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温室自动控制系统对现代化智慧农业建设的意义.doc

来源：花匠小妙招时间：2024-11-24 07:54

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1、托普物联网开创智慧农业新时代。温室自动控制系统对现代化智慧农业建设的意义根据“托普物联网”的定义，温室自动控制系统是专门为农业温室、农业环境控制、气象观测开发生产的环境自动控制系统。可测量风向、风速、温度、湿度、光照、气压、雨量、太阳辐射量、太阳紫外线、土壤温湿度等农业环境要素，根据温室植物生长要求，自动控制开窗、卷膜、风机湿帘、生物补光、灌溉施肥等环境控制设备，自动调控温室内环境，达到适宜植物生长的范围，为植物生长提供最佳环境。我国人多地少，人均占有耕地面积不及世界平均水平的13，在2l世纪未来一段时间内，中国人口将继续增长，而耕地面积却在逐年减少。如何用较少的土地去养活较多的人口，解决这一

2、尖锐矛盾具有战略意义。我国是水资源十分匮乏的国家，人均占有量不足世界平均水平的14，而且空间，时间分布极不均匀。我国南北气候条件差异较大，北方较低的气温造成大部分时间不能进行正常的农业生产。因此我们必须在立足于有限资源的基础上，依靠现代科技实现农作物的优质，高效和高产。目前，我国农业正处在从传统农业向优质，高效，高产为目的的现代化农业转变的新阶段，农业环境控制工程作为农业生物速生，优质，高产的手段，是农业现代化的重要标志。我国温室的发展速度比较慢，环境控制水平较低，不能满足生产的需要，故农业设施的自动检测与控制是我国亟待发展的项目。我国目前大多数温室内的环境仍靠人工根据经验来管理，从某种程度上

3、也影响了其效益和发展。同时微型计算机强大的软硬件逻辑功能，高性能价格比，高可靠性，为温室自动控制管理提供了强有力的手段，也为实现温室的标准化，自动化奠定了基础。环境控制对作物生产的重要作用己为国内外大量的科学实验和生产实践所证实。只有在适宜的环境条件下，作物才能充分发挥其高产潜力。几十年来，有关作物生理和其生长环境的研究，不仅指导了农业生产，而且为温室环境工程及温室自动控制的研究提供了依据和参数。但如何把这类系统用计算机来实现监控，从而为作物提供最佳的生长环境，一直是研究者面临的一项重要的任务。温室是一个集结构，机电，生物与环境为一体的综合系统。一个现代化的温室由下列部分组成：框架结构，覆盖材

4、料，通风系统，灌溉施肥系统，二氧化碳施肥系统，室内喷雾，屋顶喷淋和湿帘风机系统，加热系统，计算机控制系统和必要的生产机具等。温室里影响作物生长发育的主要环境因子包括：温度(空气温度及土壤温度)，光照(光的组成，光强度和光周期)，水分(空气湿度和土壤湿度)，土壤(土壤肥力，化学组成，物理性质及土壤溶液的反应)，空气(大气及土壤中空气的特性，C02含量，有毒气体的含量)，生物条件(土壤微生物，杂草及病虫害)等。所有这些条件之间是相互作用，相互联系，相互耦合的，作物的生长发育是这些条件综合的结果。下面就这些条件中最重要的温度，湿度以及C02浓度作一些说明。温度：植物在生命周期中的一切生物化学作用，都

5、必须在一定的温度条件下进行：温度在空间上随着纬度租海拔的升高而降低。在时间土随四季及昼族而厨期性变化，因此影响作物生长的环境条件中，以温度最为敏感，也最重要。作物的种类不同对温度的要求也不同，作物的不同发育期对温度亦有不同的要求，而且在同一发育期内对温度的要求窿会随焦夜的变化而变化。此外温室内的气温主要受太阳辐射强度的影响，且其变化趋势滞后于太阳辐射强度的变化约l。2h；室外气温的变化对室内气温也有一定豹影晌，僵阴天日出后的室外气温傈持基本不交，雨室内气温却能稳定上升。在温室环境自动控制系统中应该考虑到这种情况。湿度：温室内作物对水分的要求就是对空气湿度和土壤漫度的要求。根据1996年和199

6、7年7-8月的温湿度记载，除了阴雨天外，室内午后过低的空气湿度会导致作物发生光合作用的午体现象。空气相对湿度的大小壹接影响植物豹光合作用，因为光合作用强，需要更多的水分。土壤湿度对植物的影响也很大，如果温室中排水不良，或者灌水不当，壤渗水性不好，造成土壤水分过剩，湿度过高，使土壤中的氧气减少，植物根部呼吸困难，从而危害作物的生长发育。但是，当土壤含水量逐渐减少时，植物棂部呼吸的水分减少，从两影响植物的水分代谢，阻碍植物的生长或者使其出现严重的萎缩。所以不同的植物对湿度的要求不同，即使是同一植物在不同发育期的不同阶段对湿度的要求也不同。因此在温室里应该考虑湿度的控制问题，也就是对空气湿度和土壤湿

7、度进行调节以满足作物生长的需要。空气湿度用相对湿度而不用绝对湿度表示，因为相对湿度更能反映事实。温室中空气湿度的管理包括增湿和除湿，当白天湿度过低时，就需要向温室增加湿度；反之则要除湿。土壤湿度的管理就是把灌溉系统包括渗灌，滴灌微灌等应用到温室中来，传统的灌溉方法既浪费永资源，又容易使土壤板结。在温室中应用渗灌灌水均匀，能提高地温，保持土壤疏松，减轻病害。C02浓度；C02是作物进行光合作用的主要原料，蔬菜佟彩的产量90-95靠光合作用制造。在露天条件下，空气中的C02浓度为300PPM即O03，一般能满足光舍馋用的需要，但是在密溺的温室墨栽培蔬菜却常严重不是，如果C02不足，尽管光照好，水分

8、足，植物仍不能进行旺盛的光合作用，使营养少，作物难以早熟高产。C02旄巴在国外已由试验发展到实际应用阶段。因此，入工补充C02已成为发展高产，优质，高效农业的重要措施之一。我们应根据不同的作物和不同的生长发育期以及天气条件来调整二氧化碳的施放浓度。为了最大限度的提离二氧化碳的旌肥效果，施放二氧化碳时，必须控制在温度，湿度，光照条件满足以后进行。温室环境控制就是根据外界环境的变化，运用一定的工程措施来改善不适合作物生长的环境条件，创造出最适合作物生长的微气候条件。完整的环境控制系统包括控制器，传感器以及执行机构，最简单的温室自动控制系统由单控制器十单传感器+执行机构组成。温室可以不受地点和气候的

9、影响，设置在气候恶劣的各种地区。它能够有效的改善农业生态，生产条件，促进农业资源的合理开发利用，提高土地利用率，作业精度，劳动生产率，经济效益。因此，自动控制温室已经在世界范囝内广泛而迅速的应用和发展。温室自动控制系统自从70年代末起，我国先后扶日本，美国，荷兰和保热利亚等国引进了40套左右的现代化玻璃温室成套设备。从温室的使用情况看，在我国的适应性较羞。由于温室规模大，散热面大，在我国北方地区的燃料消耗比传统温室高2到3倍，湿挚装置在我国高温季节的降温效果也达不到预期效果。从经济效益来看，80年代引进的温室大部分经营亏损，已处于停产状态或仅利用其玻璃的外壳。据对全套设备仍在运行的南京蔬菜研究

10、所1986年引进荷兰温室的调查，目前温室经营蔬菜和花卉的年收入与运行成本大致相等，有些年份略有盈余，这样，高昂的设备折旧费就无从回收。由此可见，发展温室不能靠引进。同时温室的不断增加，温室建造的国产化问题也越来越引起人们的重视。目前，现代化大型温室的骨架和覆盖材料国产化已经基本不成问题，但其内部的配套设施，计算机管理系统等现代化的管理方式与先进国家还存在较大的差距，这是今后要着力解决的问题。今后温室自动控制的发展方向，应该是在吸收国外先进技术的基础上，发展适合我国自然条件和经济条件的现代化温室，即：一要作好经济效益上的评估以及充分了解其因地制宜的特性，进一步扩大规模，特别是成本低，见效快，易被

11、农民接受的塑料温室和大棚；二要提高温室的环境控制水平，从各地的气候状况与各地区实际栽培的作物着手，发展符合中国国情的现代化蔬菜工厂。由于目前我国温室的环境控制水平较低，不能满足作物高产栽培的要求，因此，应通过对温室的结构，材料，环境控制技术，再生能源综合利用技术，人工补光技术及自动控制的计算机软件系统等方面进行进一步的研究开发，尽快提高我国温室生产的水平。温室栽培作为蔬菜生产发展的重要方面，近十几年来在我国得到了较快的发展。但是从总体上讲，我国目前温室自动控制技术水平低，不能满足作物全年高产栽培的要求。并且调控能力差，且以单个因子的调控设备为主，带有综合环境自动控制的高科技温室主要从国外引进，设备投资大，运行费用过高等。针对这一情况，可以对温室环境中影响农作物生长发育的较为重要的温度，空气相对湿度以及cOz浓度这三个因子的调控加以研究，设计出一套成本低廉，经济实用，可靠性高，适合于中小型温室的自动监控系统。