苗風(fēng)東，趙曉慧，李慶輝

(安陽(yáng)師范學(xué)院 物理與電氣工程學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455002)

0 引言

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，溫室大棚在我國(guó)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但大多數(shù)未采用智能控制技術(shù)，自動(dòng)化程度較低，環(huán)境控制能力有限，這在一定程度上影響了溫室作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，因此，溫室大棚智能控制系統(tǒng)的建立很有必要。我國(guó)對(duì)于溫室控制系統(tǒng)的研究比較晚，綜合環(huán)境檢測(cè)技術(shù)的研究也剛剛起步，將光伏發(fā)電技術(shù)實(shí)際運(yùn)用到智能溫室中更是少見。我國(guó)農(nóng)業(yè)溫室發(fā)展?fàn)顩r目前仍然停留在研究單個(gè)或少量環(huán)境調(diào)控技術(shù)的階段，而實(shí)際上，溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度、溫度、濕度、CO2濃度等環(huán)境因素，都在相互影響、相互制約的狀態(tài)中對(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，環(huán)境要素的空間、時(shí)間變化都很復(fù)雜，溫室的電源供應(yīng)也多是采用的市電。目前國(guó)外的農(nóng)業(yè)溫棚已引入光伏智能溫棚技術(shù)，其主要在實(shí)現(xiàn)溫棚智能控制的同時(shí)用太陽(yáng)能電池板作為能源供應(yīng)。太陽(yáng)能電池板放置于光伏溫棚的頂部，在滿足植物生長(zhǎng)需要的同時(shí)，既能采集光照進(jìn)行發(fā)電，又能作為溫棚的外圍保護(hù)層，具有保溫、減少病蟲害，抗冰雹、輻射、暴雨、強(qiáng)風(fēng)等優(yōu)點(diǎn)。因此我們應(yīng)該根據(jù)我國(guó)當(dāng)代農(nóng)業(yè)狀況研制出適合我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的智能型光伏溫棚，并在農(nóng)業(yè)設(shè)施中廣泛推廣[1-3]。

1 光伏溫棚的智能控制系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)整體構(gòu)成

系統(tǒng)包括以數(shù)字微控制器為核心的控制平臺(tái)、光伏電源供電模塊以及空氣溫濕度傳感器1、土壤溫濕度傳感器2、光照強(qiáng)度傳感器3、風(fēng)速傳感器4、CO2及O2等氣體濃度傳感器5、植物病蟲害檢測(cè)傳感器6等生態(tài)環(huán)境檢測(cè)傳感器以及相應(yīng)的信號(hào)采集與處理單元電路，還有數(shù)據(jù)采集通訊接口和防盜報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警、水災(zāi)報(bào)警等安防報(bào)警單元電路，驅(qū)動(dòng)光伏水泵、自動(dòng)卷簾機(jī)、排氣扇、加熱爐、農(nóng)藥噴灑無(wú)人機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的繼電器驅(qū)動(dòng)單元電路，并配備鍵盤設(shè)置電路、LCD顯示電路。光伏溫棚生態(tài)環(huán)境檢測(cè)與控制裝置總體原理框圖如圖1所示。

圖1 光伏溫棚生態(tài)環(huán)境檢測(cè)與控制裝置總體原理框圖

1)光伏電源供電模塊：通過(guò)各種電力電子功率變換器將光伏太陽(yáng)能電源轉(zhuǎn)換成溫棚設(shè)備所需要的各種電能，保證溫棚內(nèi)用電的正常供應(yīng)。在天氣狀況比較好情況下，光伏單元輸出功率除了供應(yīng)溫棚內(nèi)各種交直流負(fù)載之外，將剩余能量通過(guò)四階段DC/DC智能充電器儲(chǔ)存到蓄電池組中，保證夜間或陰雨天為各種交直流負(fù)載提供動(dòng)力儲(chǔ)備。

2)空氣溫濕度傳感器1：通過(guò)空氣溫濕度傳感器1實(shí)時(shí)采集溫棚內(nèi)空氣溫度、濕度、植物葉面濕度等生態(tài)數(shù)據(jù)信息，然后送給信號(hào)采集與處理單元電路1。

3)土壤溫濕度傳感器2：通過(guò)土壤溫濕度傳感器2實(shí)時(shí)采集溫棚內(nèi)土壤的溫度、濕度、pH值、EC值等參數(shù)數(shù)據(jù)，然后送給信號(hào)采集與處理單元電路2。

4)光照強(qiáng)度傳感器3：通過(guò)光照強(qiáng)度傳感器3實(shí)時(shí)采集溫棚內(nèi)的光照強(qiáng)度等生態(tài)數(shù)據(jù)，然后送給信號(hào)采集與處理單元電路3。

5)風(fēng)速傳感器4：風(fēng)速的變化也是影響植物授粉、生長(zhǎng)甚至產(chǎn)量的一個(gè)重要生態(tài)環(huán)境因素，因此溫棚內(nèi)外風(fēng)速、風(fēng)向的檢測(cè)也是必不可少的。本單元模塊的主要功能是通過(guò)風(fēng)速傳感器4實(shí)時(shí)采集溫棚內(nèi)外的風(fēng)速、風(fēng)向等生態(tài)數(shù)據(jù)信息，然后送給信號(hào)采集與處理單元電路4。

6)CO2、O2等氣體濃度傳感器5：通過(guò)CO2、O2等氣體濃度傳感器5實(shí)時(shí)采集溫棚內(nèi)CO2、O2等氣體濃度生態(tài)數(shù)據(jù)信息，然后送給信號(hào)采集與處理單元電路5。

7)植物病蟲害檢測(cè)傳感器6：通過(guò)植物病蟲害檢測(cè)傳感器6實(shí)時(shí)采集溫棚內(nèi)各種植株上的病毒、蟲害、病菌、真菌、細(xì)菌、灰酶等病蟲害類型及種類等信息，然后送給信號(hào)采集與處理單元電路6。

8)信號(hào)采集與處理單元電路1：將空氣溫濕度傳感器1實(shí)時(shí)采集的溫棚內(nèi)空氣溫度、濕度、植物葉面濕度等生態(tài)數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集通訊接口上傳給以數(shù)字控制器為核心的控制中心。

9)信號(hào)采集與處理單元電路2 ：將土壤溫濕度傳感器2實(shí)時(shí)采集的溫棚內(nèi)土壤的溫度、濕度、pH值、EC值等參數(shù)數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集通訊接口上傳給以數(shù)字控制器為核心的控制中心。

10)信號(hào)采集與處理單元電路3：將光照強(qiáng)度傳感器3實(shí)時(shí)采集的溫棚內(nèi)的光照強(qiáng)度等生態(tài)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集通訊接口上傳給以數(shù)字控制器為核心的控制中心。

11)信號(hào)采集與處理單元電路4：將風(fēng)速傳感器4實(shí)時(shí)采集的溫棚內(nèi)外風(fēng)速、風(fēng)向等生態(tài)數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集通訊接口上傳給以數(shù)字控制器為核心的控制中心。

12)信號(hào)采集與處理單元電路5：將CO2、O2等氣體濃度傳感器5實(shí)時(shí)采集的溫棚內(nèi)二氧化碳、氧氣等氣體濃度生態(tài)數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集通訊接口上傳給以數(shù)字控制器為核心的控制中心。

13)信號(hào)采集與處理單元電路6：將植物病蟲害檢測(cè)傳感器6實(shí)時(shí)采集的溫棚內(nèi)各種植株上的病毒、蟲害、病菌、真菌、細(xì)菌、灰酶等病蟲害類型及種類等信息，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集通訊接口上傳給以數(shù)字控制器為核心的控制中心。

14)數(shù)據(jù)采集通訊接口：將各信號(hào)采集與處理電路采集到的溫棚內(nèi)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)信息通過(guò)各種通訊方式實(shí)時(shí)上傳給控制中心。數(shù)據(jù)采集通訊接口的通訊方式靈活多樣，可以根據(jù)實(shí)際情況具體選擇。數(shù)據(jù)信息能夠通過(guò)RS232、USB、I2C等通訊接口實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通訊，也可以通過(guò)TCP以太網(wǎng)、GPRS無(wú)線通訊等網(wǎng)絡(luò)方式將數(shù)據(jù)上傳到控制中心[4-5]。

15)鍵盤設(shè)置電路:通過(guò)鍵盤輸入設(shè)定，可以設(shè)定溫棚內(nèi)生態(tài)環(huán)境參數(shù)的上下限閾值，還可設(shè)定系統(tǒng)在自動(dòng)、手動(dòng)等不同工作模式下的設(shè)置。

16)安防報(bào)警單元:當(dāng)溫棚內(nèi)出現(xiàn)被盜、火災(zāi)、水災(zāi)等異常情況時(shí)，控制中心立即通過(guò)開關(guān)S11、S12、S13啟動(dòng)防盜報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警、水災(zāi)報(bào)警等安防報(bào)警裝置，發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警提示，并通過(guò)自動(dòng)撥打電話、發(fā)送信息通知值班人員，輕松實(shí)現(xiàn)溫棚的無(wú)人值守。

17)越線故障報(bào)警單元:當(dāng)采集到的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)超過(guò)控制中心設(shè)定的閾值上下限時(shí)，越線故障報(bào)警電路分別通過(guò)開關(guān)S21、S22、S23、S24、S25產(chǎn)生相應(yīng)的溫度語(yǔ)音報(bào)警、濕度語(yǔ)音報(bào)警、氣體濃度語(yǔ)音報(bào)警、光照強(qiáng)度語(yǔ)音報(bào)警以及病蟲害語(yǔ)音報(bào)警，并通過(guò)LCD顯示電路顯示出來(lái)。

18)驅(qū)動(dòng)及繼電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路:當(dāng)控制中心根據(jù)閾值算法進(jìn)行比較并判斷系統(tǒng)出現(xiàn)越線故障報(bào)警時(shí)，自動(dòng)快速地通過(guò)繼電器、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，控制開關(guān)S31、S32、S33、S34、S35分別接通加熱爐、光伏水泵、排氣扇、卷簾機(jī)、農(nóng)藥噴灑無(wú)人機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)改善溫棚內(nèi)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)溫棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，增強(qiáng)了溫棚控制的自動(dòng)化程度。

19)LCD顯示電路:第一，實(shí)時(shí)顯示溫棚內(nèi)空氣溫度、土壤溫度、相對(duì)濕度、CO2濃度、土壤水份、光照強(qiáng)度、水流量以及pH值、EC值等各生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)信息，供相關(guān)人員查看。第二，顯示溫棚的當(dāng)前運(yùn)行狀況、故障報(bào)警等信息，能夠直觀地顯示溫棚“正?！薄肮收稀薄皥?bào)警”等相關(guān)信息。

1.2 總體工作原理

系統(tǒng)以數(shù)字微控制器為控制中心，利用光伏太陽(yáng)能電池板發(fā)電，通過(guò)溫濕度、光照強(qiáng)度、氣體濃度等各種生態(tài)環(huán)境檢測(cè)傳感器以及相應(yīng)的信號(hào)采集與處理電路，實(shí)時(shí)檢測(cè)采集溫棚內(nèi)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)，然后通過(guò)通訊接口將數(shù)據(jù)上傳到控制中心?？刂浦行膶⒈O(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)存并通過(guò)LCD實(shí)時(shí)以曲線圖形式顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成歷史相關(guān)數(shù)據(jù)信息曲線圖、歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)出、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)自動(dòng)備份等功能。

控制中心對(duì)檢測(cè)到的棚內(nèi)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，當(dāng)采集到的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的閾值上下限時(shí)，越線故障報(bào)警電路產(chǎn)生相應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警，隨之通過(guò)繼電器、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，接通加熱爐、光伏水泵、排氣扇、卷簾機(jī)、農(nóng)藥噴灑無(wú)人機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)改善溫棚內(nèi)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)溫棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，增強(qiáng)了溫棚控制的自動(dòng)化程度。

當(dāng)溫棚內(nèi)出現(xiàn)被盜、火災(zāi)、水災(zāi)等異常情況時(shí)，控制中心立即啟動(dòng)安防報(bào)警裝置，發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警提示，并通過(guò)自動(dòng)撥打電話、發(fā)送信息通知值班人員，實(shí)現(xiàn)溫棚的無(wú)人值守。

1.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

1)采用LCD液晶實(shí)時(shí)顯示溫棚內(nèi)溫度、濕度、光照強(qiáng)度、通風(fēng)風(fēng)速、二氧化碳濃度、病蟲害、病毒等參數(shù)信息，同時(shí)配備防盜報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警、水災(zāi)報(bào)警等安防報(bào)警裝置，通過(guò)LCD屏幕顯示報(bào)警或語(yǔ)音報(bào)警。

2)數(shù)據(jù)采集通訊接口的通訊方式靈活多樣，可以根據(jù)實(shí)際情況具體選擇。該系統(tǒng)能夠通過(guò)RS232、USB、I2C等通訊接口實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)通訊，還可以通過(guò)TCP以太網(wǎng)、GPRS無(wú)線通訊等網(wǎng)絡(luò)方式將數(shù)據(jù)上傳到控制中心。

3)采用光伏水泵進(jìn)行噴灌，不僅節(jié)約大量水資源，同時(shí)大大減少了病蟲害的發(fā)生。

4)針對(duì)病蟲害異常狀況，采用農(nóng)藥噴灑無(wú)人機(jī)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑，噴灑的農(nóng)藥更加均勻，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和工作效率，減輕了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度并避免了噴灑對(duì)操作人員造成的中毒危險(xiǎn)。

2 光伏溫棚的智能供電系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)整體構(gòu)成

系統(tǒng)包括功率主電路和以DSP數(shù)字微控制器為核心的控制電路，原理框圖如圖2所示。

圖2 光伏溫棚智能供電裝置總體供電框圖

功率主電路包括Boost升壓變換器、DC/DC智能充電器1、市電智能充電器2和DC/AC逆變器。以DSP數(shù)字微控制器為核心的控制電路包括信號(hào)采集與處理電路1、信號(hào)采集與處理電路2、信號(hào)采集與處理電路3、信號(hào)采集與處理電路4、信號(hào)采集與處理電路5、信號(hào)采集與處理電路6、驅(qū)動(dòng)電路1、驅(qū)動(dòng)電路2、驅(qū)動(dòng)電路4、驅(qū)動(dòng)電路6、硬件保護(hù)電路1、硬件保護(hù)電路2、硬件保護(hù)電路4、硬件保護(hù)電路6、各種參數(shù)顯示電路以及電磁閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)各種開關(guān)動(dòng)作的執(zhí)行電路。

2.2 總體工作原理

系統(tǒng)采用兩路聯(lián)合供電設(shè)計(jì)方案：第一路供電方案包括太陽(yáng)能電池板+Boost升壓變換電路+DC/DC智能充電器1+蓄電池組+DC/AC逆變電路；第二路供電方案包括市電+市電智能充電器2+蓄電池組+DC/AC逆變電路。白天，優(yōu)先考慮太陽(yáng)能電池板供電方案，在太陽(yáng)光照較強(qiáng)時(shí)，開關(guān)S10閉合，光伏板直接通過(guò)Boost升壓變換電路、開關(guān)S12、開關(guān)S18給直流負(fù)載供電，或者通過(guò)開關(guān)S13、DC/AC逆變電路、S11給交流負(fù)載供電；當(dāng)光伏板輸出功率大于交、直流負(fù)載所需要的功率時(shí)，光伏板在給交、直流負(fù)載供電同時(shí)，將剩余能量通過(guò)開關(guān)S14、DC/DC智能充電器1、開關(guān)S15存儲(chǔ)在蓄電池組中。此狀態(tài)下，通過(guò)市電供電的這一路將斷開，即開關(guān)S21、S22、S23在控制器的控制下是斷開的。白天出現(xiàn)陰雨天氣或者夜間，當(dāng)光伏板輸出功率較低并且蓄電池組容量較高能夠繼續(xù)維持各種負(fù)載正常功率需求情況下，開關(guān)S10、S21、S22、S23均斷開，開關(guān)S12、S14、S15、S16、S18、S19閉合，由蓄電池組給直流負(fù)載直接供電，或者通過(guò)開關(guān)S13、S17、DC/AC逆變電路、S11給交流負(fù)載供電；當(dāng)光伏板輸出功率較低并且蓄電池組容量較低不能繼續(xù)維持各種負(fù)載正常功率需求情況下，開關(guān)S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19均斷開，開關(guān)S22、S23閉合，由市電通過(guò)市電智能充電器2給蓄電池組充電，同時(shí)通過(guò)開關(guān)S21直接給交流負(fù)載供電。

以DSP數(shù)字控制器為核心的控制中心，通過(guò)信號(hào)采集與處理電路對(duì)各單元模塊的電壓、電流以及溫度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)計(jì)算，然后借助各驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)各功率電路中功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，利用各硬件保護(hù)電路對(duì)各單元模塊進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)各種開關(guān)動(dòng)作的繼電器執(zhí)行電路去控制各開關(guān)斷開或閉合。

2.3 系統(tǒng)特色及優(yōu)勢(shì)

1)系統(tǒng)采用兩路聯(lián)合供電設(shè)計(jì)方案，分別是太陽(yáng)能電池板+Boost升壓變換電路+DC/DC智能充電器1+蓄電池組+DC/AC逆變電路供電方案、市電+市電智能充電器2+蓄電池組+DC/AC逆變電路供電方案。在節(jié)能環(huán)保的同時(shí)，提高系統(tǒng)的供電可靠性。

2)為盡可能地提高光伏板的發(fā)電效率，采用改進(jìn)的自適應(yīng)擾動(dòng)觀察法進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制。

3)蓄電池采用涓流充電、恒電流充電、恒壓充電和浮充充電四階段智能充電方案，優(yōu)化蓄電池的工作環(huán)境，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能和性價(jià)比[6]。

4)在現(xiàn)有的智能充電器基礎(chǔ)上，通過(guò)諧振網(wǎng)絡(luò)引入軟開關(guān)技術(shù)，使得電力電子功率開關(guān)器件工作在軟開關(guān)環(huán)境下，優(yōu)化功率開關(guān)管的工作環(huán)境，在功率開關(guān)管的開通關(guān)斷過(guò)程中，電壓電流不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)不為零的情形，大大減小功率開關(guān)管的開關(guān)損耗，提高變換器的轉(zhuǎn)換效率[7]。

5)采用LCD液晶顯示，能夠顯示光伏電源的當(dāng)前光照強(qiáng)度、輸出電壓、輸出電流、蓄電池充電過(guò)程中的充電電壓、充電電流、蓄電池的容量、蓄電池的當(dāng)前溫度、已充電時(shí)間以及充電還需多長(zhǎng)時(shí)間等參數(shù)，各類信息顯示直觀明了，方便工作人員了解和控制。

3 光伏溫棚網(wǎng)絡(luò)智能化控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)整體構(gòu)成

系統(tǒng)包括分布于各處的N個(gè)光伏溫棚智能終端和以數(shù)字微處理器為核心的智能總控中心。每個(gè)光伏溫棚智能終端均包括光伏電源供電模塊、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集模塊、LCD液晶顯示模塊、無(wú)線通訊模塊、各執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊。以數(shù)字微處理器為核心的智能上位機(jī)總控中心包括光伏電源供電模塊、無(wú)線通訊模塊、LCD液晶顯示模塊、鍵盤設(shè)定模塊，系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3 光伏溫棚網(wǎng)絡(luò)智能化控制系統(tǒng)框圖

3.2 總體工作原理

系統(tǒng)采用“終端光伏溫棚設(shè)備—無(wú)線網(wǎng)絡(luò)—總控中心”即“下位機(jī)—無(wú)線網(wǎng)絡(luò)—上位機(jī)總控中心”的網(wǎng)絡(luò)化、群控化智能控制模式。溫棚終端與總控中心之間通過(guò)無(wú)線通訊模塊利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程命令下達(dá)、自動(dòng)控制等功能，實(shí)現(xiàn)多個(gè)光伏溫棚間的網(wǎng)絡(luò)化、群控化控制。該系統(tǒng)增強(qiáng)了溫棚控制的自動(dòng)化程度，在利用光伏綠色能源發(fā)電節(jié)能環(huán)保的同時(shí)，節(jié)約了大量的人力、物力，降低了系統(tǒng)的投資成本，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

每個(gè)光伏溫棚終端通過(guò)光伏電源模塊進(jìn)行供電，利用生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集模塊采集溫棚內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度、通風(fēng)情況等生態(tài)環(huán)境參數(shù)并在LCD液晶實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)通過(guò)無(wú)線通訊模塊發(fā)送給上位機(jī)總控中心，并可在總控中心實(shí)時(shí)顯示和歷史查詢，然后在總控中心的宏觀調(diào)控下，控制各繼電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)卷簾機(jī)、排氣扇、加熱爐、水泵等進(jìn)行相應(yīng)的執(zhí)行處理。當(dāng)上位機(jī)總控中心出現(xiàn)故障時(shí)，各溫棚終端脫離上位機(jī)總控中心，各溫棚終端下位機(jī)依然可以工作在現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制模式，通過(guò)終端實(shí)時(shí)采集的溫濕度、光照強(qiáng)度、通風(fēng)情況數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)的閾值進(jìn)行比較，完成溫棚的自動(dòng)控制。

總控中心可通過(guò)發(fā)送命令或鍵盤輸入設(shè)定使各溫棚終端工作在遠(yuǎn)程命令工作模式、現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制模式和手動(dòng)模式三種不同的工作模式下，完成相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置?？偪刂行哪軌?qū)Ω鞴夥鼫嘏锝K端的詳細(xì)信息、工作狀況等進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警和查詢。上位機(jī)總控中心將收到的各溫棚終端采樣數(shù)據(jù)以表格形式顯示和存儲(chǔ)，然后將其與設(shè)定的報(bào)警值相比較，若實(shí)測(cè)值超出設(shè)定范圍，則通過(guò)屏幕顯示報(bào)警或語(yǔ)音報(bào)警，并記錄。與此同時(shí)，監(jiān)控中心可向現(xiàn)場(chǎng)控制器發(fā)出控制指令，監(jiān)測(cè)儀根據(jù)指令控制風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備進(jìn)行降溫除濕等操作，以維護(hù)溫棚內(nèi)作物的生長(zhǎng)環(huán)境。監(jiān)控中心也可以通過(guò)報(bào)警指令來(lái)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀上的聲光報(bào)警裝置，通知溫棚管理人員采取相應(yīng)措施來(lái)確保溫棚內(nèi)的環(huán)境正常，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫棚內(nèi)溫濕度的效果。

3.3 本系統(tǒng)特色與優(yōu)勢(shì)

1)采用“終端光伏溫棚設(shè)備—無(wú)線網(wǎng)絡(luò)—總控中心”即“下位機(jī)—無(wú)線網(wǎng)絡(luò)—上位機(jī)總控中心”的網(wǎng)絡(luò)化、群控化智能控制模式。各溫棚終端與總控中心之間通過(guò)無(wú)線通訊模塊利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程命令下達(dá)、自動(dòng)控制等功能，實(shí)現(xiàn)多個(gè)光伏溫棚間與總控中心的網(wǎng)絡(luò)化、群控化控制。該系統(tǒng)增強(qiáng)了溫棚控制的自動(dòng)化程度，在利用光伏綠色能源發(fā)電節(jié)能環(huán)保的同時(shí)，節(jié)約了大量的人力、物力，降低了系統(tǒng)的投資成本，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

2)各溫棚終端能夠在總控中心的宏觀調(diào)控下按既定模式進(jìn)行自動(dòng)控制工作，一旦上位機(jī)總控中心出現(xiàn)故障時(shí)，各溫棚終端脫離上位機(jī)總控中心，依然可以工作在現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制模式下，通過(guò)終端實(shí)時(shí)采集的溫濕度、光照強(qiáng)度、通風(fēng)情況數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)的閾值進(jìn)行比較，完成溫棚的自動(dòng)控制。

3)總控中心可通過(guò)發(fā)送命令或鍵盤輸入設(shè)定使各溫棚終端工作在遠(yuǎn)程命令工作模式、現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制模式和手動(dòng)模式三種不同的工作模式下，以及完成相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，操作模式靈活多樣?？偪刂行哪軌?qū)Ω鞴夥鼫嘏锝K端的詳細(xì)信息、工作狀況等進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警和查詢。

4)該裝置除了各光伏溫棚終端采用LCD液晶顯示各自的溫棚信息外，上位機(jī)總控中心也采用LCD液晶顯示，將各溫棚終端的詳細(xì)信息、運(yùn)行狀況以表格形式顯示出來(lái)。同時(shí)配備防盜報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警、漏水報(bào)警等安防報(bào)警裝置，通過(guò)LCD屏幕顯示報(bào)警或語(yǔ)音報(bào)警。在顯示故障進(jìn)行屏幕報(bào)警或語(yǔ)音報(bào)警的同時(shí)，還能夠自動(dòng)撥通電話或者自動(dòng)發(fā)送短信到值班人員手機(jī)上，輕松實(shí)現(xiàn)多個(gè)溫棚的無(wú)人值守。

4 光伏智能溫室大棚的前景展望

光伏智能溫室大棚利用光伏技術(shù)和智能控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)智能化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離對(duì)棚內(nèi)空氣溫度和濕度、植物葉面濕度、土壤溫度和濕度及pH值、EC值、光照強(qiáng)度，溫棚內(nèi)外風(fēng)速、風(fēng)向、CO2濃度、O2濃度等的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)，并根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)進(jìn)行“避雨”、殺蟲、灌溉等一系列工作，真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化，在減輕種植者負(fù)擔(dān)的同時(shí)，也提高了農(nóng)作物的生產(chǎn)效率。而整個(gè)系統(tǒng)只需要用大棚上安裝的太陽(yáng)能薄膜電池來(lái)供給能量便可運(yùn)行，無(wú)污染且節(jié)約能源，也保證了不便接入電網(wǎng)偏遠(yuǎn)地區(qū)的正常使用。

同時(shí)，通過(guò)參數(shù)設(shè)置及自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄，可以為農(nóng)藝工作者完成相關(guān)農(nóng)藝科學(xué)研究，了解不同生產(chǎn)條件對(duì)作物的生長(zhǎng)、品質(zhì)影響及生產(chǎn)方法的改進(jìn)，提供簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的手段。

目前，光伏技術(shù)和智能控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)智能化控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起步階段。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高對(duì)我國(guó)有著重要意義，多學(xué)科與農(nóng)業(yè)的融合將是農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然方向。而對(duì)于光伏行業(yè)來(lái)說(shuō)，將溫室大棚透光屋面充分利用，作為光伏發(fā)電的建筑基礎(chǔ)，可以節(jié)約大量的土地資源，有助于實(shí)現(xiàn)低成本發(fā)電。另外，加強(qiáng)對(duì)各類作物生長(zhǎng)機(jī)理的基礎(chǔ)性研究對(duì)普及和推廣這種光伏智能溫室大棚有著重要意義，有助于推動(dòng)這種溫室大棚從概念性展示向?qū)嵱秒A段的發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)既提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量又兼顧發(fā)電的雙贏目的。