農業(yè)溫室大棚監控系統的整體設計方案（包括軟硬件實(shí)現）

一、項目概述

1.1 引言

近年來(lái)，溫室大棚種植為提高人們的生活水平帶來(lái)極大的便利，得到了迅速的推廣和應用。種植環(huán)境中的溫度、濕度、水位等環(huán)境因子對作物的生產(chǎn)有很大的影響。傳統的人工控制方式難以達到科學(xué)合理種植的要求，存在大量的資源浪費，違背了環(huán)境保護的主題。目前國內可以實(shí)現上述環(huán)境因子自動(dòng)監控的系統還不多見(jiàn)，而引進(jìn)國外具有多功能的大型連棟溫室控制系統價(jià)格昂貴，不適合國情。

針對目前大棚發(fā)展的趨勢，提出了一種農業(yè)溫室大棚監控系統的設計。本項目通過(guò)溫度傳感器DS18B20，濕度傳感器DHT11和水壓傳感器D3B來(lái)采集大棚內溫度、濕度和水位等信息情況，并用無(wú)線(xiàn)透傳模塊LSDRF4717M04發(fā)送到溫室大棚主控制臺，主控制臺通過(guò)液晶N5110顯示大棚內溫度，濕度和水位情況，農戶(hù)可以通過(guò)按鍵，自己設定植物生長(cháng)的最適溫度，濕度及水位范圍，一旦發(fā)現溫度、濕度及水位超出設定的范圍，則通過(guò)GPRS模塊將大棚內溫度、濕度和水位等信息發(fā)送到農戶(hù)手機中。農戶(hù)根據經(jīng)驗，在很遠的地方回復短信給溫室大棚主控制臺，主控制臺根據農戶(hù)的命令來(lái)執行相應的措施。另外，我們基于TCP/IP和WEB的嵌入式以太網(wǎng)控制器，實(shí)現網(wǎng)頁(yè)監測、控制。

1.2 項目背景/選題動(dòng)機

溫室產(chǎn)業(yè)及相關(guān)技術(shù)在國內外的發(fā)展速度很快。如在荷蘭的阿姆斯特丹 RAI展覽館每年11月舉辦一次國際花卉展覽會(huì )，2003 年就有來(lái)自世界各國的 477 個(gè)廠(chǎng)商展示了各自的產(chǎn)品和實(shí)力。荷蘭、日本、以色列、美國、韓國、西班牙、意大利、法國、加拿大等國是設施農業(yè)十分發(fā)達的國家，溫室以大型溫室為主。這些高水平大型溫室的環(huán)境控制系統能夠根據傳感器采集室溫、葉濕、地濕、室內濕度、土壤含水量、溶液濃度、水位、風(fēng)速、風(fēng)向、以及植物作物生長(cháng)狀態(tài)等有關(guān)參數，結合作物生長(cháng)所需最佳條件，有效調節有關(guān)設備裝置，將室內溫、濕、光、水、肥、氣等諸因素綜合協(xié)調調節到最佳狀態(tài)。

國內外溫室大棚的對比

1.科技含量低，中國的設施園藝無(wú)論是在溫室設施本身還是在栽培管理方面，大多數設施結構簡(jiǎn)單，栽培管理以傳統的經(jīng)驗為主，距離數量化和指標化的要求還有相當大的差距。中國溫室市場(chǎng)上目前使用的不少產(chǎn)品，在高品質(zhì)領(lǐng)域主要以國外產(chǎn)品為主，遮明網(wǎng)的生產(chǎn)上以瑞典、以色列的高品質(zhì)產(chǎn)品為主，溫室環(huán)境控制系統領(lǐng)域上國內的產(chǎn)品同樣與國外有相當大的差距，而且國內現有的一些科研成果與真正地推廣應用之間還有一段差距。

2．環(huán)境調控技術(shù)與設備落后，缺乏理論基礎與量化指標。由于絕大多熱園藝設施類(lèi)型過(guò)于簡(jiǎn)易，因此對環(huán)境的調節和控制十分有限。張福墁教授認為，塑料大棚往常在遇到災害性天氣時(shí)受損，無(wú)法生產(chǎn)。即使在正常天氣，大部分塑料大棚所能進(jìn)行的環(huán)境調控手段也僅限于通風(fēng)和避風(fēng)。日光溫室遇到寒流或連陰(雪)天，光照不足失去熱源和光源時(shí)，室內光照、溫度、濕度都會(huì )出現不適臺植物生長(cháng)的逆境，輕則減產(chǎn)，重則絕收(如從2008年1月10開(kāi)始的長(cháng)達1月之久的連續降雪天氣)，造成不同程度的經(jīng)濟損失。

3．缺乏與我國相適應的溫室優(yōu)化控制軟件。目前，我國引進(jìn)溫室的控制系統大多運行費用過(guò)高，而自行研制的控制系統又缺乏相應的優(yōu)化軟件，多數仍使用單因子開(kāi)關(guān)量進(jìn)行環(huán)境因子的調節。而實(shí)際上溫室內的光照、氣溫、地溫、濕度及水位等環(huán)境要素是在彼此關(guān)聯(lián)著(zhù)的環(huán)境中對作物的生長(cháng)產(chǎn)生影響的，而且環(huán)境要素的時(shí)間變化和空間變化都很復雜，當改變某一環(huán)境因子時(shí)常會(huì )把其他環(huán)境因子變到一個(gè)不適宜的水平上。因此，結合溫室內的物理模型、作物的生長(cháng)模型和溫室生產(chǎn)的經(jīng)濟模型，開(kāi)發(fā)出一套與我國溫室生產(chǎn)現狀相適應的環(huán)境控制優(yōu)化軟件是非常重要和十分迫切的。

4．中國的溫室建設上盲目性很大。大量的項目在相應的配套設備、人才不到位的情況下，盲目地從國外引進(jìn)高新技術(shù)，盲目地低水平仿制國外產(chǎn)品。溫室種植管理上，產(chǎn)品種植前經(jīng)過(guò)市場(chǎng)考察的很少，往往造成產(chǎn)品積壓，帶來(lái)不應有的損失。相關(guān)的種植管理方面的研究距離理論化、科學(xué)化、系統化地指導生產(chǎn)實(shí)踐還有不少差距。溫室企業(yè)在產(chǎn)品的售后配套服務(wù)方面尚不夠完善，企業(yè)的品牌意識、誠信意識不夠相當溫室控制軟件的研究上與國外企業(yè)相比有相當大的差距。