針對(duì)我國南方沿海大棚溫度變化大、高濕、土壤鹽漬化重等環(huán)境特點(diǎn)，以及生產(chǎn)上大面積使用簡易鋼架、竹木大棚實(shí)際條件和因輪作產(chǎn)地多變等綜合因素，研制出一套耐腐蝕、能防潮，易搬動(dòng)，有效節(jié)水、控濕，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的數(shù)控系統(tǒng)。

目前福建省大棚蔬菜生產(chǎn)發(fā)展快，面積近2 萬hm2（30萬畝），進(jìn)口大棚蔬菜品種多，對(duì)栽培技術(shù)要求高，僅憑以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)棚內(nèi)溫濕度判斷,不能滿足大棚蔬菜生產(chǎn)需求。此外我國南方沿海大棚內(nèi)濕度大，短時(shí)間溫度變化大（5～40℃），若采用數(shù)控設(shè)備準(zhǔn)確掌握棚內(nèi)溫濕度，及時(shí)翻棚通風(fēng)，則能有效控制病害發(fā)生，降低蔬菜生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。國外發(fā)達(dá)國家的溫室控制技術(shù)相對(duì)成熟，但設(shè)備價(jià)格較高，且很多方面不適合我國當(dāng)前蔬菜生產(chǎn)實(shí)際情況；國內(nèi)研制示范的一些智能溫室雖然技術(shù)水平較高，但成本亦高，無法在生產(chǎn)中大面積應(yīng)用推廣。為此，筆者針對(duì)我國南方沿海大棚溫度變化大、高濕、土壤鹽漬化重等環(huán)境特點(diǎn)，以及生產(chǎn)上大面積使用簡易鋼架、竹木大棚實(shí)際條件和因輪作產(chǎn)地多變等綜合因素，研制了一套耐腐蝕，能防潮，易搬動(dòng)，有效節(jié)水、控濕，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的數(shù)控系統(tǒng)，填補(bǔ)了福建省大棚蔬菜生產(chǎn)上環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)空白。

1 環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組成

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與功能 該系統(tǒng)具有簡單易懂的人機(jī)界面，成本低，易操作，一套該裝置成本1萬元左右，可控制8個(gè)大棚，南方地區(qū)可控制1 668～2 668 m2，基地內(nèi)同一品種、同一播種期的大棚，只需控制其中一個(gè)大棚就可指導(dǎo)其他棚生產(chǎn)。適用于我國南方沿海大棚蔬菜生產(chǎn)特點(diǎn)；能自動(dòng)定時(shí)采集和記錄生產(chǎn)全過程的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可根據(jù)生產(chǎn)設(shè)定不同域值，具有實(shí)用的報(bào)警功能（圖1）。系統(tǒng)布局可根據(jù)不同生產(chǎn)實(shí)際需求，適合拓展新功能；具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能（圖2）；注重控制系統(tǒng)與生產(chǎn)型溫室設(shè)施的配套性與實(shí)用性；針對(duì)南方沿海高濕、鹽堿環(huán)境，系統(tǒng)硬件進(jìn)行了特殊的防潮、防腐處理；針對(duì)南方簡易大棚移動(dòng)性大，專門設(shè)計(jì)易于搬動(dòng)的硬件；該系統(tǒng)力求與蔬菜專家系統(tǒng)和溯源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享兼容互動(dòng)。該軟件使用C++、ASP 的語言進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，可在Windows 系統(tǒng)上使用，以默認(rèn)方式安裝完該軟件后可直接運(yùn)行，根據(jù)實(shí)際連接的RS485 端口進(jìn)行配置連接，設(shè)備添加、編輯、連接設(shè)備及查看數(shù)據(jù)。

圖1 控制系統(tǒng)軟件界面

1.2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)主要包括棚內(nèi)氣候控制和灌溉控制兩部分。氣候控制涉及溫室噴霧系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；灌溉控制涉及溫室的滴灌、微噴系統(tǒng)。

系統(tǒng)主要由環(huán)境因子實(shí)時(shí)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定模塊、灌溉控制模塊、遠(yuǎn)程報(bào)警與監(jiān)控、蔬菜生產(chǎn)專家系統(tǒng)、蔬菜生產(chǎn)溯源管理系統(tǒng)為一體的模塊構(gòu)成。

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控界面

溫室外放置1個(gè)傳感器裝置，作為溫室內(nèi)對(duì)照。根據(jù)溫室大小，在室內(nèi)不同位置放置1～2個(gè)傳感器裝置。根據(jù)南方簡易大棚具有移動(dòng)性的特點(diǎn)，把所有不同功能的傳感器集中設(shè)計(jì)在一個(gè)裝置上，方便在不同棚內(nèi)移動(dòng)使用。在一個(gè)傳感裝置上，傳感器高度可有不同選擇，以適應(yīng)不同作物生長需求。每個(gè)傳感器裝置測量4類數(shù)據(jù)：溫度、濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度，分為地上部分空氣溫度、濕度、CO2濃度和光照強(qiáng)度，地下土壤不同深度溫度、濕度（圖3、4）。

圖3 裝置硬件結(jié)構(gòu)示意

1.3 系統(tǒng)主要參數(shù)和擴(kuò)展性 溫、濕度傳感器設(shè)置有3種高度：地下（-5～0 cm、-50～-20 cm）2種和地上（80～100 cm）1種。光照強(qiáng)度傳感器設(shè)置高度為地上100～120 cm。CO2濃度傳感器設(shè)置高度為地上100～120 cm。產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)范圍：溫度-20～100℃，濕度0～100%，CO2濃度0～10 000 mg·L-1，系統(tǒng)由220 V 供電，操作室上有LCD及LED 指示當(dāng)前工作狀態(tài)，操作室內(nèi)留有足夠的空間用于大棚電機(jī)的ON/OFF，噴灌/遮陽板控制ON/OFF，操作室到傳感裝置由24 V DC 連接，操作室到中控室計(jì)算機(jī)由220 V AC RS485 連接，預(yù)留視頻、SMS/MMS（短信提醒），主控室與大棚之間采用有線連接。

圖4 傳感器實(shí)物

主控室內(nèi)設(shè)一臺(tái)計(jì)算機(jī)終端，用于實(shí)時(shí)顯示、記錄傳感器裝置輸入的各類測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)定時(shí)全部存入ACCESS 數(shù)據(jù)庫。

2 環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施條件與應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)實(shí)施條件 控制系統(tǒng)具有施工安裝簡便、即裝即用、移動(dòng)方便等特點(diǎn)，適應(yīng)南方地區(qū)可移動(dòng)大棚的使用?？刂葡到y(tǒng)采用220 V 供電，可直接接入電網(wǎng)。

2.2 系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)施 按福建省的蔬菜生產(chǎn)習(xí)慣，以每667 m2建造3個(gè)生產(chǎn)型大棚為例，每個(gè)大棚規(guī)格大致為：長27 m，寬8 m。每個(gè)大棚需要2個(gè)現(xiàn)場傳感器（視種植作物及數(shù)據(jù)采集的密度要求，可增加1個(gè)現(xiàn)場傳感器），安裝在棚內(nèi)縱深中間或端頭（即大棚入口處）；棚外離棚架1～2 m 的位置安裝1個(gè)現(xiàn)場傳感器，作為對(duì)照。3～7個(gè)大棚共需7個(gè)或8個(gè)現(xiàn)場傳感器。1個(gè)操作室可控制8個(gè)傳感器。每個(gè)操作室信號(hào)接入中控室電腦的數(shù)據(jù)庫?，F(xiàn)場傳感器的分布建議（圖5）。

3 小結(jié)

該系統(tǒng)只提供溫室環(huán)境監(jiān)測控制手段，在實(shí)際生產(chǎn)中如何達(dá)到溫室控制效果，還要根據(jù)環(huán)境、蔬菜品種及其不同生育期等因子，動(dòng)態(tài)設(shè)定域值，對(duì)普通生產(chǎn)型大棚，還需要手動(dòng)控制，減少極端環(huán)境對(duì)蔬菜生產(chǎn)的不利影響。溫室內(nèi)外溫濕度差值、溫室內(nèi)溫濕度以及持續(xù)的時(shí)間、不同蔬菜品種及其生育期、病蟲害對(duì)環(huán)境要求的適宜指標(biāo)，是翻蓋棚膜及其持續(xù)時(shí)間的主要因素。土壤不同深度的濕度、不同蔬菜品種及其生育期，是滴（噴）灌水量控制的主要因子。

在南方沿海地區(qū)多雨、高溫、高濕環(huán)境中，如何在發(fā)揮大棚冬季保溫功能的同時(shí)，做好避雨和遮陽工作，現(xiàn)有的相關(guān)資材和參數(shù)并不多，還需要對(duì)不同蔬菜品種進(jìn)行長期的生產(chǎn)實(shí)踐、摸索與總結(jié)。

圖5 現(xiàn)場傳感器的分布