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　　花卉栽培控制系統

　　托普物聯網提出的花卉栽培控制系統簡單的說就是利用現代物聯網技術通過對溫室內的主要環境參數--溫度、濕度、土壤濕度、CO2濃度的綜合調控，為各花卉生長發育提供最佳的生態環境條件。

　　一、花卉栽培控制系統的提出

　　隨著農業現代化的快速發展，溫室正朝著智能化控制的方向發展。我國農業也逐漸地從傳統農業向高產、優質、高效為目的的現代化農業轉變。因而花卉大棚,自然也離不開現代化的科學技術。

　　通過國內外大量的科學實驗和生產的實踐證明，環境的控制對花卉生長起到非常重要的作用。只有在適宜的環境下花卉才能生長良好。對于花卉大棚內環境的控制主要對環境溫度、濕度等進行測量和控制。用單片機監控溫室的溫度/濕度,根據溫室的溫度/濕度的變化,自動地實施噴灌調溫。確保溫室經濟作物生長適宜的溫度、濕度。

　　二、花卉栽培控制系統的簡介

本系統采用層次化、模塊化設計，整個系統由數據采集系統、單片機控制系統、鍵盤設置系統、顯示系統組成。系統以單片機為核心，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據。在單片機系統中，還要實現程序的擴展存儲、數據的實時顯示、超限語音報警和數據輔助存儲功能。

　　本設計主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統的總體設計方案，包括其功能設計；設計原則；組成與工作原理；二是進行智能傳感器的硬件電路設計；包括硬件電路構成及測量原理；溫度和濕度傳感器的選擇；單片機的選擇；輸入輸出通道設計。

　　三、花卉栽培控制系統的組成

　　1、傳感器子系統：傳感器主要包括溫度傳感器和濕度傳感器。

　　2、數據采集子系統：數據采集子系統主要完成對傳感器子系統傳送來的信號進行A/D轉換和采樣。

　　3、信息處理子系統：信息處理子系統是整個系統的核心部分，包括環境參數預設值、信號處理和控制3個部分。信號處理實現測量數據與本階段環境參數值進行比較分析，為控制提供決策依據，控制部分則由此發出各種相應的控制信號。

　　4、數據顯示子系統：該系統通過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：該子系統包括溫度和濕度調節機構，通過對噴水設備、加熱設備（如熱風機）的工作方式及時間控制以實現對溫度、濕度的調節功能。

　　四、花卉栽培控制系統的發展

花卉栽培控制系統是現代溫室控制系統的一部分，溫室自動控制系統的發展趨勢是綜合環境調控、變動的壞境控制系統、數字化、網絡化、智能化、藍牙技術。

　　（1）國外發展動態及其趨勢

　　西方發達國家在現代溫室測控技術上起步比較早。1949年，借助于工程技術的發展，美國建成了第一個植物人工氣候室，開展了植物對自然環境的適應性和抗御能力的基礎及應用研究。20世紀60年代，生產型的高級溫室開始應用于農業生產，奧地利首先建成了番茄生產工廠，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展，溫室設施廣泛應用于園藝作物生產、畜牧業和水產養殖業。隨著計算機技術的進步和智能控制理論的發展，近百年來，溫室大棚作為設施農業的重要組成部分，其自動控制和管理技術不斷得以提高，在世界各地都得到了長足的發展。特別是二十世紀70年代電子技術的迅猛發展和微型計算機的出現，更使溫室大棚環境控制技術產生了革命性的變化。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境控制系統，在歐美得到了長足的發展，并邁入了網絡化，智能化階段。

　　目前，國外現代化溫室的內部設施己經發展到比較完備的程度，并形成了一定的標準。溫室內的各環境因子大多由計算機集中控制，檢測傳感器也較為齊全，如溫室內外的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營養液濃度等，由傳感器的檢測基本上可以實現對各個執行機構的自動控制，如無級調節的天窗通風系統，濕簾與風扇配套的降溫系統，由熱水鍋爐或熱風機組成的加溫系統，可定時噴灌或滴灌的灌溉系統，二氧化碳施肥系統，以及適用于溫室作業的農業機械等。計算機對這些系統的控制己經不是簡單的、獨立的、靜態的直接數字控制，而是基于環境模型上的監督控制，以及基于專家系統上的人工智能控制，一些國家在實現自動化的基礎上正在向著完全自動化、無人化的方向發展。

　　（2）國內發展動態及其趨勢

改革開放以來，我國的農業生產取得了可喜的成績，但同時，我國農業發展中存在的問題也越來越凸現出來，如果這些問題得不到解決，將成為嚴重制約我國農業可持續發展的瓶頸。首先是我國人口眾多。其次是資源短缺。第三是我國農產品成本高，科技含量低，無法形成產業規模。要解決這些問題，根本在于實現我國農業從傳統農業向以優質、高效、高產為目的的現代化農業轉化。農業環境綜合控制作為農作物優質、高效、高產的手段，是農業現代化的重要標志，隨著社會經濟的發展，以溫室為代表的設施農業將成為現代農業的發展主要方向之一，成為21世紀最有活力的農業新產業。

　　20世紀50年代末，我國在華北地區曾建造過屋脊式大型玻璃溫室，到60年代初，在東北地區建成1hm2的大型玻璃溫室。由于國內設施農業技術比國外落后，必然走一條引進、消化、吸收、創新的路子。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，其中60%用于蔬菜生產，40%用于花卉生產。這次較大規模的引進溫室，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，在實際中存在著冬季能耗高、夏季降溫困難等問題，經濟效益普遍不佳。90年代中期開始，我國現代溫室快速發展。“九五”期間，國家科技部將工廠化高效農業示范工程列為國家重大科技產業工程，這是唯一的一項農業產業示范工程項目。由此，又一個大規模引進國外大型現代溫室，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，基本涵蓋了現代溫室發達的國家和地區；引進和建設的地點，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；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、雙層充氣和雙層結構的塑料膜溫室，以及聚碳酸酯板溫室等，代表了現代溫室的所有類型；引進溫室的配套設備包括遮陽、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、水培設備等等，也基本包括了所有先進的配套設備。這次大規模的引進溫室，特別是北京、上海幾個示范園區，在引進溫室至溫室園藝成套設施硬件的同時，還引進了配套品種、栽培技術、專家系統等軟件成套技術，以及國外相關專家現場指導。

　　目前，我國是設施園藝栽培面積最大的國家。80年代中后期，隨著高效節能日光溫室生產技術在東北地區試驗成功，就迅速在我國北方發展起來，各級政府把其作為帶領農民致富奔小康、培育農村新的經濟增長點的重點措施，各級農業科研機構也投入了大量的人力、物力進行節能日光溫室建造及生產技術的專項研究，并取得了重大進展。日光溫室發展到今天，已由生產各種反季節蔬菜的生產設施，發展為日光溫室園藝設施，進而發展為設施農業，已成為種植業、養殖業和水產業全面發展的新興產業。據統計，全國節能日光溫室面積到2002年底已到達760萬畝。

　　五、花卉栽培控制系統的問題

　　隨著我國現代溫室產業的快速發展，在溫室產業的運營中暴露出了一些問題:

　　1）現代溫室管理和種植的人才缺乏，溫室種植技術落后，造成了現代溫室的功能和優勢不能充分發揮。

　　2）能源消耗大，以現代溫室為代表的設施農業生產企業效益低下，導致溫室產業出現了滑坡的現象。

　　3）不同地域的氣候環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。目前國內溫室計算機控制系統與國際選進技術存在很大差距，商用控制系統不能滿足高效節能有效控制溫室機構運行的要求。

　　六、總結

本設計可以利用溫度控制功能實現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，通過自動噴灌技術實現補充水分需求的功能。

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