日照温室大棚自动卷帘机与智能通风控制系统设计

日照温室大棚自动卷帘机与智能通风控制系统设计

作者：孔国利苏玉

来源：《湖北农业科学》2015年第24期

摘要：针对在传统日照温室大棚管理中存在收放保温卷帘和通风劳动强度大等问题，设计了自动卷帘与智能通风控制系统，系统主要由环境监测节点、执行节点和控制决策中心组成。节点在控制器C8051F020平台上开发而成，实现了对棚内温湿度、CO2浓度和光照度的监测，并通过无线模块nRF905上传到控制决策中心，根据作物生长专家知识库对风机和自动卷帘机进行控制，达到调节棚内环境参数的目的。结果表明，该系统能准确测量棚内的环境参数，并通过控制风机对温湿度进行自动调节，为作物的高产创造了条件，实现了温室大棚种植的精准化和智能化管理。

关键词：温室大棚；智能通风；自动控制；作物生长专家知识库

中图分类号：TP273+.5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）24-6386-03

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2015.24.076

Abstract： For the intensity of work of insulation shutter and ventilation in the sunlight greenhouse management，an automatic rolling machine and intelligent ventilation control system which is composed of environment monitoring nodes，action node and the control decision center is designed. The nodes are developed on the platform of Processor C8051F020，which can monitor the temperature，humidity and CO2 concentration，and upload to the control decision center by the wireless module nRF905，then control the fan or autoatic rolling machine to adjust the environment parameters in the greenhouse according to the crop exper knowledge base.The experiment results on the fruit setting period tomato show that the designed system can accurately measure the environment parameters in the greenhous，and automaticly adjust the temperature and humidity by controlling the fan working condition，which can improve the crop yield and realize the precise and intelligent management of the greenhouse planting.

Key words：greenhouse；intelligent ventilation； automatic control；crop expert knowledge base

日照温室大棚内种植的大多是反季节作物，对生长环境的要求极为苛刻，尤其是对温湿度、CO2浓度和光照度的要求更为严格[1-3]。传统日照温室大棚一般采用在日出和日落时通过收放保温卷帘保持夜间棚内的温度，通过开窗放风来调节棚内白天的温湿度和CO2浓度，耗费了大量的人力。由于不同的作物具有不同的生长周期，每个生长周期对环境的参数要求也各不相同，如果工人对环境的观察经验不足，就会使作物一直处于恶劣的环境中，影响作物的正

常生长，最终导致作物的减产，甚至绝收。因此，本研究设计了日照温室大棚自动卷帘机与智能通风控制系统，利用在棚内设置温湿度和CO2浓度采集节点获取环境参数，根据系统中的作物生长专家知识库，自动对棚内的风机和保温卷帘进行控制，使作物始终处在最佳的生长状态，实现了现代化温室大棚的精准化管理，同时也大大降低了工人的劳动强度。

1 日照温室大棚的总体设计

1.1 日照温室大棚基本构成

作物在白天不断进行光合作用，消耗大量的CO2，并释放出O2。CO2浓度的降低直接影响光合作用，从而影响作物的正常生长。同时，由于温室温度升高后导致酶的活性增加，呼吸作用增强，释放大量的水蒸气和热量，导致棚内湿度的增加，增大了作物发生病虫害的风险，而且棚内温度过高影响作物的正常生长。为了使温室大棚内的温湿度和CO2浓度适合作物生长，就需要通风换气。传统开窗换气的方法如果没有自然风，空气无法流动，达不到预期效果，而且效率特别低。为此本设计采用主动排风方法，在日照温室大棚的两侧分别设置进风通道和排风通道，并安装大功率风机，如图1所示。当两台风机同时工作时，棚内空气循环流动，不仅能降温和排湿，还能补充棚内的CO2，促进作物的光合作用[4，5]。

当光照度不能满足作物的光合作用需要时，或者遇到阴天和雪天时，棚内温度就会降低，为了避免作物冻伤需要采取保温措施。传统方式是人工收放保温卷帘，这不仅工作效率低，而且工人劳动强度大。为此设计了机械化卷帘技术，通过电机带动卷帘绳，对保温卷帘进行收放。

1.2 自动智能控制

日照温室大棚自动卷帘机与智能通风控制系统主要分为环境监测节点、执行节点和控制决策中心组成。其中，环境监测节点主要由光照度监测节点、CO2浓度监测节点和温湿度监测节点构成[6]；执行节点主要由保温卷帘控制节点和通风风机控制节点组成。考虑到日照温室大棚内环境比较复杂，如果采用有线通信方式会使棚内的线路交叉，不仅布线困难，也不便于日常维护。同时，由于节点之间的通信距离较短，采用短距离2.4 G无线短距离通信方式即能解决这一问题。系统的总体结构如图2所示。由于棚内空间比较大，风机不工作时内部空气流动性差，会导致局部CO2浓度或温湿度不均匀，为了更好地调节整个大棚内的CO2浓度和温湿度，控制风机的工作状态，采用了2个CO2浓度监测节点和2个温湿度监测节点，并分别部署在日照温室大棚的不同位置。一般布置在大棚长度方向1/3和2/3一高一低处，这样就能够较全面地测定在不同位置和水平面上的环境参数数据。

管理软件通过作物生长专家知识库分析适合农作物生长、提高产量的环境参数和辅助决策，将采集到的环境参数，向执行节点发出通风和调节光照的指令，温室的气候参数始终保持在最佳状态。若监测到的环境参数超出阀值，会立刻启动相应的执行设备进行调节。同时，通过短信网关，向预设的管理者手机发送报警信息。