块程序设计
温湿度和光照度及CO2测控从机软件,主要包括通过I2C读取二氧化碳浓度和温湿度测量数据,上传测量数据和当前控制状态,接受上位机模糊控制指令并输出执行。温湿度和测控模块主程序和中断子程序结构如图4所示。
3.2 PC机程序设计
对于温室测控系统来说PC机数据存储容量无限,因此现有成熟的软件模块纳入系统,既省力,又可以提高系统的可靠性。整个软件系统包括控制模块(通道参数的输入采集、控制输出等)和管理模块(专家模糊运算系统、参数输入、数据计算、显示、报表处理等)。
系统软件在结构上由主测控界面、辅助界面、数据库等组成。典型的PC机主测控界面如图5 所示。
4 结束语
根据秦皇岛当地农民的经济承受能力,并结合现有温室环境参数测控技术,研制了一套PC作为上位机的主从分布式温室环境自动测控系统能对温室内温湿度、光照度、CO2浓度和土壤含水率进行测控。
系统具有以下特点:
1)PC机数据存储量大,便于模糊控制专家系统数据存储、修改和系统升级;
2)利用组态王开发PC机软件,大大缩短了开发周期,人机交互界面友好;
3)系统采用了分布式和单元模块结构,使系统设置更灵活、维护更容易、更适应生产需要。从机测控模块根据需要通过RS485总线挂接在PC机上,可以实现温室的分区分块控制。
参考文献
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[7]余泳昌,胡建东,毛鹏军.现代化温室环境参数的模糊控制[J].农业工程学报,2002,18(2):72-75.
温室环境 篇9
温室环境测控系统的工作原理就是根据温室内外装设的各种传感设备采集或监测信息,然后传递给处理设备进行分析与处理后,控制其执行机构对温室的环境进行自动调节与控制,以达到为作物的生长发育创造最佳环境条件的目的[1]。
1 目前智能温室环境测控系统控制器分析
由于处理器核心技术的不断进步,温室控制系统处理器的处理能力也在飞速发展,种类也在不断增多。资料显示,目前的温室控制系统结构中,在核心处理器的选择上[1],主要采用以下几种:
(1) 工业控制机
在这种温室控制系统中其核心处理器是以工业控制机为中心的。其余2个模块:一个主要由用于环境因子采集的各类传感器组成;另一个模块主要由各种执行机构组成。控制系统的主要特点是多输入和多输出闭环控制,所以硬件的开发量比较小,软件组态方面也比较方便,市场很容就能够买到所需要的硬件及软件。工业控制机的一个显著的特点是具有标准通信接口,因此很容易实现温室的群控和网络化。其缺点是:一方面是成本较高,因为工业控制机及相应的组态软件都需要购买;另一方面是集中控制,如果核心的工控机发生了故障,那么将导致整个系统运行遭到破坏。而且在这种以工控机做为控制器的结构中,在进行系统的布线时由于多入多出结构的特点,线路铺设相当复杂,如果出现了问题在维护起来也十分不方便。
(2) 单片机
在这种控制系统中其性能的好坏主要由所选用的单片机所决定。其主要特点是单片能够对全局环境进行控制和管理,对使用者的素质要求不是很高,操作起来也十分容易,而且投资成本较低。但是在系统搭建时其线路的铺设十分复杂,出现故障的几率也是相当的高,因此系统的可靠性必然受到影响;一般还是通过模拟量或开关量进行信号的输入、输出,自动化程度比较低。
(3) 可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器[2]是一种通用的自动控制装置。这种装置的主要特点就是将传统的继电器技术和先进的计算机技术、通信技术等融为一体。运算能力方面能够进行复杂的逻辑运算和算术运算。其控制能力方面相对较强,对于温室环境系统来说,它能够满足长期连续的工作和高效率的控制需求;在系统稳定性方面,系统性能稳定,因此可靠性比较高;在操作方面,比较灵活,而且操作方法比较简单。缺点是不能独立进行控制需要和上位机进行联合,因此在资金投入方面很大,普通的农业用户在经济能力上无法承受。
(4) 嵌入式控制器
嵌入式控制器是由通用CPU[2]演化而来的,随着嵌入式系统的快速发展,应用领域也不断扩展。再加上其“专用”的特点,在温室控制系统中的应用在日趋增多。
2 专用CPU的设计
虽然微处理器的技术在飞速的发展,处理能力也在不断的增强,从4、8、16、32至 64位,但通过调查发现,16位的微处理器经历了这么多年的发展之后,生命力依然十分旺盛,在市场上具有相当高的占有率。与从16位机迅速的向32位、64位过渡的通用的计算机相比,16位微控制器从诞生至今,虽历经了从单片微型计算机到微控制器、微控制器到SoC的变迁[3],但在嵌入式领域16位机依然是中低端应用的一种主要机型,而且在未来相当长的一段时间内,这个势头仍然会持续下去。因为这是由嵌入式系统和通用计算机系统的完全不同的应用特性决定的,所以其技术发展道路走向是完全不同的。根据智能温室测控系统[4]的特点,在最大限度地满足数据的采集、控制、可靠性和低功耗等品质的要求下,16位机具有很强的速度潜力,因此本所设计的专用CPU为16为CPU。作为智能温室环境测控系统的专用CPU,一方面它和通用的CPU相比具有很多的共同特性,另一方面具有它在农业温室控制系统领域的特殊性[5]。
2.1 专用CPU的组成结构
图1是一个16位的采用了RISC思想的单总线CISC CPU处理器结构。
此CPU单独设置了一个8段的流水FLOAT(浮点型运算器)、一个ALU(定点运算器)、一个PcCount(程序计算器)、一个InstrReg(指令寄存器)、一个Shift(移位运算器)、一个ComP(单比较器)、一个Compn(比较器组、n为可扩充)、一个Controller(控制单元)、一个AddrReg(地址寄存器)和八个Reg0…Reg7(16位寄存器组),它们共用一组16位的三态数据总线。其工作流程和通用CPU相同,不同的专用寄存器保存指定的内容,指令的执行分顺序和转移两种方式。
该结构中有专门针对于智能温室测控系统而设计的一个浮点运算器和n个Comparray比较器[3]。一方面由于本智能温室环境测控系统的一个很重要的功能就是硬件实现智能控制方法,同时运算模块主要对由采集模块所采集的环境因子进行比较分析和处理,而所采集数据通常是浮点数,所以本文在CPU的运算单元中增加了单独的浮点运算器;另一方面因为在智能温室测控系统中要随时对温度、湿度、CO2浓度等数据与作物生长的最佳值比较[6],如果数值超越了警戒线,就要采取措施。为了提高处理速度,方便比较,该结构中放置了比较器组,会把最常用的值在不同的比较器中固化,不但节省了取操作数的环节,而且也节省了时间。
2.2 比较寄存器组的设计
Comparray比较寄存器组是专门针对于智能温室测控系统设计的。在智能温室测控系统中要随时对温度、湿度、CO2浓度等参数与作物最佳生长值比较,如果数值超越了设定值,就要采取措施。该结构中放置了多个比较器,主要是为了方便比较,因此会把经过时间测试或专家提供的最常用的作物生长不同阶段的标准值在不同的比较器中进行固化,这样减少了取操作数的环节,自然就节约了时间。比较寄存器组的结构如图2所示。
在这个比较器组中只列了3个比较器,分别比较CO2浓度、湿度、温度,在智能温室控制系统中还有,光照强度、PH值、EC值、室外气象值、光合作用等,这里只是用这3个值作为示例。Comparray就相当与一个选择器,来分别选择比较寄存器组中的寄存器,这里设置了3个比较寄存器,当然也可根据需要进行增减。
3 浮点运算器的设计与仿真
本专用CPU设置浮点运算器的目的是要将智能控制算法在CPU内集成。而此浮点单元在进行复杂的算术逻辑运算时,主要设置了状态机,通过状态机[6]对浮点运算单元的各个子模块进行调用,从而实现运算。本浮点运算单元的子模块主要有:加减法运算器、乘法运算器和除法运算器。它们之间的协调与配合是在总控状态机的负责下进行的,总控制状态机首先根据情况启动各个运算子模块使其进入运算状态,当运算结束后总控状态机会收到运算结束的反馈信号,并且将结果存入指定寄存器中,或用于输出或用于下一次运算。下面对各个子模块进行分别设计:
3.1 加减法器的设计与仿真
浮点加减法运算模块电路原理如图3所示。主要由6个模块构成,分别是Subcell模块、exchange模块、move模块、M_add模块、standar模块、cntrl模块。
功能仿真如图4所示。
3.2 浮点乘法器的设计与仿真
浮点数乘法器的基本思想是符号与数值分开处理,2个操作数符号的异或为结果的符号,对于数值的处理采用的是取底数相乘、指数相加减的方法,然后对结果进行规格化处理后,再调整指数。按照浮点数的乘法步骤解释程序如下:
(1) 零操作数判断
如果两个操作数中只要有一个操作数是0,则结果为0:
若q的值为1,则执行完下面的程序后就就跳出进程:
若q的值为0,则程序就继续执行一下操作。
(2) 运算结果符号位判断
运算结果符号位主要是由两个操作数的符号决定,而其实现主要是通过一个异或门电路得到,程序如下:
(3) 幂相加和尾数相乘
(4) 规格化与舍入处理
当以上3步运算结束后,要对最高位进行判断,从而决定是否需要进行规格化,采用直接舍入法进行处理。
浮点乘法运算的功能仿真如图5所示。
3.3 浮点除法器的设计
除法器的VHDL核心处理代码如下:
功能仿真如图6所示。
4 结 语
针对温室环境控制的功能特点,在CPU中设计了可扩充的环境值比较器组。用来对采集的单个环境值与标准值进行比较,不但节省了存取数据的时间,也提高了温室环境测控系统的系统效率;单独设置了浮点运算器使得此专用CPU可以对智能控制算法的硬件集成提供良好的支撑,使得无PC的参与、无庞大专家数据库系统的支撑,同样具有反应专家知识的功能。
摘要：智能温室是近年逐步发展起来的一种资源节约型高效农业发展技术,目前国内大多以单片机、通用计算机作为温室系统处理器,由于基于单因子和成本问题,其智能化和效率有待提高。在此通过对目前智能温室控制器的分析研究,提出并设计了一款16位的的单总线专用CPU,且专门针对于智能温室测控系统设计了一个浮点运算器和n个Comparray比较器,并使用VHDL语言在QuartusⅡ6.0中进行设计与仿真。所以,该CPU不但具有通用CPU的基本特性,而且更具有在农业温室控制系统领域的特殊性。
关键词：测控系统,专用CPU,Comparvay比较器,VHDL语言
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温室环境 篇10
关键词：ZigBee；温室大棚；监测；自动控制
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）07-0027-04
近年来，新疆南部地区（南疆）设施农业发展较快，但设施农业主要以投资较少的塑料大棚为主，对南疆温差变化较大的恶劣气候条件适应性差，且自化程度较低，对农作物的生长环境的控制精度不高。目前，南疆农牧团场正积极向多参数检测的智能温室大棚种植模式发展。这种智能温室大棚综合各种先进的技术和设施，能够为农作物发育和生长创建良好环境，实现温室科学管理经营，充分展示设施农业的巨大优越性。
目前，南疆的智能温室大棚环境监测系统大多采用有线通信方式，需要进行大量布线，且线路复杂，工作可靠性差，需专人值守。为此，基于ZigBee无线通信技术设计智能监测系统，采用温室大棚环境监测无线传输方式，提高环境因子监测的技术水平，实现农作物生长环境的自动化控制，进而提高农作物生产的经济效益。
1 温室大棚环境自动化监测系统结构
ZigBee是一种短距离、低功耗的新型无线通信技术，为基于IEEE802.15.4标准的局域网协议。随着ZigBee技术的不断发展，其应用领域越来越广泛，将其应用于智能温室大棚进行信息传输成为必然趋势。智能温室大棚环境自动化监测系统的监测模式如图1所示。
本系统上位机采用PC机，其主要功能包括以下几个方面：1） 通过RS232串行接口与ZigBee网络关口节点建立通信，接收下位机传送的数据，与此同时向下位机发送指令；2） 对接收到的数据进行显示操作、解码并保存；3） 对系统之前的数据进行分析、处理及更新。
温室大棚环境自动化监测系统分为6大模块，详见图2。模拟信号采集模块包括前传感器、调理电路、模数转换电路；中央处理模块是整个系统的核心，主要负责数据处理和储存，对整个系统进行整合控制调配；开关输入输出控制模块；上位机通信模块主要用于和上位机（PC机）通信，采用ZigBee无线通信方式；人机接口模块主要为工作人员现场查看和修改各个参数提供方便，包括LCD显示屏和4×4矩阵键盘；EEPROM存储模块可以大容量存储温度、湿度、光强、CO2浓度等数据及工作参数。
图2 智能温室大棚环境自动化监测装置的模块
2 温室大棚环境自动化监测系统设计
2.1 硬件设计
环境自动化监测系统通过温湿度传感器、光照传感器和CO2传感器采集温室大棚内的环境信息，经系统的中央处理器处理后，输出结果被送到执行机构并显示相关信息，从而实现环境温度、湿度、光照强度和CO2浓度控制等一系列功能。该系统的总体硬件结构如图3所示。
2.2 软件设计
为便于连接和调试，软件设计采用模块化程序设计方法，将特定功能编成子程序，以调用子程序方式组成程序流。这样既可以做到修改和调试程序方便，又可以实现软件自诊断，从而使软件更容易理解和维护，为程序通用性、功能扩展可行性、软件资源共享性提供条件。整个程序主要由主程序和若干子程序组成，子程序主要包括温湿度测量模块、CO2及光照强度测量模块。人机接口模块包括键盘处理模块和显示模块。
将智能温室大棚近似看作一个矩形，将其平均分成8个部分并编号为A～H（如图4所示）。主程序运行时，首先显示第一个分区的温湿度、CO2浓度及光照强度，如果数值越限，则报警显示；同时，显示下一个分区的温湿度、CO2和光照强度值，并检查是否越限，以此类推，直到检测完所有分区。
智能温室大棚环境自动化监测系统主程序流程如图5所示。
本系统主要完成温室大棚环境因子数据采集与处理，以及与上位机之间进行通信。根据系统要求，系统对温室大棚内的温度、湿度、光照强度与CO2浓度信息进行采集，实现ZigBee检测节点与上位机间ZigBee无线通信，通过设置相关监测参数进行信息显示，具备实时信息输出、控制、功能自检等一系列功能。
3 温室大棚环境自动化监测系统仿真
通过对新疆生产建设兵团第一师十团花卉基地和温室大棚进行参观和调研，确定现代智能温室需要对大棚内的温度和湿度进行调控，使之保持在适当范围。但光照和CO2浓度只需检测和显示，不需要借助系统程序对其进行控制，原因为：1） 在白天光照充足的情况下，温室尽可能利用自然光照；白天光照不充足时，采用室内照明设施进行补光。2） 利用通风装置保持温室内的空气与大气接近，CO2浓度大约占大气浓度的0.03%。
鉴于上述原因，主要对温室大棚内的温度和湿度进行仿真。
3.1 Keil uVision4
采用Keil uVision4编写C语言程序，通过编译器进行编译、连接，最后将生成的机器码下载到单片机上。
Keil编译器是目前应用最广泛的单片机开发软件之一，为美国Keil Software公司开发的C语言开发系统。其提供一个完整的开发平台，包括宏汇编、C语言编译器、库管理、连接器和功能强大的仿真调试器，并通过集成开发环境将这些部分组合在一起。
3.2 Proteus电路仿真
Proteus软件用来对所设计的电路进行仿真，功能比较强大，可以对包括单片机在内的绝大部分元器件进行仿真。与此同时，可以把Keil编译、连接后生成的hex文件导入Proteus单片机中进行仿真。
3.3 系统仿真
打开Proteus ISIS，在Proteus ISIS编辑窗口中单击元件列表上的“P”按钮，添加元件及放置元件，可以得到对应界面；选择所需元器件后，对元器件进行重新布局，使之看起来比较清晰、所占面积比较小。如果需要移动某个元件或多个，单击其元件，待其颜色变红后，按下鼠标左键不放即可拖动元件。按照正确的方法将元器件进行合理排布及连线后，即可得到系统仿真结构图，如图6所示。
通过仿真进行系统环境自动化监测模拟演练，可以熟悉控制系统工作过程，有利于改进及提高控制精度，实现温室大棚环境自动化监测，减轻人工作业量。
4 结论
综合运用单片机技术、计算机控制技术、ZigBee无线通信技术设计一套以AT89C52为主控芯片的智能温室大棚环境自动化监测系统。该系统可以实现温室内各环境因子的实时监测和无线通信传输，便于大棚管理人员实时了解温室内的环境因子，并及时控制调整，为提高农作物产量提供技术支持。
参考文献
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温室小气候环境模型的应用及综述 篇11
温室是以采光覆盖材料作为全部或部分围护结构材料,可供冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物的建筑。现代化温室可以有效地调控温度、湿度、光照、二氧化碳浓度和土壤环境等环境因子,创造一个与室外大气候环境相对隔离的小气候环境。维持温室内部良好的小气候环境,有利于更好地实现温室气候控制,从而达到提高作物品质、高产和低能耗的最终目的。温室小气候建模方法的研究对温室建筑、生产和发展有着十分重要的意义,目前多利用热力学、传热学的基本原理,建立能量平衡方程式,从而定量地确定温室内部和外部各参数间的关系以及所需供热(制冷)负荷,也有基于输入和输出数据的方法建模,如应用模糊逻辑网络和人工神经网络等。
1 温室小气候模型在温室控制系统中的应用
建立温室的主要目的是改善作物生长的环境条件,温室环境控制的目标是进一步改善环境条件来优化作物的生长过程[1]。根据外部气象条件和作物的生长发育阶段,利用环境控制设备对温室内环境条件进行有效的控制,采取连续生产方式和管理方式高效、均衡地进行生产。为了更好地管理和控制温室气候环境,必须建立一个用来计算最优控制信号的合适的气候控制策略,这个控制信号能够确定温室的性价比,自适应PID控制器能够实现这一功能。
气候自适应PID控制器的结构如图1所示。
其主要包括:温室内部小气候模型、反馈校正、滚动优化、参考值输入等几个部分。用历史的气候数据的输入输出信息、由天气模型得到的预测的气象数据和期望控制设备输入的数据;然后根据温室模型,预测出未来的温室气候,再将预测输出数据与参考输入轨迹进行比较,经过与模型输出误差进行反馈校正;最后优化后计算当前时刻应加于系统的控制动作,完成整个控制循环。
一般地,执行最优化就是实现价值函数的最大化,达到期望收成经济价值的最大化和气候调节设备的经营成本最小化。在性能指标中加入控制量约束条件,可限制过大的控制量冲击,使过程输出变化平稳,还可使系统能获得稳定的运行性能。
2 国内外温室小气候环境模型的研究
2.1 国外温室小气候环境模型研究的历史及现状
温室是一个半封闭的热力系统,它随时受到室内外诸多扰量的影响。其中,室外扰量有室外空气温度、湿度、太阳辐射强度、风速、风向等;室内扰量包括采暖系统、照明及其他设备的散热和作物及土壤散热、散湿等。在这些扰量作用下,温室内的空气始终保持着动态平衡。19世纪60年代以来,基于传热学和生物环境工程学的理论,研究温室热环境的变化规律,国内外研究人员已进行了大量深入的研究工作,从单个因子(辐射、通风、水、热、气交换等)的基本过程到多因子综合的小气候模型。对温室微气候的研究起步较早的国家是荷兰、以色列等。1963年荷兰的Businger将温室分为4层:覆盖物、室内空气、作物、土壤,在能量守恒公式化以来,这种研究方法成为以后温室建模的核心。1977年,S. Takami, Z. Uchijima没有精确考虑土壤热容并在土壤的传热计算中采用了许多近似处理后,首次建立了基于初等边界条件的温室稳态模型;于是在20世纪80年代,荷兰研制出了基于温室小气候模拟模型和番茄作物生长模型的温室环境优化控制模型 KASPRO[2],该模型能够综合考虑温室的材料和布局、温室室外气象条件、番茄的播种日期和温室环境控制目标来预测模拟温室内环境的控制结果( 温室内温度、 湿度、 作物蒸腾速率和能耗等)。1995年J.C.Bakker,G.P.A Bot[3]等在温室建模与控制的著作中,综合研究了跟温室相关的各个领域的成果,从植物的生理学、热力学角度研究温室内温度、湿度、二氧化碳浓度的变化模型。1997年,A. Mistriotis[4]系统分析无风和弱风情况下温室的自然通风过程,应用计算流体动力学知识,对各种通风结构温室的通风效率进行了预测。1998年,R.Linker等[5]在假设温室作物模型已知的情况下,利用神经网络建立温室气候模型,实现了对CO2浓度的控制。1999年,J. G. Pieters[6]对种植西红柿的全光温室构件数学模型仅考虑太阳辐射单次反射的前提下,定量研究了覆盖材料与地面光学参数及覆盖物表面蒸汽的冷凝方式对温室太阳能利用率的影响。1999年,M. N. Bargach[7] 根据能量平衡的方法,研究了一套目前较为全面的模型,将温室划分为包括室内水蒸汽、4个土壤层在内的9个子成分,并对温室计算涉及的能量项进行了逐个分析,提出了构建系统模型的方法。2000年L.Chen等[8]利用杂交模型的方式,将物理模型和神经网络模型结合,得到比单个应用建立模型更好的结果。2003年J. B.Cunha等[9]分别基于物理模型、ARX黑箱模型以及人工神经网络模型对温室小气候环境进行建模,并比较了3种方法的优缺点。其中,ARX模型将室外温度、室外光辐射、室外湿度、室外风速作为输入量,利用递推最小二乘建立了温室内温度的二阶模型,模型的参数是在线时变的,但是对于模型的结构没有作分析。2005年,Litagoetal采用时间序列分析的方法对自然通风温室的温湿度进行建模。国外还有一些典型的综合环境模型[10]:如比利时的GDGCM模型、法国的SIMULSERRE模型和美国的POLY-2模型等。
2.2 国内温室小气候环境模型研究的历史及现状
我国的现代温室起步较晚。20世纪50年代末,在华北地区曾建造过屋脊式大型玻璃温室;60年代初,在东北地区建成1hm2的大型玻璃温室,但基本没有什么配套设施,没有形成有效利用;从20世纪80年代初开始得到长足发展,其中95%以上是日光温室。从国内温室小气候建立模型方法的研究情况来看,目前主要有以下两种方法:
1)以能量平衡方程和质量平衡方程为理论依据研究温室的模型。2003年,司慧萍、苗香雯和崔绍荣[11]利用能量平衡、质量平衡的方法,在外界气象条件已知的情况下,得到与地理位置、温室结构、温室容积等因素有关联温室温度的动态预测模型,并基于华东型连栋塑料温室对模型进行了实验验证,实测数据与预测模型输出的数据基本吻合。2005年李惟毅、李兆力等[12]建立了供热温室通用方程,并以全光温室为例通过各层能量微分方程,对研究对象进行简化后建立了微气候理论模型。2005年胥芳、张立彬等[13]沿用4层理论模型,分析了玻璃温室能量小气候的质热平衡,建立了温室小气候温湿度动态模型,并对模型进行了仿真。2007年,高振波和赵立强等[14]研究从温室采光面的光学模型入手,分析温室内外环境的热交换,建立相应的热平衡数学模型。2009年,孟力力、杨其长等[15]针对组成温室系统的各内表面及室内空气建立热平衡方程,建立温室热环境数学模型,定量揭示日光温室热环境的变化规律,1996年陈青云和汪政富[16],郦伟,1997年董仁杰等[17],2005年杨昊谕[18]也做过类似的研究,并对模型进行验证和模拟计算。2010年,霍飞、王旭等[19]以温室热平衡理论为基础,将温室黄瓜生长发育植物模型与栽培环境模型相结合,应用MATLAB进行了模拟计算,建立了塑料连栋温室热环境模型。
2)基于输入输出数据的模型。利用模糊逻辑网络和人工神经网络等对温室小气候环境进行建模。2000年,王万良、李敏等[20]利用利用模糊逻辑网络建立了温室分布参数的模糊逻辑网络预测模型,提出了基于神经优化计算的优化控制算法。2000年,宫赤坤、陈翠英和毛罕平[21]用神经网络对温室这类缓变系统进行辨识时, 解决外部环境对系统影响的方法。2001年顾寄南和毛罕平[22]证实了温室内温度和湿度的变化符合以e为底的指数函数这一规律,在建立温室数学模型时考虑温度、湿度的变化与时间之间的关系,提出了一种新的温室小气候建模方法。2004年,王定成[23]采用支持向量机回归算法对温室的数据进行回归,并用采集到的数据检验了修正模型,这种建模方法能较好地处理温室环境的非线性和不确定性。2006年,杜尚丰和李迎霞等[24]利用人工神经网络对温室环境温度进行建模。2008年,何芬等[25]基于算法优化人工神经网络预测方法,建立了一个用基于神经网络模型,用于预报华北地区冬季日光温室空气湿度的神经网络模型。2008年,李晋[26]等选择ARIMAX模型描述温室内温度系统,建立了试验温室的温度系统模型。2009年,丁为民、王小旵等[27]通过对温室小气候建立模拟模型,可以了解温室结构特征、气象条件及作物生长等对温室环境的影响。2009年,严海[28]针对Venlo型温室环境温度和湿度两个主要因子进行分析,运用各种智能算法建立模型并进行仿真研究,从而提高温室环境控制的稳定性和控制精度。2010年,徐意和向美晶[29]运用RBF神经网络建立温室生菜光合速率与二者的量化模型,预测不同温度下作物光合作用速率来调控温室内作物生长。
2.3 目前存在的问题及发展趋势展望
目前,对温室小气候环境模型的研究(尤其国内)多注重于温室温度、湿度和CO2的浓度模型的建立。由于温室中的各种因素是相互影响的,如在同一时间内,通风会影响温度、湿度和CO2的浓度等,不同的作物生长规律和温室小气候环境相互作用,要正确的建立温室小气候模型就必须综合考虑这些因素。今后的研究应从作物的生理学、热力学角度出发,将作物的生长模型和温室小气候模型相结合,建立综合的更精确的温室模型来预测小气候的变化;另一方面,在实际建模过程中,物理模型涉及许多参数和物理变量 ,因此很难应用到实践工程中。线性参数模型方法会产生较大的误差;神经网络模型由于多自由度,需要大量的数据例子来训练,而且学习时间较长,推理不可靠,因此不能在实时系统中运用。若采用单一的建模方法,难以克服温室气候建立模型的局限性,为消除它们各自的不利因素,采用杂交(Hybrid)模型的方式,如线性参数受控自回归模型(ARX)和神经网络结构结合组成基于神经网络的线性参数受控自回归模型(NNARX)系统,采用遗传算法和物理模型,用粒子群最优化与遗传算法等方法结合建立温室小气候模型等方式,实现温室小气候的优化控制。在完善温室作物和环境模型理论研究与方法的基础上,针对我国的具体国情和气候条件,研究开发适用于生产实践的温室作物生长发育和小气候环境模型。
3 结论
温室小气候建模为改善温室环境的管理和控制效率有非常重要的作用,它是认识温室机理的理论基础,也为温室的气候预测和控制提供了决策依据。采用各种不同方法建立模型时应该考虑控制设备、作物的生长状况和栽培方式对温室小气候环境的影响,从辐射、通风、水、热、气交换等基本过程到综合的小气候模型,提高建模精度,提高控制算法的实用价值。