我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，但是種植方法設(shè)備簡(jiǎn)單，管理技術(shù)品種相對(duì)落后；傳統(tǒng)的棚內(nèi)的濕度、灌溉等均是通過(guò)人工控制的，不可避免有測(cè)控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測(cè)控不及時(shí)等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失。因此，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)濕度的含量，使大棚內(nèi)形成有利于植物生長(zhǎng)的環(huán)境，是提高經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。

一、花卉溫室控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1、控制需求分析

溫室氣候生態(tài)的主要特征是其封閉性，同時(shí)具有可控性。溫室栽培花卉必須進(jìn)行通過(guò)人工調(diào)節(jié)來(lái)有效的改善溫室內(nèi)部的氣候生態(tài)條件，控制要求主要有體現(xiàn)在幾個(gè)方面：

（1）空氣溫度控制

溫度控制是溫室管理中的重要環(huán)節(jié)。一般只要室內(nèi)溫度超過(guò)花卉要求的溫度時(shí)，就應(yīng)及時(shí)通風(fēng)降溫，尤其當(dāng)外界溫度超過(guò)15℃時(shí)，更應(yīng)加大通風(fēng)口，延長(zhǎng)通風(fēng)時(shí)間，且溫度越高，越要加強(qiáng)通風(fēng)換氣。如果室內(nèi)溫度過(guò)低時(shí)，則需要加熱升溫。

（2）空氣濕度控制

溫室內(nèi)濕度往往較外界高，因此要格外注意，保持溫室內(nèi)環(huán)境濕度處于有利于花卉生長(zhǎng)的程度。在澆水上應(yīng)根據(jù)見(jiàn)干見(jiàn)濕的原則進(jìn)行，適當(dāng)減少澆灌的次數(shù)，還要注意降低室內(nèi)水分蒸發(fā)，改善通風(fēng)條件，增加門(mén)窗的開(kāi)啟時(shí)間，保持室內(nèi)的相對(duì)干燥。

（3）光照度控制

光照是植物生長(zhǎng)不可或缺的元素之一。當(dāng)溫室內(nèi)光照不能滿(mǎn)足花木生長(zhǎng)所需時(shí)，必須進(jìn)行人工補(bǔ)光，以延長(zhǎng)光照時(shí)間，提高光照度。補(bǔ)光措施主要用于長(zhǎng)日照花卉，通過(guò)補(bǔ)光處理可使其提早開(kāi)花。另外，冬季雨雪天光照不足，可采用人工補(bǔ)光促使花卉正常生長(zhǎng)和開(kāi)花。夏季往往光照時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成室溫過(guò)高，光度過(guò)強(qiáng)，對(duì)喜陰開(kāi)花植物生長(zhǎng)不利，需用遮陽(yáng)網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)光照度，以達(dá)到最適狀態(tài)。許多短日照花卉，應(yīng)用遮光的方法來(lái)縮短光照，達(dá)到提前開(kāi)花的目的。遮光處理時(shí)間一般根據(jù)花卉種類(lèi)而定。

（4）報(bào)警功能

高溫（高濕）報(bào)警

系統(tǒng)處于高溫（高濕）狀態(tài)且在設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有回到設(shè)定范圍內(nèi)，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

水箱低水位報(bào)警

為了防止水源處水位過(guò)低，水泵出現(xiàn)干抽現(xiàn)象，需要進(jìn)行水源水位檢測(cè)，若水位過(guò)低，則系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警。

2、花卉溫室控制系統(tǒng)整體框圖設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)由信號(hào)采集單元、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，相互傳遞信號(hào)來(lái)完成對(duì)溫室內(nèi)的環(huán)境的控制，維持溫室內(nèi)部環(huán)境的平衡。通過(guò)溫濕度傳感器和光照度傳感器組成的信號(hào)采集單元，來(lái)對(duì)溫室內(nèi)的濕度、溫度、光照度信號(hào)進(jìn)行采集并將探測(cè)到的信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)中，由控制系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后將命令下達(dá)給由風(fēng)機(jī)、水泵、電磁閥、加熱器所組成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的環(huán)境。

系統(tǒng)通過(guò)PLC來(lái)控制并主導(dǎo)各個(gè)單獨(dú)元件之間的聯(lián)系處理好各種情況下元件的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)利用PLC把傳感器采集的有關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并把這些數(shù)據(jù)暫存起來(lái)，與給定值進(jìn)行比較，經(jīng)一定的邏輯處理后，給出相應(yīng)的控制信號(hào)進(jìn)行控制。傳感器將溫度、空氣濕度和土壤濕度、CO2濃度等轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器組成的信號(hào)處理電路變需要的電壓信號(hào)。系統(tǒng)工作時(shí)，PLC通過(guò)傳感器來(lái)測(cè)量溫室內(nèi)的相應(yīng)數(shù)據(jù)并與設(shè)定值比較，如果溫室內(nèi)的環(huán)境超過(guò)了設(shè)定范圍的上下限值，PLC就輸出指令，控制接通相應(yīng)的設(shè)備；當(dāng)溫室的環(huán)境條件在設(shè)定范圍內(nèi)，PLC就輸出指令，切斷設(shè)備電源。

2.1溫度控制

與其他因素相比大棚內(nèi)的溫度相對(duì)是比較容易控制的，主要包括三方面：保溫、降溫、升溫。

1）保溫：采用軟玻璃設(shè)計(jì)取代了原有大棚的薄膜設(shè)計(jì)更好突出了保溫效果，同時(shí)相較于傳統(tǒng)大棚也增加了堅(jiān)固性、可靠性。

2）降溫：保護(hù)設(shè)施內(nèi)降溫最簡(jiǎn)單的途徑是通風(fēng)和噴霧吸熱，但在溫度過(guò)高，只依靠通風(fēng)無(wú)法滿(mǎn)足需要的情況下可以采取噴霧吸熱降溫，待大棚內(nèi)溫度滿(mǎn)足設(shè)定條件時(shí)噴霧停止。

3）升溫：我國(guó)傳統(tǒng)的單屋面溫室，大多采用爐灶煤火加溫，近年來(lái)也有采用鍋爐水暖加溫或地?zé)崴訙氐?。大型連棟溫室，則多采用集中供暖方式的水暖加溫，也有部分采用熱水或蒸汽轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)的采暖方式。我采用的是地暖加熱，一方面節(jié)約能源，也可以保持土地溫度，一舉兩得。

2.2 濕度控制

1）濕度過(guò)高：在溫室中去濕常用以下三種方式：加熱控制法、吸附法-化學(xué)除濕器、排濕換氣?？紤]溫室是反季節(jié)的，所以溫室里的濕度會(huì)與季節(jié)濕度形成很大的落差，尤其是冬季，在排濕換氣無(wú)效是就會(huì)采用吸附法，大幅度的控制濕度。

2）濕度過(guò)低：一般常用的方法是水噴霧法和蒸汽加濕。在溫室中一般采取水噴霧法進(jìn)行加濕。蒸汽加濕法一般會(huì)對(duì)溫室作物造成傷害因此不予采用。

2.3 光照度控制

在一般情況下針對(duì)冬天光照時(shí)間較短的問(wèn)題，系統(tǒng)采用補(bǔ)光法，即當(dāng)光照時(shí)間不足或光照度不夠時(shí)會(huì)啟動(dòng)日光燈進(jìn)行補(bǔ)光。夏季過(guò)長(zhǎng)日照影響作物時(shí)用遮陽(yáng)網(wǎng)遮擋，以適宜的光照來(lái)促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。

2.4 CO2控制

當(dāng)CO2過(guò)高時(shí)，如果風(fēng)扇和天窗不能使CO2迅速的降到正常的范圍，過(guò)高的CO2會(huì)使植物的氣孔關(guān)閉，使植物死亡，這時(shí)便會(huì)啟動(dòng)報(bào)警裝置，人為地將CO2降下來(lái)。如果CO2過(guò)低，氣動(dòng)閥便會(huì)啟動(dòng)，提供CO2，以便于植物的吸收。如果種植面積很大，使得CO2不能很快的擴(kuò)散到各個(gè)角落，這時(shí)便會(huì)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，使得CO2更好的擴(kuò)散。

2.5 土壤濕度控制

測(cè)出了空氣中的濕度，為了更好地控制溫室內(nèi)的濕度，考慮到土壤中的水分也會(huì)隨著蒸發(fā)揮發(fā)到空氣中去，從而增加空氣濕度。考慮到這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)黾恿送寥罎穸葌鞲衅?，以利于控制土壤里的濕度，?dāng)土壤的濕度過(guò)高時(shí)便會(huì)發(fā)生爛根的情況，所以這時(shí)適時(shí)的增加室內(nèi)的溫度，過(guò)段時(shí)間開(kāi)窗通風(fēng)，降低溫室內(nèi)的濕度。相反如果土壤濕度不足，便會(huì)使植物很快的枯死，這時(shí)開(kāi)啟水泵進(jìn)行噴灑，增加土壤濕度。

系統(tǒng)通過(guò)PLC來(lái)控制并主導(dǎo)各個(gè)單獨(dú)元件之間的聯(lián)系處理好各種情況下元件的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)利用PLC把傳感器采集的有關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并把這些數(shù)據(jù)暫存起來(lái)，與給定值進(jìn)行比較，經(jīng)一定的邏輯處理后，給出相應(yīng)的控制信號(hào)進(jìn)行控制。傳感器將溫度、濕度等轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器組成的信號(hào)處理電路變換成壓頻轉(zhuǎn)換器（V/F）需要的電壓信號(hào)。系統(tǒng)工作時(shí)，PLC通過(guò)傳感器來(lái)測(cè)量溫室內(nèi)的相應(yīng)數(shù)據(jù)并與設(shè)定值比較，如果溫室內(nèi)的環(huán)境超過(guò)了設(shè)定范圍的上下限值，PLC就輸出指令，控制接通相應(yīng)的設(shè)備；當(dāng)溫室的環(huán)境條件在設(shè)定范圍內(nèi)，PLC就輸出指令，切斷設(shè)備電源。

二、花卉溫室控制系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)

1、花卉溫室控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與安裝

本系統(tǒng)主電路由一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)保護(hù)，通過(guò)繼電器控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。繼電器的控制信號(hào)則由菲尼克斯PLC輸出提供。開(kāi)關(guān)電源是為各傳感器提供24V而采用的。系統(tǒng)電氣安裝布置圖如圖2所示。

2、花卉溫室控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)能自動(dòng)控制棚體內(nèi)部的空氣濕度和土壤濕度，改善了植物生長(zhǎng)的環(huán)境，克服了現(xiàn)有技術(shù)中人工控制的效率低和成本高的缺陷，控制精度高，而且采用太陽(yáng)能電池板可以收集太陽(yáng)能，有效節(jié)約了電能，通過(guò)收集雨水從而節(jié)約了水能，集水箱的頂部和集水槽的頂部的網(wǎng)罩防止落葉落入，通過(guò)迷霧噴頭改善棚體內(nèi)的空氣濕度，出風(fēng)風(fēng)機(jī)和進(jìn)風(fēng)電機(jī)從而形成棚體內(nèi)的空氣流動(dòng)，也有效的改善棚體內(nèi)的空氣濕度，通過(guò)報(bào)警器可以提醒農(nóng)作人員及時(shí)對(duì)集水箱內(nèi)的水進(jìn)行人工加水或者人工排水；采用陽(yáng)光板設(shè)計(jì)取代了原有大棚的薄膜設(shè)計(jì)更好突出了保溫效果，同時(shí)相較于傳統(tǒng)大棚也增加了堅(jiān)固性和可靠性。

該系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的溫室管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以降低約60%人工成本；根據(jù)溫度濕度同時(shí)偏高或者同時(shí)偏低時(shí)以溫度優(yōu)先的原則，以及除濕降溫風(fēng)機(jī)共用的特點(diǎn)，有效降低了投入和運(yùn)行成本；雨水收集等功能使該系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保。經(jīng)過(guò)與傳統(tǒng)溫室對(duì)比發(fā)現(xiàn)可以節(jié)能達(dá)30%以上。

該系統(tǒng)灌溉方式采用定時(shí)滴灌方式，并增加進(jìn)行雨水收集功能，有效合理利用水資源；將溫室的外形進(jìn)行改變用更加立體的框架取代了原始的半圓柱形的傳統(tǒng)溫室，使雨水收集變得方便簡(jiǎn)介通過(guò)在溫室邊緣添加簡(jiǎn)單的水管使雨水順著水管流入水箱，從而減少水資源的浪費(fèi)。

執(zhí)行元件重復(fù)利用，通過(guò)程序控制使執(zhí)行元件可以完成不同的組合，實(shí)現(xiàn)不同的功能，有效降低運(yùn)營(yíng)成本；在傳統(tǒng)溫室中一般也都會(huì)采用成對(duì)的風(fēng)機(jī)來(lái)對(duì)溫室內(nèi)降溫通風(fēng)，并且也可以取得較好的效果，但是在我們的溫室之中采用了三臺(tái)風(fēng)機(jī)，正常降溫通風(fēng)時(shí)只起動(dòng)2臺(tái)風(fēng)機(jī)，但是當(dāng)溫室溫度低時(shí)不僅僅啟用電熱片同時(shí)使用另外1臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)熱循環(huán)，從而突出了加溫保溫效果。

溫濕度控制采用自動(dòng)延時(shí)功能，有效避免執(zhí)行元件的重復(fù)工作，從而降低能耗；軟玻璃取代傳統(tǒng)薄膜，可以更好地實(shí)現(xiàn)保溫保濕功能，同時(shí)更加堅(jiān)固，耐用。

（作者單位：江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院）