陳 冰

（漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 漯河 462000）

1 智能溫室電氣工程現(xiàn)狀及問題

我國(guó)的智能溫室普及程度較低，但是需求量是非常大的，目前還處于極速發(fā)展的階段。智能溫室涵蓋的電子技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種電氣工程還都需要進(jìn)一步改進(jìn)。智能溫室與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植技術(shù)的結(jié)合還有待相關(guān)政策的支持，相關(guān)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和銷售鏈也需要得到保障。最近一些年，我國(guó)的智能溫室技術(shù)主要是依靠國(guó)外，自主開發(fā)的部分比較少，在很大程度上依靠進(jìn)口。一方面我們國(guó)家在開發(fā)和研究上的投入顯然還是不夠，只有政府進(jìn)一步加大對(duì)智能溫室的資金投入才能使我國(guó)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)早日趕上世界先進(jìn)水平；另一方面溫室構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的模糊，這就導(dǎo)致了市場(chǎng)的混亂以及各樣農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量難以得到保障，再者智能溫室在監(jiān)控軟件高昂的價(jià)格也令一部分農(nóng)民望而卻步。

2 智能溫室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)代化的智能溫室的控制系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是對(duì)于氣候的調(diào)節(jié)，將溫室內(nèi)的溫度濕度等調(diào)節(jié)到能夠適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的氣候，從而實(shí)現(xiàn)反季節(jié)作物的種植可能；另一個(gè)就是對(duì)于營(yíng)養(yǎng)液的監(jiān)控，監(jiān)控并調(diào)節(jié)作物在生長(zhǎng)的時(shí)候土壤里的各種微生物、礦物質(zhì)和各種養(yǎng)分。在氣候調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)溫室內(nèi)部的溫度、濕度、二氧化碳含量以及光照甚至是風(fēng)速都要進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，這是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，而且還需要根據(jù)種植的作物的不同來設(shè)定不同的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，通過控制這些外部因素來繪制全面地生長(zhǎng)曲線，從而達(dá)到全面監(jiān)控作物生長(zhǎng)的目的。在營(yíng)養(yǎng)液調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，該套系統(tǒng)需要對(duì)土壤中的各種微生物及礦物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控來調(diào)節(jié)作物的生長(zhǎng)土壤各種必需元素的含量，為作物提供源源不斷的養(yǎng)分，使其能夠正常茁壯地成長(zhǎng)，從而確保作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

2.1 上位機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部分，它以計(jì)算機(jī)為核心建立起了包括各類測(cè)量值的動(dòng)態(tài)曲線，把握著整個(gè)種植環(huán)節(jié)的，同時(shí)還對(duì)有可能出現(xiàn)的危機(jī)提出預(yù)警。在上位機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要將所有的信息綜合過來，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行匯總，將各個(gè)時(shí)段的測(cè)量值繪制出相應(yīng)的生長(zhǎng)曲線，根據(jù)不同的作物進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算機(jī)分析，進(jìn)而完整地了解和把握作物整個(gè)生長(zhǎng)過程。在作物的生長(zhǎng)遇到有可能出現(xiàn)病狀或是其他狀況的時(shí)候，該套系統(tǒng)也應(yīng)根據(jù)之前所統(tǒng)計(jì)的信息做出相應(yīng)的預(yù)警，就像天氣預(yù)報(bào)一樣，這就需要相關(guān)的專業(yè)人士對(duì)這些經(jīng)濟(jì)作物進(jìn)行分析和研究，再將其用計(jì)算機(jī)語言闡述出來，用上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。最后就是在設(shè)計(jì)的時(shí)候還應(yīng)該將系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存，這樣就方便維修人員進(jìn)行維修；如果可以的話我還建議建立起一個(gè)信息共享平臺(tái)，將這些作物的種植信息共享道該平臺(tái)上，方便其他人進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)而促進(jìn)整個(gè)智能溫室的發(fā)展和完善。圖1就完整地闡述了上位機(jī)的主要功能。

圖1 上位機(jī)功能示意圖

2.2 下位機(jī)系統(tǒng)

下位機(jī)就是上位機(jī)命令的實(shí)現(xiàn)，它相對(duì)于上位機(jī)來講是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，功能就是接受并處理上位機(jī)的信息，按照命令進(jìn)行相應(yīng)的操作。上位機(jī)將收集的信息進(jìn)行綜合性的處理，然后將命令傳輸給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令進(jìn)行一些相應(yīng)的動(dòng)作，它可以是將溫度調(diào)高、或是打開二氧化碳控制閥等具體的指令。在概念上，上位機(jī)和下位機(jī)是服務(wù)與被服務(wù)的關(guān)系。一般來說下位機(jī)還要不停地讀取相關(guān)設(shè)備上的狀態(tài)信息，然后把這些信息上傳到上位機(jī)中，從而讓上位機(jī)再次進(jìn)行分析得出最優(yōu)的解決方案。簡(jiǎn)言之如此，但是萬變不離其宗，下位機(jī)的設(shè)計(jì)仍然需要一些編程上的處理。在設(shè)計(jì)下位機(jī)系統(tǒng)的時(shí)候，操作人員也應(yīng)該能夠手動(dòng)地對(duì)相關(guān)條件進(jìn)行手動(dòng)的調(diào)節(jié)，從而避免因?yàn)橄到y(tǒng)錯(cuò)誤而造成的大規(guī)模損失。在上位機(jī)向下位機(jī)傳達(dá)命令的時(shí)候，下位機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該能夠嚴(yán)格按照指令執(zhí)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)溫室的全面監(jiān)控。這些科學(xué)數(shù)據(jù)的處理都需要經(jīng)過精密的計(jì)算，下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)同樣需要相關(guān)的計(jì)算機(jī)和電氣專業(yè)人士進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理。手動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示：

圖2 下位機(jī)手動(dòng)控制示意圖

2.3 通信通道的設(shè)計(jì)

通訊通道在設(shè)計(jì)的時(shí)候主要還是要保證穩(wěn)定便捷，一定要確保信息能夠及時(shí)、暢通地進(jìn)行上下傳達(dá)。我建議使用RS485接口進(jìn)行通信管道的連接，因?yàn)檫@種管道采用的是雙接口，具有非常強(qiáng)的抗干擾和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，是目前較為可靠的傳輸通道之一。上位機(jī)和下位機(jī)的通訊是至關(guān)重要的，在兩種通信方式相互轉(zhuǎn)換的過程中，信息的穩(wěn)定是至關(guān)重要的，這種雙接口的通信方式能夠保證轉(zhuǎn)換的過程中盡量少地出現(xiàn)未知錯(cuò)誤，這就在恒大程度上減少了信息在傳輸過程中的變形，保證了信息傳輸?shù)姆€(wěn)定和傳輸效率。

2.4 信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)

信號(hào)采集電路主要是一些傳感器的測(cè)量，該電路在設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量保證傳感器能夠真實(shí)有效地將事實(shí)信息傳送給上位機(jī)即可。信號(hào)采集電路所收集的信號(hào)主要是一些傳感器傳來的模擬信號(hào)，該電路的示意圖如圖3所示，電路在工作的時(shí)候主要是在規(guī)定的時(shí)刻接受相應(yīng)的電壓，并在輸出端保持該電壓從而實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。在進(jìn)行采樣的時(shí)候，一定要注意保證采樣狀態(tài)和保持狀態(tài)一致，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)信息的正確傳輸。在進(jìn)行模擬信號(hào)傳輸時(shí)，可以借用目前國(guó)內(nèi)一直研究的使用磷化銦作為采樣開關(guān)，同時(shí)使用低速的傳統(tǒng)ADC作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的中間介質(zhì)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)高寬帶、高位數(shù)和高采樣率的精準(zhǔn)模擬，開關(guān)一旦斷開傳感器就會(huì)及時(shí)停止收集數(shù)據(jù)，整個(gè)跟蹤過程就會(huì)立刻停止，它也就能夠保持在開關(guān)斷開的瞬間的信號(hào)的瞬時(shí)值。為了保證傳感器能夠高效精確地將信息上傳，應(yīng)該盡可能地采用數(shù)字式的傳感器，這是目前較為先進(jìn)的傳感器，能夠保證各種信息相互之間不受影響，從而保證信息的準(zhǔn)確性，同時(shí)電路也應(yīng)該設(shè)計(jì)為并聯(lián)電路，這樣做的目的也是保證數(shù)據(jù)的順利傳輸，彼此之間不受影響。

圖3 信號(hào)采集電路示意圖

2.5 執(zhí)行部分的設(shè)計(jì)

智能溫室的執(zhí)行部分主要是天窗和遮陽窗簾開關(guān)的角度，以及各種通風(fēng)機(jī)等控制濕度和溫度的大型設(shè)備。這些設(shè)備在設(shè)計(jì)和安裝的時(shí)候盡量保證位置合理，工作過程穩(wěn)定即可，值得注意的是二氧化碳的開放閥在安裝的時(shí)候一定要注意其密閉性，噴淋設(shè)備隔一段時(shí)間也需要進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)。營(yíng)養(yǎng)液的釋放閥一定要確保用量準(zhǔn)確，一旦出現(xiàn)土壤中某種元素的含量超標(biāo)，一定要及時(shí)去關(guān)停這些閥門。另外，在進(jìn)行相關(guān)設(shè)備安裝的時(shí)候也一定要注意安全措施，因?yàn)榇笮偷娘L(fēng)扇和二氧化碳控制室以及一些相關(guān)元素的投放都有可能對(duì)操作人員造成一定的安全威脅，所以這些大型的電機(jī)設(shè)備上在使用的時(shí)候一定要注意安全，嚴(yán)格要求工作人員遵守相關(guān)的規(guī)章制度，按照規(guī)范進(jìn)行生產(chǎn)，確保安全第一。

3 結(jié)語

綜上所述，智能溫室是提升農(nóng)業(yè)事業(yè)的有效手段，其打破季節(jié)、時(shí)間和環(huán)境各項(xiàng)的客觀因素制約，為農(nóng)作物創(chuàng)建最佳的生長(zhǎng)環(huán)境。智能溫室是由各類電氣工程實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)的溫度、濕度、光照、二氧化碳含量和營(yíng)養(yǎng)液的釋放量和成分配置等功能。其技術(shù)不斷完善推動(dòng)農(nóng)業(yè)事業(yè)的不斷進(jìn)步。