温室控制器（精选12篇）
温室控制器 篇1
0 引言
农业在中国占有很大的比重,农业的发展始终是保证我国经济发展和社会稳定的最重要因素。作为设施农业中的重要内容,温室已经成为农业现代化的标志性工程。温室生产能够显著增强农业的抗灾、减灾与反季节生产能力,在系统掌握植物生长发育规律及其与环境条件关系的基础上,对温室生产进行监控,对蔬菜、花卉等作物的周年均衡供应和大田作物的优质高产具有重要作用[1]。无线传感器网络是一种无基础设施的无线网络,它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些数据进行处理,获得详尽而准确的信息。由于传感器节点的能量支持和通信带宽有限,传感器网络具有很强的应用相关性,不同应用中的路由协议可能差别很大,没有一个通用的路由协议。无线传感器网络的路由协议作为一项关键技术已成为目前研究的热点[2]。本文针对嵌入式温室控制器的应用,对SPIN/DD协议进行了详细的分析和研究,并用OPNET建立了仿真模型,根据性能评价指标验证了定向扩散协议的优越性。
1 传感器节点及其路由协议
传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统,其处理能力、存储能力和通信能力相对较弱,通过携带能量有限的电池供电。从网络功能上看,每个传感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能,除了进行本地信息收集和数据处理外,还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理,同时与其他节点协作完成一些特定任务。传感器节点的原理图如图1所示。
无线传感器网络的协议栈从底层到高层依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层,路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点,是无线传感器网络的重要因素。它主要包括两个方面的功能,即寻找源节点和目的节点间的优化路径;将数据分组沿着优化路径正确转发[2]。路由机制不仅要考虑到转发数据需要的总的能量,更能从整个网络系统的角度来考虑网络系统能量的均衡使用,延长整个网络的生存时间。数据重发现象可能增加端到端的数据平均传输延时,传输速度变慢,一个好的路由协议对提高系统的稳定性和可靠性十分重要[3]。
2 性能分析
2.1 仿真环境
本文选用OPNET作为网络仿真平台,OPNET通过多层子网嵌套来实现复杂的网络拓扑管理,提供了3层建模机制。OPNET Modeler模型分为Network,Node和Process3个层次,分别在图形界面的Project编辑器、Node编辑器和Process编辑器中建立。Network模型是最高层次的模型,由网络节点和连接网络节点的通信链路组成,由该层模型可直接建立起仿真网络的拓扑结构;Node模型由协议Module和连接Module的各种Connections组成,每个Module对应一个或多个Process模型;Process模型由有限状态机来描述,有限状态机用C语言编程。用户可以在上述3个层次的任何地方切入编程,建立所需的Network,Node或Process模型。协议和其他进程通过有限自动机FSM(Finite state machine)来建立模型,FSM的状态和状态的转换是由C/C++的逻辑完成的。
2.2 仿真结果分析
2.2.1 仿真结果
选择好仿真参数之后,SPIN/DD协议仿真结果如图2所示。从图2可以看出,SPIN协议工程的运行时间是2min,SPIN协议的数据丢失率一开始呈递增趋势,后来稳定在200 000bits/sec左右;端到端的延时一开始呈递增趋势,后来稳定在10s左右;吞吐量在开始呈递增趋势,后来稳定在370 000bits/sec左右;能量消耗完毕耗费了7 s左右。DD协议工程的运行时间是2 min,DD协议的数据丢失率时高时低,平均在100 000bits/sec左右;端到端的延时时高、时低,平均在4s左右;吞吐量稳定在450 000bits/sec左右;能量消耗完毕耗费了35s左右。
2.2.2 仿真结果对比
仿真结果对比如图3所示。从图3可以看出,SPIN协议端到端的延时开始时呈递增趋势。当传输稳定下来之后,延时平均稳定在10s左右;而DD协议在一开始也呈递增趋势,之后传输稳定下来,其端到端延时平均在4s左右。由此可以说从端到端的延时上来看,DD协议优于SPIN协议。端到端的延时主要由传播延时和传输延时引起的,在本仿真实验中,结点是通过无线链路进行传播数据的,其传播延时并不是引起端到端延时的主要原因,所以延时主要取决于传输延时。由于SPIN协议的结点协商机制,其收发数据包的频率要高于DD协议,所以在其缓冲区队列中产生的传播延时要长于DD协议,这就导致了SPIN协议整个端到端的延时大于DD协议。
SPIN协议数据丢失率在初始状态逐渐递增,稳定下来之后,平均稳定在200 000bits/s;而DD协议的数据丢失率并不平稳,时高时低,平均在100 000bits/s左右。由此可以说从数据丢失率上来看,DD协议优于SPIN协议。数据丢失率的产生原因是由于数据缓冲区溢出引起的。DD协议是通过向整个网络发送Interest数据包来建立数据传输梯度域的,而SPIN协议则是采用邻居结点间的协商,相当于通过两次请求来传送数据。从不同的收发数据方式来说,DD协议的数据包收发频繁程度要小于SPIN协议,从而造成了其数据丢失率的上升。
从两组结果可以看出,SPIN协议吞吐量在初始状态呈递增趋势,运行稳定后平均稳定在370 000bits/s左右;而DD协议的吞吐量初始状态同样呈递增趋势,后运行平稳,吞吐量平均在450 000bits/s左右。由此可以说,从吞吐量上来看,SPIN协议优于DD协议。吞吐量和数据包的大小有着密切的联系。由于DD协议的数据包分为interest数据包和data数据包,它们分别有5个域和4个域;而SPIN协议的数据包分为adv数据包、req数据包和data数据包,各自分别有3个、4个和5个域。从这个角度看来,DD协议的数据包的平均域的个数为4.5,而SPIN的数据包的平均域的个数为4。因此,这是SPIN协议的吞吐量小于DD协议的吞吐量的一个重要原因。
从两组结果上可以看出,SPIN协议结点能量消耗到0花费了7s;而DD协议的结点能量消耗到0花费了35s。由此可以说,从结点能量上来看,DD协议优于SPIN协议。
产生原因分析如下:结点的能量消耗主要在于数据包的收发。DD协议是通过向整个网络来发送interst数据包来建立数据传输梯度域的;而SPIN协议则是采用邻居结点间的协商,相当于通过两次请求来传送数据。从它们不同的传输数据的途径看来,DD协议的数据收发频繁程度要小于SPIN协议,由此DD协议的能量消耗要小于SPIN协议。
3 结论
1)本文针对嵌入式温室控制接点组成分布式控制环境的访问控制问题,分析了现有的两种无线传感器网络路由协议的仿真,并对结果进行了观察。
2)从端到端的延时来看,DD协议延时的时间要小于SPIN协议,DD协议占优;从数据丢失率来看,DD协议丢失率比SPIN协议低,DD协议占优;从吞吐量来看,SPIN协议小于DD协议,SPIN占优;从结点能量消耗来看,同等能量情况下,DD协议的能量消耗小于SPIN协议的能量消耗,DD占优。
综上所述,从端到端的延时、数据丢失率和能量消耗这3方面来说,DD协议优于SPIN协议;从吞吐量来说,SPIN协议优于DD协议。因此,整体看来DD协议要优于SPIN协议。
摘要：对于嵌入式温室控制器而言,采用无线组网方式构成温室监控系统要比使用现场总线方式组网具有灵活性,并且易于降低系统成本,更易于推广应用。在无线传感器网络路由协议中,传感器节点的能量支持和通信带宽对系统的稳定性与可靠性有很大影响。为此,针对嵌入式温室控制器特点,分析了传感器网络路由协议的工作原理和传播机制,并在OPNET平台上建立了仿真模型。仿真结果表明,定向扩散是一种较为理想的路由协议。
关键词：温室,控制器,路由协议,仿真
参考文献
[1]高强,陈明.基于ZigBee协议的温室无线传感网络的构架[J].机床与液压,2008,36(7):199-200.
[2]江汉,陈明.基于移动代理的温室无线传感器网络路由算法研究[J].机床与液压,2008,36(7):187-188.
[3]孙超,张世庆,张西良,等.无线传感器网络在温室环境监测中的应用[J].农机化研究,2006(9):194-195.
[4]姚兰,桂勋,王保强.无线传感器网络路由协议的研究和仿真[J].计算机应用与软件,2006,23(9):23-25.
温室控制器 篇2
化工能够为控制温室气体排放做更多贡献
化工能够为控制温室气体排放做更多的贡献.但是,全球经济也将为稳定二氧化碳排放付出巨大代价.例如:控制温室气体排放会引起电价上升,削弱氯碱工业等高耗能产业的.经济竞争力.建议有关厂家和部门关注这一领域的事态发展,及时采取有效的应对措施.
作 者：张泗文 ZHANG Si-wen 作者单位：国家安全生产监督管理总局化学品登记中心,青岛,266071 刊 名：化学工业 英文刊名：CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)： 25(12) 分类号：X-652 关键词：温室效应 排气 二氧化碳 环境政策 环境系统工程温室控制器 篇3
1、系统简介
在温室大棚中，为了提高温室所培育作物的产量和生产效率，需要辅助以一定的人工热源对温室温度进行有效控制。通常以电加热炉作为管道端头的热源，通过调节电加热炉的加热功率进行温度控制。温室温度控制系统也是个典型的嵌入式应用系统，在目前低端嵌入式系统微处理器的市场中，51单片机占有绝对主流的地位。所以，本系统以STC89C52单片机为核心，通过温度传感器DS18B20实时采集温室温度，然后上传到单片机，与之前通过按键设定好的温度进行运算，单片机输出一个控制信号，再经D/A转换输送给温度控制器件，控制电加热炉的加热功率，从而对温室温度进行调节。
2、系统硬件设计
温室温度控制系统硬件主要包括温度采集模块、温度设定和显示模块、核心控制模块、D/A转换模块和可控硅调功模块，下面主要介绍核心控制模块、温度采集模块、D/A转换模块和可控硅调功模块。
2.1核心控制模块
本文选用STC89C52芯片作为控制器，它是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。它的工作电压范围很宽，可在5.5V～3.8V范围内稳定工作，且有各种封装，极大的方便了用户。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。
2.2温度采集电路
本文利用数字式温度传感器DS18B20来实现温度的采集。DS18B20是一种改进型的智能温度传感器，其测温范围为-55℃～125℃，精度可达到0.067℃，温室温度变化的动态范围为15℃～35℃，要求静态精度为1℃，完全可以满足系统要求。DS18B20只有3个引脚，连接比较简单，VCC接电源，GND接地，数据线DQ单片机的P1.0引脚，用于数据传输.
2.3可控硅调功电路
温度控制电路采用可控硅调功率方式，硬件电路如图4所示。在本设计中利用TL494双端脉宽调制集成元件实现可控硅触发脉冲的形成及导通比控制，4引脚为控制电压输入端，改变4引脚输入控制电压的大小即可改变输出脉冲的宽度。双向可控硅串在50 Hz 交流电源和加热丝电路中，在给定周期里改变可控硅开关的接通时间改变加热功率，从而实现温度调节。
3、算法仿真及分析
温室温度控制系统是一个非常复杂的系统，其温度受散热装置的散热系数、温室通风率、室外温度以及温室的空气湿度的影响，这些因素相互关联耦合，共同作用温室的温度。
3.1仿真模型
在Matlab 11.0/Simulink环境中，分别建立模糊自整定PID控制系统和常规PID控制系统，根据仿真曲线对二者的性能进行对比和分析，仿真模型如图1所示。根据整定法则得到PID控制器的三个控制参数：。
图1 仿真模型
4、仿真结果及分析
表1 仿真结果对比
通过表1所示的结果对比可以看出，在上述仿真条件下，模糊自整定PID控制器所得到的系统动态响应曲线在峰值时间和超调量上都明显优于常规PID控制器，系统响应更快更稳定。
5、结论
本文基于STC89C52单片机设计了一款温室温度控制系统，硬件结构简单，成本低廉。针对复杂的温室温度控制系统，提出了模糊自整定PID控制算法，并在Matlab11.0/Simulink环境中进行了计算机建模和仿真。仿真结果表明，本文设计的模糊自整定PID控制器能够根据输入量温度误差的变化，实时调整PID控制器的参数 ，并且相较于常规PID控制器系统具有更好的控制性能，满足温室温度控制系统的要求，具有现实可行性。
（作者单位：兰州交通大学机电工程学院）
作者简介
智能温室控制系统技术 篇4
关键词：温室环境,自动控制系统,多因素变量
近年来, 以自动化技术为代表的智能温室控制系统受到社会公众的高度关注, 转变传统温室智能化改造模式显得尤为关键, 为农业生产提供准确管理效益。在网络技术、计算机技术等高新技术的快速发展背景下, 结合农业生产的温度、光照、湿度、空气相等环境因素, 明确农作物生长过程中各个环境因子的影响情况, 提升温室控制系统的稳定性能显得尤为关键, 便于培养温室智能化、适应性特征。目前, 立足于温室智能化改造条件, 为满足农作物生长需求, 拟定合适的生长环境虚拟化方案, 以智能化程度较高的智能温室控制系统为典型代表, 也已成为当下农业控制的有效应用举措。
1 明确总体架构设计
目前, 我国智能温室面积达到588.4hm2, 其中以玻璃温室面积为典型特征, 占据世界温室面积的22.5%。在农业生产过程中, 智能温室控制系统结合西门子PLC上位机+下位机“人机交互”结构模式, 针对室内温度、湿度演变情况, 为农作物生长提供系统设定要求, 且大多情况下以现场手动控制、远程手动控制、自动控制为组建内容, 经由数据初始化—环境因子采集—数值比较分析实施流程, 围绕调节温室环境设计方案, 形成系统智能控制效应。
以玻璃连栋钢结构温室应用方案为例, 温室结构自动控制系统以顶层设置对光照的具体变化情况为主, 并结合天窗的辅助程序, 达到弥补光照度不足、空气流通、叶面灌溉等实际目的。结合智能温室系统功能要求, 该系统的上位机以PC+Kingview 6.55 (组态王) 控制为主, 通过动态监控观察情况, 综合分析整个温室的运行状况, 并与温度、湿度、光照度等因子相关联, 深入调整远程操作状态下的恒定参数, 实现上位机单独工作运行状态;此外, 该温室下位机系统主要以PLC控制器、传感机构为基本表征, 与-48MRPLC扩展模块共同联合, 通过扫描特殊功能模块演变信息, 比较温室内部的CO2、温湿度、水分源等情况, 完成遮阳网、天窗及其相关信号的总线传输工作。该种智能温室控制系统以计算机控制为主, 利用传感器测量、外围电路控制辅助工具, 自动运转温室环境的智能化控制机构, 便于监控温室环境因子变化情况, 且具有Zig Bee、Internet温室群体环境远程监控系统的监管性能 (参照温室内的温湿度要求:当湿度达到50-65%RH时, 土壤水分控制恒定为70-90%RH, 达到上限值完成温室补水操作) 。
2 结合多因素变量分析
在温室环境自动控制系统检测中, 多以日照、水分、温湿度、CO2等环境因素考虑对象, 立足于温室成本投入、控制效益、系统要求, 实现不同影响因素的内外联系。但由于农作生长对温室环境的具体要求并不明确, 结合传统PID控制技术所设定的参数要求, 对应遮阳系统、通风环境、温控系统、灌溉系统、补光系统等系统关系, 构建FIS (模糊推理系统) 方案, 为温室环境内部的温度、湿度转换提供参考研究对象, 可结合数学模型公式 (加热—通风模型) , 如下所示:
以温室环境控制系统的单片机控制方案为例, 该系统经过FELIXC-512系统的演变与转换, 由智能传感器、控制设备、前台机组等基本架构为设计要点, 通过A/D转换器—ARM控制器等工作流程, 以AVR单片机与RS-485总线通信为参考方向, 构成多输入、多输出的控制系统 (将PLC内部的8000步程序容量扩展至16000步) 。在温室系统控制环境下, 采用多因素变量模拟控制模型, 以4-20m A、-20+20m A的模拟量标准为模块可接受的恒定功率 (输出标准电流信号) , 联合PLC的FROM/TO应用指令, 相关采集系统具备远距离传输功效, 且长期稳定性能达到“湿度<1%RH/年”、“温度<0.1℃/年”标准, 辅助完成室内外环境因子的监测工作。
3 注重系统软件设计
立足于温室环境中的CO2浓度、温湿度、水分、光照情况, 不同农作物对温室环境的具体温度指标各不相同, 温室PLC控制系统的实际要求也会有所转变。在实践生产中, 智能温室系统软件设计主要以PLC编程情况为基本指标, 采用GX Developer Version 8.34编程软件, 辅助系统控制、数据处理、控制参数等配置结构, 结合WEB版本的B/S结构的便利特征, 拓展各个远程控制系统的实施监视功能, 以FX2N-4AD模拟量输入模块, 采集高性能网络节点, 便于控制具体温室参数。以RS-485通讯总线远程温室监控状态为例, 围绕风机、遮阳网、天窗、灌溉系统, 采用WEB版本组态王形态, 多以远程控制系统设计为参考对象, 选用合适的软件开放工具 (PLC可编程控制) , 提升自动控制系统的可靠性能 (采用4-20m A电流信号) , 具备输出信号线性较强、远距离传输快速等显著特征, 且设计成本不高, 便于辅助改造温室控制技术。
4 总结
综上所述, 智能温室控制系统作为农业生产的有利辅助条件, 具备经济效益高、设计成本低廉等特征。在温室环境研究中, 自动控制系统结合总体架构设计、多因素变量分析、系统软件设计等方面要点内容, 围绕温度、湿度、水分、CO2、光照等环境因子, 设计符合农作物生长的温室环境监控系统, 并在原有恒温基础上, 构建良性生长辅助恒温调节机制, 为农业生产提供技术支持。基于智能温室控制系统的实践应用, 可结合具体的环境而定, 适当应用PLC技术的便利性能, 以辅助农业生产所需的温室自动调节作用。
参考文献
[1]覃贵礼, 潘泽锴.基于PLC技术的智能温室控制系统研究与开发[J].河池学院学报, 2013 (02) :108-113.
[2]吴小伟, 史志中, 钟志堂, 武文娟, 张璐, 丁莉, 崔军.国内温室环境在线控制系统的研究进展[J].农机化研究, 2013 (04) :1-7+18.
温室控制器 篇5
概述
随着国民经济的迅速发展，现代农业得到了长足的进步，温室工程已成为高效农业的一个重要组成部分。计算机自动控制的智能温室自问世以来，已成为现代农业发展的重要手段和措施。温室大棚监测控制系统的功能在于以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效率，高产值和高效益的生产。托普物联网研制的温室大棚监测控制系统是用通用组态软件结合自动化设备在现代农业上的一个典型应用，该系统很好地完成了温室大棚环境监控的各项需求，为此类需求呈现了一个成熟的方案。
一、温室大棚监测控制系统简介
1、系统定义
智能温室监测系统就是根据无线网络获取的植物实时的生长环境信息，如通过各个类型的传感器可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。
该系统利用物联网技术，可实时远程获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，通过模型分析，远程或自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备，保证温室大棚内环境最适宜作物生长，为作物高产、优质、高效、生态、安全创造条件。同时，该系统还可以通过手机、PDA、计算机等信息终端向农户推送实时监测信息、预警信息、农技知识等，实现温室大棚集约化、网络化远程管理，充分发挥物联网技术在设施农业生产中的作用。本系统适用于各种类型的日光温室、连栋温室、智能温室。
2、系统组成
该系统包括：传感终端、通信终端、无线传感网、控制终端、监控中心和应用软件平台。（1）传感终端
温室大棚环境信息感知单元由无线采集终端和各种环境信息传感器组成。环境信息传感器监测空气温湿度、土壤水分温度、光照强度、二氧化碳浓度等多点环境参数，通过无线采集终端以GPRS方式将采集数据传输至监控中心，以指导生产。
（2）通信终端及传感网络建设
温室大棚无线传感通信网络主要由如下两部分组成：温室大棚内部感知节点间的自组织网络建设；温室大棚间及温室大棚与农场监控中心的通信网络建设。前者主要实现传感器数据的采集及传感器与执行控制器间的数据交互。温室大棚环境信息通过内部自组织网络在中继节点汇聚后，将通过温室大棚间及温室大棚与农场监控中心的通信网络实现监控中心对各温室大棚环境信息的监控。
（3）控制终端 温室大棚环境智能控制单元由测控模块、电磁阀、配电控制柜及安装附件组成，通过GPRS模块与管理监控中心连接。根据温室大棚内空气温湿度、土壤温度水分、光照强度及二氧化碳浓度等参数，对环境调节设备进行控制，包括内遮阳、外遮阳、风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备。
（4）视频监控系统
作为数据信息的有效补充，基于网络技术和视频信号传输技术，对温室大棚内部作物生长状况进行全天候视频监控。该系统由网络型视频服务器、高分辨率摄像头组成，网络型视频服务器主要用以提供视频信号的转换和传输，并实现远程的网络视频服务。在已有Internet上，只要能够上网就可以根据用户权限进行远程的图像访问、实现多点、在线、便捷的监测方式。
（5）监控中心
监控中心由服务器、多业务综合光端机、大屏幕显示系统、UPS及配套网络设备组成，是整个系统的核心。建设管理监控中心的目的是对整个示范园区进行信息化管理并进行成果展示。
（6）应用软件平台
通过应用软件平台可将土壤信息感知设备、空气环境监测感知设备、外部气象感知设备、视频信息感知设备等各种感知设备的基础数据进行统一存储、处理和挖掘，通过中央控制软件的智能决策，形成有效指令，通过声光电报警指导管理人员或者直接控制执行机构的方式调节设施内的小气候环境，为作物生长提供优良的生长环境。
二、功能叙述
温室环境包括非常广泛的内容，但通常所说的温室环境主要指空气与土壤的温湿度、光照、CO2浓度等。计算机通过各种传感器接收各类环境因素信息，通过逻辑运算和判断控制相应温室设备运作以调节温室环境。输出和打印设备可帮助种植者作全面细致的数据分析，保存历史数据。本系统主要具备以下几部分功能： 综合环境控制
采用计算机实现环境参数比较分析，四季连续工况调控系统。，比例调节环境温度、湿度与通风。CO2 发生装置按需比例调节环境CO2浓度，夏季室外屋顶喷淋，在保证室内光照强度的前提下，组合调节环境温度与通风，达到强制降低环境温度的效果。通过计算机对温室各电动执行器进行整体调节，自动调控到作物生长所需求的温、湿、光、水、气等条件，另外通过臭氧消毒净化器对温室进行消毒。肥水灌溉控制
采用计算机肥水灌溉运筹系统。根据作物区的需要，对水培区的营养液成分，PH和EC值进行 综合调控。对基培和土培区主要是根据作物生产需要，设定基质、土壤的水势值，自动调节滴灌、喷灌系统的灌溉时间和次数。紧急状态处理
采用计算机实测环境参数、状态极限值反馈报警保护系统。根据作物的各项参数设定温室环境的极限值和作物生长环境参数极限值报警保护系统，提高了整个系统安全性。信息处理
采用计算机集散控制信息管理系统。信息处理由中心控制计算机完成。主机通过局部数字通讯网络与现场控制机相连，实现远动双向控制及全系统集中数据处理。其功能包括运行实时参数执行器模拟状态显示，历史数据存储、检索，数据平均值报表、曲线显示与打印。
三、温室的环境参数指标
针对本系统所涉及的两栋温室，根据栽培的作物和所处的环境，具体参数如下： 1.葡萄温室
a、在冬季休眠期约90多天需保持温室内温度为5℃。休眠期以后白天需控制温室内温度为25-30℃，夜间需控制在15-18℃。
b、湿度需保持在50-75%不能超过95%。c、光照强度应保持在45000-55000勒克斯
d、二氧化碳浓度在上午日出后到10点左右保持在1000PPM左右。e、PH值保持在7-7.5。
f、EC值离子总浓度保持在1‰-2‰，随时进行调整。2.黄瓜、番茄温室：
a、在苗期需保持温室内温度在13-15℃，定植后白天上午应保持在25-28℃，下午应保持在20-25℃，夜间应保持在15-18℃。
b、湿度黄瓜在白天保持在70-75%，夜间保持在85-90%；番茄白天保持在65-75%，夜间保持在75-85%。c、光照强度番茄应保持在50000勒克斯左右，保证12个小时光照；黄瓜应保持在40000勒克斯左右，保证8-10小时光照。
d、二氧化碳浓度在上午日出后到10点左右保持在1000PPM左右。e、PH值保持在6.5-7.5。
f、EC值离子总浓度保持在1‰-2‰，随时进行调整。
黄瓜和番茄在冬季早春即11月中旬至下年2月上旬期间比较关键。
以上参数在监控软件中进行编写，环境参数超出设定范围时进行相应调节同时产生报警提醒值 班人员注意。
托盘物联网简介
托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！
托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。
托普物联网三大系统产品
我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制平台。）
托普物联网模块化智能集成系统
托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。
1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。
2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。
3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。
4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。
5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者RFID射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。
温室控制器 篇6
关键词：日光温室；自动化；应用；思考
中图分类号 S625 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）15-57-02
Application of Automatic Control Technology in Traditional Greenhouse
Wang Jianchun1 et al.
（1Agricultural Research Institute of the 13th Division，the Xinjiang Production and Construction Corps，Hami 839001，China）
Abstract：The paper introduced the automatic control system of traditional greenhouse in Agricultural Research Institute of the 13th Division，the Xinjiang Production and Construction Corps，which was designed by Zunyi Qunjian plastic products Co.，Ltd. Through reasonable design of software and hardware equipment，the system realized the real-time greenhouse environment parameter acquisition，automatic and manual control irrigation assignments and other functions. Problems of the automatic control system in production were summarized.
Key words：Greenhouse；Automation；Application；Thinking
20世纪70年代末开始，我国陆续从以色列、美国、日本、荷兰等国引进了许多先进的现代化温室。在吸收国外高科技温室自动监控技术基础上，我国科研人员对温室控制技术和设备进行了研究，取得了一定的成果。但是由于日光温室存在着单栋面积小、管理形式多样，而且总体投资能力较差等问题，适用于日光温室群集中的分散管理、操作简便、价格低廉的温室环境控制系统一直是农业科研人员努力的方向。兵团第十三师农业科学研究所和遵义群建塑胶制品有限公司联合开发出一套系统日光温室自动化监控系统并在生产上应用。
1 日光温室自动化监控系统总体思路
应用计算机技术开发自动化监控应用软件，在传统日光温室内安装各类感应探头，对日光温室内的土壤湿度、空气干湿度、空气温度相关数据采集，通过无线电信号远程传输数据，计算机数据处理，实现远程的阀门控制、水泵控制，泵站监控、阀门检测、无线模块管理、发送数据排序等功能。能对温度、光照、CO2浓度、营养液和施肥等进行综合自动控制，具体结构如图1。
2 系统软件组成
系统软件选用工控组态软件或VB软件它为用户提供了从数据采集到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出、曲线显示等解决实际工程问题的各种方案与实施工具，用户可避开复杂的计算机软硬件问题，只需根据工程作业的需要和特点，进行方案设计与组态配置，即可生成相应的应用。系统主要由上位机、无线通讯接口、控制器等部分组成，通过串行通讯接口及无线网格网络协议来实现上位机与多台控制设备之间信息传输，并完成对各种控制器的控制。本系统控制芯片，负责通讯调度及控制器各种功能的实现，完成无线控制器数据传输，实现控制系统的数据交流。其中无线模块通过串行通讯接口的数据发送到空中，在线的无线控制器都会接收到该数据。控制器进行数据匹配执行相应操作，进行数据处理、通讯、系统控制、实时显示及修改各种控制数据、曲线，记录每天的各种采集数据。
3 控制、操作系统
3.1 数据采集系统 数据采集系统主要有温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度、二氧化碳浓度监控器，各传感器可定时采集温室内的实时数据，也可随时探测温室室内的实时数据，定时记录数据，计算机软件可根据预先设定的预警值进行报警。
3.2 机械控制系统 机械控制系统包括卷帘机、放风减速单机、水泵控制器、电磁阀、换气扇控制电机，各电机的开启和运行都是通过无线电信号控制，计算机通过自检系统进行对各电机运行状况进行监控，
4 传统日光温室配套设备
传统日光温室的设计和建设时很多没有设计自动控制辅助设备，因此必须添加温室放风口减速电机、温室专用换气扇、卷帘机、温室滴灌系统、供水系统及相应设备配套电路和感应器。
5 讨论
（1）传统日光温室的建造结构不规范，在设计和安装自动化控制设备时需要按实际情况调整，各控制参数也要相应调整。
（2）传统日光温室自动化控制设备能够按预定指标进行工作，但是常常因为温室内作物不同和外界天气原因需要人工进行远程监控操作。
（3）传统日光温室多为分散农户经营，自动化控制的规模化效应不能充分体现，公司化规模较大经营日光温室应用效果更好。
参考文献
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温室控制器 篇7
温室内植物在生长过程中经过光合作用和蒸腾, 温度和相对湿度会发生变化, 影响植物健康生长。光合作用是植物将二氧化碳和水转换为有机物, 并释放出氧气的生化过程。蒸腾作用是指土壤中的水分经由植物表面, 以水蒸气状态散失到大气中的过程, 植物通过根系吸水、体内输水和叶面气孔开放等过程, 从土壤中代谢所需的营养和水分, 来营养它们的叶子和其它器官。相对湿度, 是指空气中的水分在凝结成液态之前, 每单位体积最大含水量与同温度下饱和空气中所含水蒸气的质量之比。
植物只能在一定的温度和相对湿度范围内才能够茁壮成长, 否则不能就健康生长, 甚至出现病态。植物对温度和相对湿度的变化非常敏感, 必须提供人工监测, 在大多数温室内种植多叶植物和蔬菜, 温度需要保持在18~22℃之间, 相对湿度保持在75%~82%之间, 才能保证植物健康生长。
在封闭的温室环境中, 相对湿度增加, 导致水份从土壤里的蒸腾变得很难控制。通常采用控制温室内的相对湿度的措施, 把温室中潮湿的热空气定期释放出去, 替换吸入温室外冷空气。此过程空气温度和相对湿度都会产生较大波动, 所以温室的管控需要消耗很多的能量, 费用支出也是比较昂贵的。
1 自动控制系统的组成
温室温湿度控制系统由空气循环系统、热交换系统和自动控制系统组成。技术关键就是控制温室温度和相对湿度, 通过定期将温湿的空气排放到温室外面, 并置换通过加热处理的室外冷空气, 当温湿的空气排出时, 温室温湿度控制系统引进适度加热的室外空气。该方法, 对控制温室内温度和相对湿度的波动具有显著功效。
热交换系统通过选择“通风”模式或“维护”模式进行操作。空气循环系统和热量交换系统包括2个阶段, 第一阶段热空气流出时使用制冷剂, 制冷系统产生的热量通过热交换机用于第二阶段加热温室外面进入温室的冷空气。通过大功率的散热器和排气风机系统中相对较长的空气管道, 排气热交换器选择性地驱动温暖潮湿的空气从温室内排出温室外, 或把外面的空气引入温室中。换热器包括可控制温室外面冷空气通过高效的散热器入口和较长的空气管道进入热换热系统, 自动控制系统控制整个系统的正常工作。
在通风操作模式下, 温室温湿度控制系统控制驱动温室内湿热空气通过排气散热器排到温室外面, 并驱动进气风扇系统将温室外面空气吸入温室, 通过散热器交替排放温室内气体和吸入空气。通风时, 散热器制冷液体吸收被排放的热空气热量, 通过通风散热器到进气散热器, 制冷系统传输这部分被提取的热量并用于进气散热器循环加热进气风扇系统吸入温室的冷空气。也就是说, 排气热交换器冷却通风空气温度的幅度可等于外部空气的温度, 进气散热器加热空气可达到温室所需的温度范围。
在维护操作模式下, 温室温湿度控制系统控制温室运行在植物健康生长所需的范围内。通过相对缓慢而稳定地将大量室外空气加热, 加热后的热空气进入温室。温室温湿度控制系统控制进气和排气风扇系统来引入外部空气进入温室并加热到所需的温室温度。外部空气进入的速度决定了温室内的气压, 保证温室内气压略大于大气压力。随之而来的就是温室内空气泄漏, 空气泄漏的速度等于空气流入温室的速度。制冷系统产生的热能同时被用于加热流入的温室外面空气。
进入维护模式时, 需要通过开关来控制通风的持续时间和频率。温室温湿度控制系统控制温室的温度和相对湿度。
温室温湿度控制系统包括2组换热器, 每组换热器包括散热器和驱使空气流动进行散热的风扇系统;第一组换热器为制冷剂循环系统, 制冷剂在2组换热器之间循环流动;加热器可加热制冷剂;控制器在通风模式下, 加热器加热制冷剂, 第一和第二风扇系统驱动从外面流入的空气, 通过散热器获得制冷剂的热量。维护模式使用第一风扇系统, 空气从内部流向温室外面, 通过散热器时, 制冷系统储存了散出的热量;通风系统使用第二个风扇系统, 驱动温室外面的空气流入温室, 并在通过进气散热器, 获取储存在制冷系统中的热量。当然也可以选择第三换热器控制温室内的热空气, 它包括散热器, 接收第二风扇系统通过加热制冷剂得到的空气, 再通过散热器加热, 然后流入温室里面。该装置的流量控制是可控制的。可选则在通风模式下, 控制器控制流体阀门, 连接第一制冷系统和第二制冷系统。
在维护模式下, 控制器控制第三热交换器, 极大地避免吸收温室内的热量。控制器能够控制温室内的热空气, 当内部空气温度下降到低于预定的最低温度时, 第三热交换器可加热温室内空气。控制器还可控制风扇系统, 第一换热器和第二换热器将大量的成正比的空气按照平均流量吸入温室内。可选流量在2500m3/h至3000m3/h。或3000m3/h至3500m3/h, 或等于约3000 m3/h。
在温室中如果相对湿度大于预定的最低相对湿度, 那么控制器将控制设备运行在通风模式下。控制器可以按固定时间切换通风模式和维护模式的间隔。在通风操作模式下, 重复频率可为1Hz/h。也可以使用控制器来操作, 控制2种模式的开始和结束时间。
2 控制系统工作原理
如图1所示, 为温室的温湿度控制系统, 操作该系统以保持温室内的温度和相对湿度, 工作原理如图所示。
图中:1.常规温室;2.窗户;3.排气风扇;4.左山墙;5.右山墙;6.温室温湿度控制系统;7.温度监测传感器;8、相对湿度监测传感器;9.温湿度控制器;10.内部换热器;11.制冷剂加热器;12.散热器;13.进口管道;14.出口管道;15.散热器风机;16.分流通风管;17.通风管;18.空气流出通风管箭头;19.图图2运行程序图;20.模块;21.模块;22.判断模块;23.模块;24.模块;25.判断模块;26.模块;27.模块;28.判断模块;29.温室相对湿度变化曲线;30.温室温度变化曲线;31.温室内空气的相对湿度函数曲线;32.温室内空气的温度函数曲线;33.温室外空气的相对湿度的函数曲线;34.温室外空气的温度的函数曲线。
如上图, 将图1和图2进行对比。针对传统的常规温室温湿度控制系统的组件和操作进行描述和详细说明。图3和图4针对传统的温湿度控制系统, 图1所示为温室环境中的相对湿度和空气温度。
图1所示, 排气风扇3安装在温室内相对的左山墙4和右山墙5上。温室1包括常规温室温湿度控制系统6, 控制温室的温度和相对湿度。温室温湿度控制系统6包括内部换热器10, 用于把温室内空气加热到所需的温度;然后通过温室1内空气通风管16输送到温室内不同的区域;还有温室内温度监测传感器7和温室内相对湿度监测传感器8, 分别用于温室内加热的空气的温度监测和相对湿度监测;控制器9, 控制这套温湿度控制系统, 包括窗户2和排气风扇3及温室内温度监测传感器7和温室内相对湿度监测传感器8。
内部热交换器10, 包括散热器12和制冷回流系统。制冷回流系统又包括制冷剂加热器11, 用于加热制冷剂;还有制冷剂泵使制冷剂进出散热器12。制冷回流系统通过进口和出口管道13和14, 分别连接到散热器12。内部换热器10通过两个散热器风机15, 可驱动空气通过散热器11。制冷剂流经散热器11后, 空气被加热到所需的温度。被加热的制冷剂通过进口管道13进入散热器12, 温室内的热空气通过散热器风机15, 热量被储存, 用于加热被冷却的制冷剂, 然后通过散热器12和出口管道14回到制冷回流系统, 然后再次回流进制冷剂加热器11, 再次被制冷剂加热器11加热。在图1中所示, 制冷剂加热器11位于温室1中接近内部换热器10。但在实际应用中, 制冷剂加热器11一般设在温室1外, 并且远离温室。制冷剂加热器11也可以设在温室1内的。
通过散热器12加热的空气被吹出内部换热器10, 再通过两侧的通风管17, 可选则地进入与之相连的分流通风管16。分流通风管16通常由塑料薄膜或纺织物制成, 可扩大热交换器产出的热空气的流量。分流的通风管16上有一些洞, 可以便于热空气的流出, 及时与温室空气混合, 尽快达到温室所需的空气温度和相对湿度。空气流出通风管箭头18表示空气流出通风管的状态。在图1中热空气流出内部换热器10, 直接流入通风管16。
温室温湿度控制系统6中的温湿度控制器9, 可选择定期替换从外面流入的空气并加热, 以控制温室中的温度和相对湿度。按照常规的方法, 图2所示的控制系统运行流程图, 控制系统流程19用于指工艺流程图和它所代表的组件。
参看温湿度控制系统6, 在流程图19中, 当有足够的阳光照射温室, 温室的空气温度高于所需值时, 程序即进入数据流图19中所示的模块20。温湿度控制器9关闭内部换热器10, 温湿度控制系统6不再给温室1中的空气加热。
在模块21, 温湿度控制器9根据需要获取从温度监测传感器7获得的温室1的空气温度测量值“T”。再由判断模块22的控制器确定是否测得的温度“T”小于预定的最低气温。最低气温取决于温室中的植物类型, 许多植物在最低气温等于20℃时, 最适宜生长。如果判断模块22的温湿度控制器3确定“T”小于最低气温, 一般这种情况可能发生在黄昏, 温湿度控制器进入模块23, 并打开温室1中的内部换热器10, 加热空气, 使温度高于最低气温。内部换热器通常通过散热器12 (图1) , 打开散热器风机15和启动制冷剂回流系统。此后, 温湿度控制器7可选则进入模块24。
如果判断模块22检测到温度小于最低气温, 即按照前面流程操作。但假设温湿度控制器9检测到温度大于或等于最低气温, 温湿度控制器即跳过模块23, 进入模块24。
进入模块24, 不论温湿度控制器9是否跳过了模块23, 控温湿度制器都会从相对湿度监测传感器8和判断模块25中获取温室1中空气的相对湿度值, 温湿度控制器会比较相对湿度值和温室所需最大相对湿度值的限度值。在判断模块25, 温湿度控制器可选则按照选择预先设定的时间间隔确认温室相对湿度。检测相对湿度值可来源于模块24采集的数据。经过这段时间, 加热从外面流入的空气, 如果大于最大相对湿度值, 就需要进入26模块通风置换空气。但如果判断模块25检测到相对湿度值小于最大相对湿度值, 温湿度控制器9即会选择跳过模块26, 并进入到模块27。
模块27的控制器获取温度测量值, 判断模块28确定温度是否小于预定的最低气温。如果温度大于预定的最低气温, 温湿度控制器返回到模块20, 并关闭内部换热器10。另一方面, 温湿度控制器9还会返回到模块24, 获得最新测量到的相对湿度值, 以确定新的相对湿度值是否大于最大相对湿度值。如果在判断模块25的温湿度控制器9, 确定相对湿度值大于最大相对湿度值, 为了阻止温室内的空气过于潮湿, 温湿度控制器9即会启动模块26, 给温室1换气, 以降低温室内的湿度。要完成更换, 温湿度控制器9通过打开窗户2, 并控制排气风扇3从温室1里面排出空气, 从外面打开的窗口2可通过通风直接置换空气。
模块27的温湿度控制器9获取温度测量值, 如果温度大于预定的最低气温, 控制器返回到模块20, 并关闭内部换热器10。经确认阻止判断模块28, 如果温度小于预定的最低气温, 内部控制器9回到23模块继续加热空气。一般来讲从外面吸入温室1的空气相对比较寒冷, 通常会大大低于最低气温。如果立即用外界空气替换温室内的空气, 温室里的空气温度会低于最低气温。一段空气置换之后, 判断模块28的内部控制器9一般多次返回到模块24, 循环于模块24和判断模块28块之间, 加热温室20的空气, 直至判断模块28检测到温室内的空气温度大于所需的最低温度。
图3和图4中曲线29和30分别表示温室1内部和外部的空气相对湿度和温度。温室温湿度控制系统6的操作参照运行程序19。在曲线29和30中, 温室内空气的相对湿度函数曲线31和温室内空气的温度函数曲线32用粗实线表示两天内温室内空气的相对湿度和温度的函数曲线。图表的横坐标以小时为单位, 显示时间。点温室外空气的相对湿度的函数曲线33和温室1外部空气的温度的函数曲线34显示在相同的两天内温室外空气的相对湿度和温度的函数, 平均每昼夜循环热交换器运作大约7h。
从图中可以看到, 在温室1中, 空气相对湿度和温度的周期性波动。重复将温室内部潮湿的热空气置换湿度相对较低的室外空气, 即会有节奏地产生相对较大的振幅。温度在14~21℃之间波动, 幅度大约在7℃左右。相对湿度在75%~95%之间波动, 幅度大约在20%左右。
3 系统特点
3.1 第1阶段
定期把温室内的空气排向温室外, 第2阶段, 将温室外面空气吸入温室内, 这时需要加热空气。第1阶段和第2阶段之间, 温室外面的空气进入到温室内时需要对空气进行加热;另外, 第1阶段的相对湿度要大于预定的相对湿度。
3.2 第1阶段和第2阶段
按固定时间间隔进行切换。
3.3 第1阶段结束时
及时启动第2个阶段, 保证经过加热的空气足量进入温室。
3.4 温室温湿度控制系统
第2个阶段进入温室的空气, 按进入空气比例控制进入温室平均流量的。
4 结论
4.1 该系统能够通过温室的管控将温室内潮湿的热空气排出温室外面
并交替置换通过加热处理的室外冷空气, 消耗能量少, 费用支出少。
4.2 该系统自动化程度高
能够有效的控制温室内的温湿度, 使植物生长处于最佳状态, 不需要人为去干涉就能满足温室生产需求, 提高产量。
摘要：温室环境控制系统由空气循环系统、热交换系统和自动控制系统组成。分为2个阶段:定期把温室内的空气排出温室外面;将温室外面空气吸入温室内, 交替置换通过加热处理的室外冷空气。另外, 第一阶段的空气相对湿度要大于预定的相对湿度, 以控制温室内部的温度和相对湿度的相对稳定。
关键词：环境控制,加热,温度,相对湿度
参考文献
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温室控制器 篇8
温室温度系统是一个非线性、大惯性、大时滞系统。针对这类系统,文献[2]提出了一种模糊PID控制算法,并将其成功运用到加热器温控系统中。但这种算法的模糊规则数目繁多,对于规则制定者的要求很高。基于此,并结合北方冬季温室的实际情况,笔者提出一种新的算法来对温室温度进行有效控制。
1温室温度物理模型的建立1
实际的温室系统是个复杂的系统,它里面包含温度、湿度、二氧化碳浓度及光照强度等诸多因子,这些因子都是影响农作物生长的因素。所以需要对其进行控制,使农作物保持一个良好的生长状态,但笔者仅就温度因子这一主要因子进行研究。简化的温室系统框图如图1所示。
为了便于物理模型的建立,作如下符合逻辑且影响不大的假设:
a. 假设温室外各覆盖材料的温度是均匀分布的。
b. 假设温室各覆盖材料不储存温度。
c. 假设温室各壁面对热辐射的吸收率为固定常数。
d. 假设所有参与热辐射的表面为“漫- 灰” 表面( 前者指各向同性的表面,即辐射、反辐射性质与方向无关; 后者指表面的辐射光谱与同温度黑体的辐射光谱相似,或表面的单色吸收率不随波长而变化,是一个常数) 。
除此之外,对于温室各侧墙的热传导[3],采用固定传热系数加以运算。通过参考文献[4]可得,通过拉普拉斯变换,温室的温度物理模型可简化为:
式中K、T ———常数系数;
Ti( s) ———温室内的平均温度;
Tg( s) ———温室内加热管道内蒸汽的平均温度;
τt———延迟时间。
从式( 1) 可以看出,温室温度控制对象的理想模型为一阶非线性、大惯性、大时滞系统。考虑到温室温度控制对象的这些特性,笔者提出一种基于变论域思想的Mamdani模糊控制器,来实现有效控制。
2 Mamdani模糊控制器
Mamdani模糊控制器[5]是一种典型的二维F控制器。它是在1973年,由英国的Mamdani教授在指导博士学生研究小型锅炉———蒸汽机系统时首次提出的。二维Mamdani控制器的基本组成原理如图2所示。
其中,μ 表示隶属函数库,R表示规则控制库,fd表示清晰化方法库。图中的ke和kec是量化因子,ku是比例因子。量化因子和比例因子分别负责对模糊控制器的输入和输出的清晰值信号进行比例变换,使其能够与相应的模糊论域对应上。 除此之外,调节这两个因子的大小还有改善模糊控制器[6]某些性能的作用,这是Mamdani控制器的特色所在。
北方冬季气温低,不适于花卉和农作物的生长,因此温室的作用主要是增加环境温度,并稳定在一个适合植物生长的范围内。所以笔者研究的执行机构是温室的加热装置,而控制量便是暖气阀的开启量u。
3变论域思想和模糊控制器的设计
模糊控制效果的好坏很大程度上取决于规则的制定,这就要求规则的制定者得有相当丰富的经验和相关的专业知识。而且,控制精度与规则数目有关,一般来说,规则数越多,控制精度越高。 变论域的思想,可以理解为在规则形式不变的情况下,论域随着偏差减小而收缩,从而产生的效果就是精度的提高( 变相地增加了规则数) 。
根据文献[7]和笔者实际研究的问题,选取变论域的收缩因子形如 α( x) = 1 - λexp( - kx2) 。 此处需要的收缩因子有3个,分别是偏差论域E收缩因子 α( x) 、偏差变化率论域EC收缩因子 β( y) 和控制量U论域收缩因子 γ( u) 。
在实际生产中,温室作物生长所需温度的物理论域为( 15,30) ℃,温度偏差变化率的物理论域为( - 8,8) ℃ /min。引入量化因子ke和kec,进行如下计算:
采用“按照靠近原则,取成整数”的方法,将物理论域映射到模糊论域[- 4,- 2,0,2,4]上。 此处E和EC均为[- 4,- 2,0,2,4],转换为模糊语言皆为“负大、负小、零、正小、正大”,可记为[NB,NS,Z,PS,PB]。设U为[0,1,2,3],分别对应加热量为零、正小、正中和正大,即[Z,PS,PM, PB]。笔者采用三角形隶属函数,得到隶属函数图如图3、4所示。
接下来,便是规则的制定。根据专家经验制定规则如下: 如果温度偏差为负大,那么U为正大,即为高加热量; 如果温度偏差为负小且温度偏差变化率为负,那么U为正大; 如果温度偏差为负小且温度偏差变化率为零或正小,那么U为正中; 如果温度偏差为负小且温度偏差变化率为正大,那么U为正小; 如果温度偏差为零,且温度偏差变化率为负数,则U为正小; 其他情况下,加热量皆为零。模糊规则表见表1。
从表1中可以看出,规则数不多,规则制定相对简单。这便是变论域的好处,通过较少规则,达到精确控制。因此可设计模糊控制器[8]: 首先,将温度的偏差e和温度偏差变化率ec作为输入,通过模糊化( D/F) 映射到模糊论域上; 再按照指定好的规则,进行相关运算,得到控制量的模糊集U; 最后通过清晰化( F / D) ,将实际控制量u发给执行机构,实现温度的控制。具体流程可参考图1内容。
模糊推理得到的结果是一个模糊集合,需要进行清晰化,从而把实际值给予执行机构进行控制。清晰化的方法有很多,笔者采用面积中心法( Centroid) 。
4 Matlab仿真与结果分析
笔者所研究的系统在Matlab的Simulink环境下进行仿真[9]。 取温室的数学模型为:,即取延迟时间为180s。阶跃信号值设定为25,仿真时间为5 000s,收缩因子表达式α(x)=1-λexp(-kx2)中,λ取值为0.99,k取值为0.5。其中变论域Mamdani控制器仿真Simulink连接图如图5所示。
按照上文论述设定参数和模糊规则,得到如图6所示的输出量曲面观测窗。
为了显示控制效果,再与常规PID控制进行比较。通过试凑法对PID参数[10]进行整定,得到一组较好效果的PID参数为: KP= 3. 4,KI= 0. 0035,KD= 0。仿真结果如图7所示。
从图7中可以看出变论域Mamdani控制器控制效果优于常规PID控制,其调节时间更短、超调量更小。之后,又对系统加白噪声处理,设置白噪声幅值为1,采样时间为1s,通过仿真发现笔者设计的控制器在抗干扰能力上明显优于常规PID控制器,这也体现了变论域Mamdani控制器的动态调节能力。
5结束语
笔者针对温室温度控制系统这样一个非线性、大时滞、大惯性系统,提出一种基于变论域思想的Mamdani控制器,通过论域的收缩,增加了控制的精度。仿真结果证明,笔者所提方法行之有效,并且具有良好的静态和动态性能。
摘要：温室温度系统是一个非线性、大时滞、大惯性的系统,很难建立精确的数学模型。针对这个问题设计了Mamdani控制器,并结合变论域的思想,实现了温室环境温度的有效控制。在Matlab中的Simulink环境下,对变论域Mamdani控制器的控制方法和常规PID控制进行仿真对比。仿真结果表明:运用变论域Mamdani控制器可以提高系统控制的精度和鲁棒性,实现对温室温度的精确控制。
关键词：温室温度系统,变论域,Mamdani控制器,模糊控制
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温室控制器 篇9
关键词：玻璃温室,可编程逻辑控制器,探究
近年来, 随着延安市农业现代化的发展, 棚栽业成了延安各县区农民致富的一大主导产业, 在各类栽培技术上有了很大的突破。但到目前为止, 绝大多数大棚、温室内环境主要仍靠人工经验来管理, 缺乏系统的先进科学技术。其栽培技术缺乏量化指标, 主要靠管理者的经验, 科技含量不足, 只能被动地实现保温、降温、遮阳和防雨, 而不能主动地调节温、光、水、肥、气等因素。这几乎成了限制延安棚栽业高产优质种植的主要障碍。可见, 温室控制技术的发展, 对于延安棚栽业和农业现代化进程具有深远意义。
1 玻璃育苗温室控制技术现状
温室生产以达到调节产期, 促进生长发育, 防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制, 该技术的最终目标是提高控制与作业精度。
由于延安农业现代化水平较低, 农业劳动力大量过剩, 温室的一次性投资大, 资金短缺以及对操作人员的素质要求比较高等因素, 限制了温室控制技术在温室系统的扩展。从温室控制技术的发展状况来看, 延安和全国一样, 也大致经历了手动控制;自动控制;智能化控制3个发展阶段。
温室控制技术沿着手动、自动、智能化控制的发展进程, 向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展。由此可见, 温室环境控制朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和温室信息自动采集及智能控制趋势发展。
2 可编程逻辑控制器运用总体方案的设计
根据作物生长所需要的环境模型制定环境设施输出方案是温室环境控制的关键技术。为避免控制方案过于复杂, 本设计选择最重要的环境因子如温室内空气温度、湿度、光照、CO2浓度作为基本的监测和控制项目, 针对日光温室自身特点, 制订的控制系统整体设计方案。
系统主要由3部分组成:由上位机、PLC、数据采集单元及执行机构组成。各传感器对温室内温度、湿度等参数实时检测, 经A/D转换器后送入单片机, 完成数据采集;采用PLC为核心控制器, PC机与组态软件作为监控模块, 两者通过串口进行通信来控制系统的执行部件, 实现了过程的智能化、人性化。其突出特点是:单片机价格低廉, PLC编程灵活, PC机存储空间大, 因此, 具有相当高的性价比。而且, PLC有各种组态模块功能, 通过先进的现场总线技术, 可实现多台PLC、多个温室的网络化分布式控制, 特别适合上、下位机结合的大型连栋温室集群控制。其上位机的功能有:介入互联网、PLC采集数据上传的管理、设定点的下载、控制算法的优化与生成等。其缺点是投资较大, 一般农业用户难以接受。
2.1 温度传感器系统设计
对传感器型号的选用应该首先考虑使用方便, 变换电路简单等特点。现存的传感器类型很多, 根据对传感器的应用分析, AD590是应用较普遍的一类传感器。温度传感器AD590是电流输出型温度传感器, 以电流输出量作为温度指示, 其电流温度灵敏度为1μA/K。它的输出电流精确地正比于绝对温度, 可以作为精确测温元件。AD590只需要一个电源 (+4V~+30V) , 即可实现温度到电流源的转换, 使用方便。AD590的校准精度可达±0.5℃, 当其在常温区范围内校正后, 测量精度可达±0.1℃。作为一种正比于温度的高阻电流源, 它克服了电压输出型温度传感器在长距离温度遥测和遥控应用中电压信号损失和噪声干扰问题, 不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰, 因此, 除适用于多点温度测量外, 特别适用于远距离温度测量和控制。因此, 选用温度AD590传感器与可达到设计要求。
要想克服简单电路的缺陷, 就要使得增益调整和补偿调整相互独立。设计了具有独立调节功能的测温电路。AD590的输出电流I= (273+T) u A (T为摄氏温度) , 因此测得电压U01= (273+T) u A×10kΩ= (273+T) ×10-2V。但由于AD590的增益有偏差, 电阻也有误差, 因此应对电路进行调整。调整的方法为:把AD590放于冰水混合物中, 调整电位器R1, 使U01=2.732V;或者在室温 (25 C) 的条件下通过调节电位器R2, 使电压U02=-2.73V, 调整电位器R3, 使U0=1.25V。这种调整的方法, 可以保证在0℃或25℃附近有较高精度。
2.2 湿度传感器系统设计
目前市场上出现了不少国内外湿度传感器产品, 电容式湿敏元件较为多见。电容式湿度传感器的动态范围大, 动态响应快, 几乎没有零漂, 结构简单, 适应性强。基于以上原因, 本设计选用电容式湿度传感器HS1101。
电容式湿度传感器HS1101, 它是基于独特工艺设计的电容元件, 固态聚合物结构, 精度高达±2%RH;极好的线性输出;1~99%RH湿度量程;-40~100℃的温度工作范围, 响应时间5s;湿度输出受温度影响极小, 防腐蚀性气体;常温使用无需温度补偿, 无需校准;电容与湿度变化0.34pf/%RH;典型值180pf@55%RH;长期稳定性及可靠性;年漂移量0.5%RH/年。电容式湿敏元件, 具有最突出的优点是长期稳定性极强, 通过严格的工艺制作, 制成的仪表和传感器产品可以达到较高的精度。
将HS1101接入555定时器组成的振荡器电路中, 输出一定频率的方波信号。这种方法具有结构简单, 使用方便, 因此被广泛使用。具体的测量电路如图1所示。
选用的是NE556芯片, 它内部含有两个NE555定时器。其中R1、R2、C1、C2和NE556构成多谐振荡器, 外接电阻R1、R2与湿敏电容C1构成了对电容C1的充电回路, 7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C1的放电回路, 并将引脚2、6端相连引入到片内比较器。该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下:首先电源UCC通过R1、R2向C2充电, 经t1充电时间后, UC2充至芯片内比较器的高触发电平, 约2/3UCC, 此时输出引脚3端由高电平突降为低电平, 然后通过R2放电, 经t2放电时间后, UC2下降到比较器的低触发电平, 约1/3UCC, 此时输出引脚3端又由低电平跃升为高电平。如此翻来覆去, 形成方波输出。
2.3 温室控制子系统组成 (如图2所示)
2.4 数据采集系统设计
数据采集是整个控制与管理系统的重要组成部分, 要达到对环境和设备进行控制, 必须要对环境和设备的状态进行监测, 经过分析决策, 然后实施控制行为。本模块采用AT89C51单片机作为控制核心, 通过各传感器对温室内温度、湿度、光照、CO2浓度等参数实时检测, 经A/D转换后送入单片机。数据采集处理电路如图3所示。
数据采集与转换由8位逐次逼近式A/D转换器ADC0809来完成。ADC0809内部具有锁存控制的8路模拟开关, 外接8路模拟输入端, 可同时对8路0~5 V的输入模拟电压信号分时进行采集转换。ADC0809与AT89C51单片机的接口如图2所示, ADC0809的8位数据输出引脚直接与数据总线相连, 地址译码引脚A、B、C分别与74LS373的Q0、Q1、Q2相连, 以选通INO~IN7中的一个通道, INO~IN7的通道地址为EFF8H-EFFFH。AT89 C51的P2.0作为片选信号, 在启动A/D转换时, 由单片机的写信号WR和P2.0控制ADC的地址锁存和转换启动。由于ALE与START连在一起, 因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换, 在读取转换结果时, 用单片机的读信号RD和P2.0接或非门产生的正脉冲作为OE信号, 用以打开三态输出锁存器。
2.5 模糊控制器结构
从控制系统的任务来看, 控制系统至少由4个子系统组成, 分别是光照、温度、湿度以及二氧化碳浓度控制。选取室内温度和湿度作为主要被控制量, 以加热器、风扇、喷淋、天窗和侧窗等执行机构作为控制手段。系统输入变量为温度误差、湿度误差, 输出变量为调节温度和湿度的控制量, 控制设备为:加热阀、风机、喷淋阀、天/侧窗。因此, 本系统采用两输入-四输出结构的模糊控制器, 将温湿度误差e1、e2作为控制器输入, 控制器的输出变量分别用y1、y2、y3、y4表示。如图4所示。
3 结论
本系统是在对现代温室控制的现状以及温室控制系统存在的问题两个方面进行充分调研的基础上, 研究并推行适合温室控制的智能温室控制系统。归纳起来, 得到以下结论:
1) 根据温室传感器系统需求, 基于模拟电子技术和传感器系统设计理论, 设计的温度传感器系统具有高精度、低成本的特点;
2) 采用单片机+PLC+PC机组成的温室综合控制系统, 用单片机实现数据采集功能, 可降低成本、节约空间, PLC编程灵活, PC机存储空间大, 因此, 具有相当高的性价比;
3) 提出模糊智能控制方案, 采用两输入-四输出结构的模糊控制器, 符合温室环境是一个非线性、分布参数、时变、大时延、多变量藕合的复杂对象的实际;
4) 采用先进的MCGS组态软件, 可自动检测并记忆全年任意时间的环境温度地温及湿度值, 还可根据需要, 预先设定自动记录各种数据的时间周期;采用可视化编程, 提高了编程效益。
参考文献
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温室控制器 篇10
随着科技的发达, 以及人民生活水平的提高, 我国的温室大棚产业得到迅猛的发展, 温室是蔬菜等植物在栽培生产中必不可少的设施之一, 不同种类的蔬菜对湿度等生长所需条件的要求也不尽相同, 为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、良好的生存环境, 从而可以通过提早或延迟花期, 最终将会给我们带来巨大的经济效益, 本设计就在此基础上, 设计一种基于89C51单片机控制的湿度控制系统。
1 硬件平台
本系统通过单片机AT89C51及其各种接口电路来实现湿度的检测。其工作原理是:电容式相对湿度传感器的容值随着湿度的变化而线性的变化, 通过信号检测和转换电路将变化的电容转换成与之对应的变化的电压, 再由A/D转换器把模拟电压信号转换为数字信号并送入到单片机中, 单片机对采集到的信号进行滤波处理并通过查表得到实际测量的湿度值, 之后通过单片机的各外部接口电路显示该湿度值, 或通过其与上位机的接口把此值送入到上位机进行保存及打印等操作。
由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低, 特别是在远程传输时, 避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时, 要求通讯双方都采用一个标准接口, 使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C接口 (又称EIARS-232-C) 是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会 (EIA) 联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备 (DTE) 和数据通讯设备 (DCE) 之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器, 对连接器的每个引脚的信号内容加以规定, 还对各种信号的电平加以规定。
图1是系统结构原理图, 其中下位机以单片机AT89C51为核心, 配以湿度检测和传送电路、A/D转换电路、存储器电路、时钟电路、看门狗复位电路、串行通信电路、键盘和LED显示电路及电源电路等组成。
2 软件设计
湿度检测系统是一个智能化的系统, 它的软件所完成的功能主要包括:
(1) 采样:单片机AT89C51能够控制TLC1549正常工作采样的采样程序。
(2) 显示:单片机AT89C51把采样来的数据
经过滤波、二—十进制转换并以十进制4位精度显示的程序。
通信:单片机AT89C51能够把显示的数据通过串行通信口传送到管理级的上位IBM-PC机, 然后上位机把接收的数据进行处理。
主程序流程图如图2。
测试就是在系统投入运行前, 对软件的需求分析, 设计规格说明和编码的最终复审, 是保证系统质量的关键步骤。如果要给测试下定义, 可以这样将, 系统测试是为了发现错误而执行程序的过程。测试的目的在于将功能与需求不一致的地方, 不符合逻辑思维的情况都反映给质量测试部门, 由质量测试部门调配需求部门统一, 再由开发人员进行修改和补充。测试的目标是以最少的时间和人力找出系统中潜在的各种错误和缺陷。本次测试严格按照设计中的流程进行, 通过此次测试, 能更好的了解本次设计的流程框架和测试设计原理, 并能够解决测试中出现的各种问题, 更好地去解决。通过湿度的改变进行相应的调整。
3 结论
本系统采用了高精度的电容式相对湿度传感器, 在系统运行稳定时, 湿度测量范围为0~100%RH。系统还充分利用了AT89C51单片机自身的软硬件资源, 具有智能化、可编程、小型便携等优点, 因此只要选用不同的湿度传感器, 并修改相应的软件控制程序, 本检测系统就可应用在环境保护、工业控制、农业生产以及军事等方面, 可见其具有非常广泛的应用前景。
摘要：采用了精密的检测电路, 能够自准确检测环境空气的相对湿度, 并将检测数据通过A/D转换后, 送到处理器 (AT89C51) 中, 然后通过软件的编程, 将当前环境的相对湿度值转换为十进制数字后, 再通过数码管来显示;而且, 通过软件编程, 再加上相应的控制电路, 设计出可以自动的调节当前环境的相对湿度。
关键词：单片机,湿度,AT89C51,温室大棚
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温室控制器 篇11
【摘 要】随着农业现代化进程的推进，绿色、环保、节能的农业生产模式越来越受到推崇，将太阳能光伏技术应用于温室大棚的控制系统不仅解决了温室大棚部分能源问题，同时又契合节能环保的现代农业生产理念。本文结合太阳能光伏技术特点，立足农业生产实践，阐述了在温室大棚控制系统中应用光伏技术的设计思路和方案，有利于进一步推进高效环保清洁的现代农业发展进程。
【关键词】温室大棚；太阳能光伏技术；节能环保
0.引言
我国的光伏产业目前仍处在初级阶段，但近年来太阳能产业发展非常迅猛，特别是太阳能电池产品已成功进入欧洲市场。太阳能光伏技术也越来越多的应用于各个行业，大到工业，农业，国防，通信等领域，小至家居生活，光伏技术无处不在。而农业生产中光伏技术的应用还相对较少，传统农业温室大棚的能源方式：一是供暖炉，二是电网电能。这已远远不能满足现代农业生产高效，环保节能的理念，因此将太阳能光伏技术引入温室大棚控制系统是发展现代农业推动农业科技创新的必由之路。
1.太阳能光伏技术
目前太阳能发电主要有两种形式：一种是光热转换发电，二是光伏发电（Photovoltaic Generation，PV）。太阳能光伏发电是通过太阳能电池的福特效应直接将光能转化为电能过程。优点是不需燃料，无污染，节能、安全、无噪音、容易获取。近年来，在太阳能有效利用中太阳能光伏发电式发展最快最具活力的一种。
1.1太阳能光伏系统的应用领域及特点
太阳能是一种环保清洁的能源，我国的太阳能资源非常丰富，多数地区平均日照射量在4kwh/m2以上，西藏地区可达7kwh/m2。我国的光伏技术应用还处于初级阶段，太阳能主要应用于太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电，太阳能卫星电池，太阳能路灯等。
太阳能光伏系统的特点：
优点：
（1）普遍性：是指太阳能在地球上随处都有，没有地域限制且不用开采运输。
（2）环保性：是指太阳能无毒，无害，清洁、绿色、环保，对于环境污染日趋严重的中国，是一种宝贵的资源。
（3）充裕性：太阳能每年到达地球的辐射量非常的充裕，相当于130亿万吨煤所产生的能量。
（4）长久性：科学家根据目前太阳产生的核能速率估算，太阳能的储量足够维持上百十亿年，地球的寿命也达几十亿年，对于地球人来讲太阳能的时间是长久的，无限期的。
（5）前瞻性：对于愈来愈枯竭的地球能源，太阳能无疑是最具开发潜力的绿色环保能源之一，从能源开发的意义上来讲太阳能的开发更具有可持续性和前瞻性。
缺点：
（1）分布零散：太阳能在地球表面每年的辐射量很大，但分布广，密度小，所以利用率低。
（2）稳定性差：太阳能的强弱容易受天气因素及昼夜交替的影响，所以稳定性较差。
（3）转换效率低，应用成本高：受材料和技术水平限制，多数太阳能产品转换率低，从而增加了其应用的成本，经济性一直是困扰太阳能普及的重要因素。
1.2太阳能光伏系统性能与组成
每个太阳能基片都是一个光电二极管，光伏发电是利用半导体材料的光伏效应，将太阳能转化为电能的一种形式。而第一个使用的单晶硅光伏电池（Solar Cell），是美国人在1956年研制成功的，从此就有了光伏发电技术。
太阳能光伏发电系统分为独立（离网）太阳能光伏发电系统和并网太阳能发电系统。独立太阳能发电系统是由光伏电池板，控制器和电能存储部件及逆变器组成的发电与电能变换系统。而并网太阳能发电系统，除了上述组件外还必须有并网逆变器与国家电网并网。
（1）独立太阳能发电系统的系统如下图1示：
（2）太阳能并网发电系统如图2所示：
图2 并网太阳能发电系统结构框图
其中光伏电池板第一代产品是由硅片为基础的光电转换系统，为了提高太阳能电池光转换效率，降低光伏电池生产成本，相继出现了基于薄膜技术的第二代光伏电池产品，这种产品使用很薄的光电材料附着在非硅材料的衬底上，降低了生产成本，适合于批量生产；进而第三代太阳能电池产品也将问世，它是以先进薄膜制造技术为基础的理论极限光电转化效率可达93%。主要有量子点、多层多结、染料敏化的太阳能电池、有机聚合物电池、纳米电池等。
电能储存部件主要是指太阳能蓄电池，太阳能蓄电池一般采用铅酸电池，常用的有DC12V，DC24V，DC48V三种，在微型系统中也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。蓄电池的主要作用是在有光照时将光能由太阳能电池板转换成电能储存起来，以备使用。
太阳能控制器主要对太阳能基板输出的电能进行调节和控制，把调整后电能分为两个途径输送，一方面直接送往直流负载或交流负载，另一方面将剩余能量送往蓄电池组储存，当太阳能基板发出的电能不能满足负载需要时，太阳能控制器便将蓄电池中储存的电能量送往负载。
太阳能光伏逆变器是光伏发电系统的核心设备之一，也称为DC-AC逆变器。在太阳能光伏发电系统中，可将太阳能通过太阳电池转化为DC12V、DC24V、DC48V的直流电能，通过光伏逆变器中的功率变换及控制系统转化为符合电网电能质量要求的110V或220V交流电。太阳能逆变器可分为DC-AC和DC-DC两种，可将太阳电池性能最大限度地发挥，并为系统提供强有力的保护功能。太阳能并网逆变器是光伏发电系统与国家电网并网的核心部件。
2.太阳能光伏系统在温室大棚控制系统的设计方案
2.1太阳能光伏技术在温室大棚控制系统中应用设计的背景和可行性
日本、美国、荷兰、以色列等国外农业设施栽培综合环境控制技术较先进的几个国家， 由于其地理位置、自然环境和经济基础不同， 其发展的侧重点也不同。
目前我国农业正处于从传统型农业向优质、高效、高产为目的的现代化农业转化的新阶段。要发展具有我国特色的温室自动控制系统，充分发挥温室农业的高效性，必须综合应用各种现代化控制和管理技术，通过各项设施的有效运作给温室栽培物创造最适宜的环境条件，最大限度的减少外界不利环境和气候条件对农业生产的影响， 获得作物最佳生长条件， 从而达到增加作物产量、改善品质、延长生长季节的目的。而面对现代社会能源日益枯竭的现实状况，开发利用新型能源已成为农业生产可持续发展的基本保障方式之一。
本设计针对中国北方天气干旱、日照时间充足的特点，将太阳能光伏技术引入农业温室大棚系统设计中，不仅可以解决系统的部分能源问题，而且可以提高现代农业生产的绿色、高效、节能环保进程。目前我国有些省份已经在一些地方率先使用太阳能并网发电系统，如无锡机场800kW屋顶光伏并网系统工程，镇江、丹江两个城市的2个4KW光伏并网系统等。从系统的可行性方面来讲，首先，中国是个农业大国，这种新型能源的在现代农业生产中的推广使用，将会为国家节省大量的资源；其次，中国的光伏技术近年来发展迅猛，光伏技术日趋成熟；第三，光伏技术在农业温室控制系统的应用，将能有效推动高效环保现代农业生产。第四，温室大棚多建在光照充足的区域，屋顶平坦，便于安装且空间充裕。
2.2光伏技术在温室大棚控制系统中的设计方案
2.2.1系统总体设计思路
本系统设计是基于PLC控制的农业温室大棚控制系统，通过PLC对温室中作物生长的环境因子光照、湿度、温度、CO2浓度等进行调节和影响，从而达到不同农作物生长所要求的环境条件。系统的输入控制因素主要是传感器所测试的光照、湿度、温度及CO2浓度，通过系统运算驱动执行机构动作（喷淋系统、遮阳网、补温系统控制、CO2补气控制、补光灯控制及通风系统控制等）来达到控制的目的。温室系统控制结构如图3所示：
2.2.2 温室能源系统创新设计
传统的温室设计系统，所有的电能均由系统电网供给。本设计将传统单一的电网能源供给，变为太能阳能光伏并网发电的形式，当阳光充足时，系统的电能有光伏发电系统供给，当夜晚、阴天光照不充足时，电网中的电能通过并网逆变器和控制器自动补给系统。系统设计拟用太阳能电池板、太阳能控制器和并网逆变器组成并网太阳能发电系统。并网逆变器同时兼有控制器和系统保护的功能。因为并网太阳能发电系统中蓄电池几乎不用，所以系统没有选用蓄电池。设计思路结构图如图4所示：
图4 温室光伏发电系统与控制系统结构图
光照充足时光伏发电系统产生的电能充足，逆变器自动给温室控制系统PLC及上位机、温室系统的传感系统（温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器、光照度传感器等）、温室系统执行机构（遮阳帘、天窗、风扇、补光系统等）提供电能，因为系统是按照所有执行机构同时工作时的最大功率设计的，在同一时刻不是所有机构都同时工作，此时多余的电能由并网逆变器送给输电网；当光照不充足时，并网逆变器自动转换，系统将从电网中使用电能，此时转为电网供电状态。
3.结论
经过对北京农业科技学院的农业科技园和西北农林科技大学新天地设施农业开发有新公司的农业科技园的参观考察，获悉这些大棚系统设计均采用现代化先进的控制技术，设计理念新，工艺成熟，能源多采用输电网供给模式，设计中均未将光伏技术引入农业大棚生产中，其中最大的原因是成本太高。近年来，我国太阳能电池生产日趋成熟，二代、三代产品的相继问世，是太阳能电池的生产成本大大降低，但控制器和逆变器的生产技术尚不成熟，要实现高效的转换率，控制器和逆变器仍主要依靠进口。经过对国内外温室控制系统研究分析，结合现代农业高效清洁的理念，本设计有利于推动我国农业生产对清洁、环保能源的开发和利用，符合绿色、高效农业的先进生产理念。光伏太阳能技术以其永久性、清洁性和普遍性，必将成为我国现代农业生产的必由之路。
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温室花卉生产成本分析与控制 篇12
1 温室花卉生产成本的构成
温室花卉生产的成本主要由种苗、能耗、人工、资材及其他费用。
1.1 种苗
种苗是产品的首要基础和先决条件, 也是花卉企业最基本的生产资料。种苗的成本是固定和必需的, 优质种苗的标准是苗相整齐, 品质优良, 根系发达, 茎叶健壮, 成苗率高, 方便运输, 移栽后几乎没有缓苗期, 利于程序化、机械化、规模化生产和长距离运输, 是生产出高质量成花产品的保障。
1.2 能耗
纵观经济发达国家和地区, 在花卉生产中, 温室设施无不是靠消耗燃料能源来维持温室室温的。温室运行能耗构成温室运行的主要成本。引进的现代化温室每年的运行费用为45~60万元/hm2, 其中燃料费占60%, 配有强制降温系统的温室水电消耗费用每年为15万元/hm2[1]。在我国南方地区, 冬季气温比全球同纬度地区低8℃左右, 夏季偏高1.5~2.0℃, 因此我国南方温室的能源消耗比欧美、日本等国高出50%~75%。同时我国南方地区夏季雨热同季, 温室内空气湿度大, 用于蒸发降温的能耗也相应增加。因此, 能耗是花卉生产中最大的成本支出。影响能耗大小的因素主要有:
1.2.1生产地气候条件。
根据温室作物生产特点, 可以将一年划分为适宜温室作物生产时期, 温室需要加热时期和温室需要降温时期。日平均气温在10~22℃时,
温室不需能耗即可为作物提供适宜的温度环境, 此时期为适宜温室作物生产时期;日平均温度低于10℃时, 温室需要采取保温或加热措施 (加热能耗) 才能为作物提供适宜的温度环境, 此时期为温室需要加热时期;日平均气温高于22℃时, 温室需要采取降温措施 (强制通风降温能耗) 才能为作物提供适宜的温度环境, 此时期为温室需要降温时期。温室花卉生产地的气候特点决定上述3个时期的长短, 最终影响温室花卉生产的能耗成本。
1.2.2 花卉种类品种。
不同的种类及品种在各生长阶段要求的温度不同, 能耗会有较大的差别。根据我国的消费习惯, 蝴蝶兰、红掌、凤梨等成品花的销售高峰集中在春节前夕, 因此都需要反季节催花处理。
1.2.3 生长期。
生长期的长短直接决定能耗的高低。花卉的生长期主要受日平均温度、光照度和光周期的影响。在光照水平和日照时间一定的情况下, 花卉的生长在一定范围内会随着温度的升高而加快。因此, 降低花卉生长期的温度会直接导致生长期延长, 这就需要在能耗费用和花卉生长期之间进行利弊方面的权衡。
1.2.4温室结构。
温室能耗不仅取决于温室外的气候条件, 而且与温室结构和覆盖材料等密切相关。温室供热系统的能耗主要在围护结构传热耗热量上, 减少围护结构传热耗热量对温室供热系统的节能具有重要作用。晚间, 在温室内设置保温幕 (白天时卷缩在一起不影响光照, 晚间展开) 对减少温室的热损失具有较明显的作用。
1.3 人工
花卉生产是一个劳动密集型的产业, 技术要求也比较高, 人工成本在温室花卉生产中占有很大的比例, 而且每年都有上涨趋势。现在花卉生产企业招聘工人大部分要解决他们的食宿问题, 而且工资也逐年攀升。2年前, 一个普通工人的月工资为800~1000元, 而现在加上三险一金, 工人每月工资涨至3000元左右, 经过培训、技能熟练的工人工资会更高。而且即便是生产商高薪招聘, 很多地区在农忙时节仍然会闹用工荒。
1.4 资材
主要为基质、花盆、农药、肥料等组成。近年来, 花卉生产资材价格逐年上升, 比如生产蝴蝶兰必需的水苔, 近2年上涨了近50%, 营养钵、铁丝、夹子等生产必需品的价格也较去年上涨了30%。
1.5 其他费用
主要指温室折旧费用、维修费用、管理费用等。温室的折旧费用占温室运行成本的15%左右, 维修费用为温室兴建成本的12%左右。
2 温室花卉生产成本控制方法
2.1 最适的生长周期
是指为植物生长提供合适的生长条件, 使植物生长最为迅速, 减少温室占用时间及各种费用的生长周期。冬季在较温暖温室中种植, 植物生长迅速, 生长量大, 可以缩短生长期, 但加温能耗费用大, 相对低温种植可以节省能耗费用, 但导致植物生长缓慢, 且低温温室中的湿度通常高于较温暖温室, 容易诱发病害。冬季的温室占用费、人工费、水电费及在此期间植物感病所造成的损失等, 必须经过计算比较选择最优异的方式。在实际生产中, 可以充分利用地域资源, 走专业化合作道路, 缩短生长期, 降低能耗。比如蝴蝶兰目前国内市场上大体可分为幼苗 (瓶苗) 、小苗 (瓶苗移出) 、中苗 (6.5㎝软盆) 、大苗 (9㎝软盆) 和成花催花苗等5个规格, 不同规格苗的温室养护生长周期有很大的不同, 小苗到成花需要20个月, 而大苗的养护期可大大缩短。南方地区如海南、广州等由于拥有地域资源优势, 其冬季加温能耗相对较低, 5月份从这些地方引进大苗, 春节前销售, 这样生长期可以控制在8个月, 甚至可以考虑10月份购进抽梗苗, 仅进行开花前的生长管理, 生长期可缩短到3~4个月, 避开了夏季降温阶段, 可以大大节省能耗和人工费用。这对红掌和观赏凤梨等温室花卉同样适用。
2.2 采用先进生产技术
技术是第一生产力, 通过提高技术水平, 有效地控制生产成本。据文献报道, 蝴蝶兰生产栽培中采用生长延缓剂、催花营养液、催花前温度控制、激素处理技术, 最佳催花施肥配方N9:P45:K15, 可以提早开花10~15天;GA3或GA3+6-BA处理提早开花6~10天;催花前高温度 (26~28℃/20~21℃ (昼/夜) ) 养护45天, 开花提前10天。这些新技术的应用, 不仅可以大大节省生产成本, 而且可以增加花朵数量, 提高品质, 延长花期。
2.3 做好温室保温和降温措施, 降低能耗
保温越好, 加温越容易, 因此做好温室的保温措施, 能极大提升加温效果, 降低加温费用。建议温室内要配备内保温膜系统。根据对本温室的调查, 冬季如果是晴天日照充足的情况下, 温室内部温度中午可达25℃以上, 不增加任何加热的前提下能达到25℃。阴天时, 可以打开内保温膜系统, 防止温室内温度外溢, 使温室内保持一定温度。
我国气候的特点决定了温室花卉生产中夏季的降温是一项必不可少的设施。目前, 国内外许多专家对这一方面已经研究很多, 主要有通风降温、遮阳网系统、喷雾降温系统、湿帘风机降温等, 其中湿帘风机降温效果最好, 但成本也最高, 并且影响到温室内的湿度。因此, 在东南沿海温室夏季生产中, 可根据实际情况配合使用并作适当改进, 可达到较好的效果, 也可以减少成本。比如所需降温要求不是很高时 (早上和傍晚, 或温度不是太高时) , 可采用通风降温和遮阳网。遮阳网最好用银色的, 具有较高的反射率, 黑色的吸收热量较多, 效果不如银色的。
2.4 加强管理
“向管理要效益”是经营中最基本的准则。加强管理、减少浪费, 严格地控制生产成本。在栽培管理中要做好生产资料用多少就发放多少, 不能想领多少就领多少, 那样就失去了成本控制的意义。在实际工作中, 不乏有的职工不算成本账, 只管领, 用不完造成浪费。
计划生产阶段是成本控制的重中之重。计划生产阶段即在生产前对生产资料的准备, 对种植品种的选择, 对生产周期的计算, 对销售情况的判断等计划阶段。它决定了生产成本的发生, 发展全过程。生产是以销售为目的, 生产中要根据自己的特点合理布局品种。从生产角度看, 每个温室最好种植单一品种, 这样有利于环境的控制, 降低能耗。从销售角度看, 我国花卉消费时间很集中, 基本在春节前15~20天, 销售时间短, 劳动强度大, 运力要求高, 因此各个品种合理搭配。从温室利用看, 春节前温室应基本是可以销售的成品花, 这样温室利用的效率较高。所以在这一阶段要广泛地调查考察, 听取各方意见, 了解品种的种植习性, 再结合自身的实际条件, 制定出最适的计划生产书后方可生产, 以达到控制成本的最终目的。
在生产环节上, 通过选用优质种苗和优良品种, 缩短盆花生长周期, 提高单位面积出货率。同时, 把盆花品质放在首位, 高品质卖高价, 用收益化减成本增加的压力。另外, 提高员工工作效率也是节省成本的良方。很多企业招聘的员工大多为当地民工, 他们对技术的掌握不够到位, 加强对员工培训能让生产商节省开支。例如20万株种苗需要上盆, 一个经过培训、掌握熟练技术的员工和普通员工在效率上会有明显区别, 4个熟练工人能干8个普通员工的活。对于企业来说, 虽然前期培训花费了精力和费用, 但后期工作效率会有大幅提高。
3 结语
目前温室花卉生产存在能耗和人工成本大幅上升等问题, 导致生产企业的利润空间不断缩减, 甚至亏损。生产企业只能从生产环节着手, 寻找降低生产成本的良方。确定最合适的产品生长周期, 采用先进的栽培技术, 开发低耗能措施以及加强全面管理, 是降低温室花卉生产成本的最有效途径。
摘要：以台州科技职业学院智能温室生产蝴蝶兰、红掌、观赏凤梨等高档盆花为例, 分析温室花卉生产各项成本构成, 探索更加适用于温室花卉生产的成本控制方法, 以达到节能增效的最终目的。
关键词：温室花卉,生产成本,控制
参考文献
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