CN1220821A - 农业园艺温室的智能化控制系统 - Google Patents

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陈金星
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Abstract

本发明是一种农业园艺温室的智能化控制系统,主要特点是把计算机技术使用于农业园艺温室的调控、管理,使得温室可在最佳的植物生长条件下运行;而且本发明实现全程跟踪记录、监督,进行历史数据管理。本系统主要包含有一作为系统调度管理中心的上位计算机、温室现场控制装置、局部数字通讯网、设置在温室内外的各路系列传感变送器及变换温室各相应参数的执行机构。本发明还具有提高管理水平及减少运行管理的劳动强度等优点。

Description

农业园艺温室的智能化控制系统
本发明涉及农业园艺，属于一种温室控制系统。
过去，除植物生命科学研究或少量花卉种植配置有人工气候室或温室(暖棚)外，基本上没有工厂化、生产性的温室。随着现代社会的高速发展，城镇人口在迅速增加，产生了居住、生活与吃的问题的矛盾，结果是城郊的蔬菜地越缩越小；另一方面，随着生活水平的提高，人们要求社会尽可能地提供无公害蔬菜，但原来的蔬菜生产方式却难以提供这类无污染的蔬菜。因此，瓜果蔬菜种植生产的工厂化势必是农业园艺的必然发展方向之一，而且已经有试验级的农业园艺温室出现。因为农业园艺温室是作瓜果蔬菜种植生产用的，因此，温室条件要符合植物生长要求，而且要求温室能实现常年多荐种植生长。众所周知，植物的生长涉及水分、养分、温度、光照等，故温室条件至少应该包括可控制的温度、湿度、光照度、喷淋(或滴灌)、CO2、风力等。现有的一些较先进的温室，已配置了相应的设备，如多层结构的薄膜室壁(或玻璃墙、顶)、电动机带动的顶窗、侧卷帘、红外辐射装置、加热装置、喷淋、喷雾及滴灌装置、施肥管道、CO2输送管、排气风扇等，但至今对这些设备的操作还均是人工分别点控或手动的。这一方面，人工操控会因人而异，如掌握标准不一致或不准确，而且常会发生疏漏，一旦出现差错，将影响作物的生长及收获；另一方面，人工操控基本上不能作到按植物生长规律科学地配置好各项条件，因此难以获得最佳收成。
本发明的目的是提供一种农业园艺温室的智能化控制系统，使该控制系统能实现分埸设定、控制，集中统一监测管理，能配置出并维持植物最佳生长条件，达到工厂化常年连续多荐种植的目的。
实现上述目的的本发明，主要包含有一作为系统调度管理中心的上位计算机、温室现场控制装置、局部数字通讯网、设置在温室内外的各路系列传感变送器及变换温室各相应参数的执行机构；温室现场控制装置通过局部数字通讯网与上位计算机相联，各路系列传感变送器分别接入温室现场控制装置，该控制装置分别控制相应的执行机构动作。
本发明中的温室现场控制装置主要包括一中央处理器、与中央处理器相联的控制设定键、LED显示器、A/D转换电路、TTL输出电路及控制柜；各路系列传感变送器接收的讯号输入至A/D转换电路，该讯号经中央处理器处理后由TTL输出电路传送至控制柜，该控制柜内相应的继电器控制各相应的执行机构动作。此外，本发明在温室现场控制装置中还包设置有一组报警装置，该报警装置的各路报警机构与控制柜内相应的继电器相连接。
如上所述本发明的运行方式是：上位计算机通过局部数字通讯网与温室现场控制装置相联，构成一个分布式计算机监控系统，进行全系统的集中数据管理，实现运行参数与模拟状态显示、历史数据管理、运行记录报表、远动控制功能、控制指导及定时等功能。对温室现场控制装置而言，可实现各种实时测量、控制、分析与通讯功能，独立地或与其它现场控制装置及上位计算机(中心管理工作站)配合完成控制系统的监测、控制及管理工作。分布设置在温室内、外各测量点的各种传感变送器，如温度、湿度、光照度、CO2、风力、雨量等传感变送器，分别接入与中央处理器(CPU)相联的A/D转换电路(接入A/D转换集成电路芯片的接口)，中央处理器的输出端联接TTL输出电路，该输出电路以电平信号传送至控制柜，以控制其中的固态继电器动作与否。本发明中，温室现场控制装置的LED显示器与控制设定键通过一键盘显示接口与中央处理器相联。本发明系统运行时，首先对各温室现埸通过控制装置的控制设定键向其中央处理器设定温室室外的季节气候工况、温室室内的各个植物种植条件；以后，当设置在测量点的传感变送器传送来的讯号与设定值有差值(超过允许范围，如现室温高于设定温度3℃)，中央处理器即输出信号，使控制箱内的固态继电器动作，启动温室某执行机构改变状态(如打开侧窗、卷帘，改变通风状态，或打开遮阳膜，减少日照度)，直至测量现值与设定值基本一致。
本发明的主要特点是把计算机技术使用于农业园艺温室的调控、管理，使得温室可在根据植物生长要求而设定的最佳生长条件下运行；而且本发明实现全程跟踪记录、监督，进行历史数据管理，这将为种植作物产量的提高和温室技术的进一步发展能提供科学依据。故本发明具有有效提高温室在使用中的质量，节省运行能耗，并具有提高管理水平及减少运行管理的劳动强度等优点，能取得良好的经济效益和社会效益。
本发明的一个较佳实施例如附图所示，以下结构附图所示实施例对本发明作具体说明
附图说明：
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明中温室现场控制装置的连接框图。
图3为本发明中单板机(微处理器)及与计算机的连接框图。
与本实施例相关的温室其结构及设施中主要包括：保温膜型顶、壁体及其卷放执行机构，顶窗、侧帘及其启闭执行机构，遮阳膜及其卷放机构，土壤和空气加热器，喷雾、喷淋及滴灌装置，红外辐射装置，CO2气源、气泵及管道，排气风扇，设置在温室内、外各测量点的各有关温度、湿度、光照度、雨量、CO2浓度、限位开关等各路系列传感变送器等。
首先请参阅图1，本发明主要包含有一作为系统调度管理中心的上位计算机1、主要由单片机系统和控制柜构成的温室现场控制装置2和局部数字通讯网构成，设置在温室内外的各路系列传感变送器4联接至现场控制装置2的单片机系统5的A/D转换接口芯片12上(见图2)，变换温室各相应参数的执行机构3与现场控制装置2中的控制柜6内的固态继电器相连接(见图2)；温室现场控制装置2通过局部数字通讯网与上位计算机1相联。
本实施例中的温室现场控制装置2如图2所示，主要由一单板机系统5和一控制柜6构成，其中，单板机系统5主要由中央处理器10、与中央处理器10相联的控制设定键7、LED显示器9、A/D转换电路11及其接口12、TTL输出电路13及其相应接口组成；控制柜6设置在单板机系统5的输出端，并且在该控制柜6上还设置有一组报警装置14。各路系列传感变送器4接收的讯号经A/D接口12输入至A/D转换电路11，该讯号经中央处理器10处理后由TTL输出电路13经相应接口传送至控制柜6，由该控制柜6内相应的光电隔离固态继电器22(见图3)控制各相应的执行机构3动作。本实施例设计采用了公知的一片8032CPU芯片10、二片ADC0817A/D转换电路芯片11、具有34个连接端的A/D接口12、二片8255TTL输出电路13和一片8279键盘显示接口8组成本单板机系统；并且，由图3见，8032CPU芯片10的外围器件包括：二片74LS245总线驱动器19、15、-374地址锁存器16、-367同向驱动器17、-74LS92分频器18和与地址总线及数据总线相连的-2764只读程序存储器20和-2817A电可擦可读程序存储器21。
以下举一运行实例来进一步说明本发明。目前国际上农业园艺温室技术中，温度控制是一主要课题，特别是都在探讨防止室内温度过高的控制手段和方法。本发明是这样建立温室夏季工况程序、实现高温季节温室室温控制的：首先收拢起保温膜，关闭低温报警器、土温加热器和空气加热器，进入温度、湿度、光强和风速的设定。设定温度为28±2℃，湿度定为70％±10％，光强定为3.6mmol.m-2.s-1，风速定为19米/秒。控制装置2则先对环境及基质的有关物理参数采样，同设定的风速、光强及室内温、湿度相比较，决定撑开或收起遮阳网、开启或关闭侧窗和卷帘的程度。如温度低于24℃，则控制收拢起遮阳网，关闭排风扇、卷帘及侧窗；如温度在24-26℃之间，则收拢遮阳网，关闭或开启排风扇，开启1/3卷帘及1/2侧窗，进入温度调控；如温度在26-30℃之间，则通过判断风速和光强，决定撑开或收拢遮阳网，同时通过将温室内温度值不断同设定温度值比较，先决定开启侧窗和卷帘的程度，再决定开启排风的时间；如温度大于30℃，则通过判断风速和光强，决定撑开或收拢遮阳网。通过不断同设定的温湿度及风速相比较，并参考雨淋情况，先决定开启侧窗和卷帘的程度及遮阳网所取状态，再决定室内喷雾排风以至室外喷淋的时间。由于本发明中打开侧窗和卷帘及撑开遮阳网的程序中均设有判断雨淋和风速的子程序，使温室在恶劣气候条件下使用的安全性大提高。以上控制方法，经实践证明其有较好的操作性和控制效果。

Claims (3)

1，一种农业园艺温室的智能化控制系统，其特征在于主要包含有一作为系统调度管理中心的上位计算机、温室现场控制装置、局部数字通讯网、设置在温室内外的各路系列传感变送器及变换温室各相应参数的执行机构；温室现场控制装置通过局部数字通讯网与上位计算机相联，各路系列传感变送器分别接入温室现场控制装置，该控制装置分别控制相应的执行机构动作。
2，根据权利要求1所述农业园艺温室的智能化控制系统，其特征在于所说温室现场控制装置主要由一中央处理器、与中央处理器相联的控制设定键、LED显示器、A/D转换电路、TTL输出电路及控制柜；各路系列传感变送器接收的讯号输入至A/D转换电路，该讯号经中央处理器处理后由TTL输出电路传送至控制柜，由该控制柜内相应的继电器控制各相应的执行机构动作。
3，根据权利要求1或2所述农业园艺温室的智能化控制系统，其特征在于所说温室现场控制装置中还设置有一组报警装置，该报警装置的各路报警机构与控制柜内相应的继电器相连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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