智能大棚的研究现状及设计原则
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作者:刘显忠
摘要：近年来，随着社会经济水平的不断发展，人们生活水平的提高，反季节水果的需求越来越大。更多的新型科学技术也被运用到种植中，智能大棚的建设为农业发展贡献了很大的力量，智能大棚的普及非常迅速。基于国外智能大棚的先进理念，智能监测及控制技术可使大棚中的作物始终处于最佳生长环境，保证作物的产量以及质量，实现农业高效生产。
关键词：智能大棚;控制;系统
中图分类号： TP273 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2019.16.061
1 智能大棚研究现状
将智能控制系统应用到温室栽培的作物上就是智能大棚的作用，主要采用最先进的生物模拟技术，利用温度、湿度、CO2、照度传感器等模拟最适合温室植物生长的环境。检测大棚内的数据，数据分析通过微电脑，电脑监控水幕、风扇、遮阳板等棚内设施，改变温室内的生物生长环境。相比于普通大棚而言，智能大棚智能控制的最大优点是其可以相对不断地控制温室内的环境。对于环境要求较高的植物，可以避免因人为因素造成的生产损失。就生产来讲，大棚的建设应用了智能控制系统以后，与人工控制的温室相比，产量和质量都得到了大大提高。当然，大棚的效益根据作物的不同也会存在不同的效果，就运营成本来讲，智能大棚的应用为具有一定规模的种植企业提供了便利，节省了企业的用人数量，大大降低了成本，节省下来的资金可以用来对设备进行改进。智能大棚的应用时间越久节省的劳动经费越多，企业的利润就会越多。智能大棚强大的系统具有很好的扩展性，经营者可以通过较少的编程或外部设备的改进种植不同种类的农作物。
随着我国现代技术的快速发展，我国农业生产中现代化的智能温室大棚已经得到了广泛的认同与普及。智能大棚应用的技术和材料相比于传统的温室大棚都有了许多的变化，有更多先进的材料帮助智能大棚做到提高作物产量和质量的作用，例如，利用高分子制作的纳米材料，以及多种功能的塑料薄膜。
为了解决过去普通大棚不能很好地调节温室中作物的生长参数，人们创造出了一种新的生产方式和管理模式，从而更好地管理大棚内的生态环境和提高农作物的产量。这种新型的模式就是智能大棚系统，这个系统给作物提供了更加稳定和适宜的生存环境。传感器实时检测温室中的光照强度、湿度、温度和氧化碳浓度，并将其传输到电脑中进行参考，帮助人们分析。当数据异常时，温室智能系统会发出警报。人们可以通过对监控数据的分析调节大棚中的数据。调整包括光照强度、灌溉作物、增加CO2浓度和通风等数据内容，并始终观察作物是否处在最佳的生产环境。智能温室是在新科技与新材料相结合的基础上设计的。
在智能大棚的建设以及智能大棚环境监控的方面，国外的技术研究水平一直在我国之上。目前，全世界的科学技术水平发展快速，许多发达国家在农业智能温室监控方面的技术发展更为快速，已经在智能大棚的建设上使用自动化管理系统并向全智能化的方向发展了。虽然早期的国外温室监测技术只对温室内的空气温度和湿度，土壤湿度、CO2浓度和光照强度等环境因素进行单一的监测。但是欧洲工业生产相对发达的一些国家确实从很早就开始研发农业温室监测的技术。荷兰，美国，加拿大和以色列等工业化国家长期以来一直使用一些数据采集工具来测量温室中的环境因素。根据温室作物的环境需求进行收集和控制，可以简化温室作物监测的机械化和智能化。
国外智能大棚的建設随着高科技的不断发展也得到了更高的发展，其中，应用到的科学技术包括计算机网络技术，无线通信技术和自动控制技术。在智能温室监测技术中，美国采用智能温室网络监测系统，将环境调控，土壤灌溉和作物施肥相结合。整个系统集成了各种生产控制，并根据温室中传感器收集的数据控制温室。每个执行动作都使智能温室的控制更有效，并提高了投入产出比。
目前，国外智能温室内的设施发展良好，制定了一系列规范性指导方针。智能大棚技术在与计算机网络技术，专家系统技术，现代测控技术和远程遥感技术之间相互融合方面取得更好的融合，帮助国外智能大棚建设技术更好的发展。
2 智能大棚的设计原则
智能大棚在设计建设过程中有很多需要注意的方面。确保资源消耗和作物产量是基于更高的总体经济回报的智能控制系统的最佳目标。温室智能控制的最终目标是最大化经济效益，因此，智能大棚的控制系统有以下要求：
2.1稳定性和安全性
保证整个作物系统可以在大棚中正常工作。对传感器模块的要求要做到保证精度高和稳定性好。保证传感器可以适应大棚中各种复杂的环境条件。收集到错误的数据时，系统可以自动消除错误的数据，让数据的正确性得到保证。
2.2模块化设计和扩展性
为了满足智能大棚对环境综合调控上的严格要求，大棚的智能化程度也要做到不断提升。保证系统的可延展性，利用模块化的设计理念，将大棚设计为能够满足作物更换的要求。
2.3简单方便的人机交互界面
用户界面设计简单，将界面中对设备操作过程的方法简单化和设备参数设置的通俗易懂，帮助经营者操控智能大棚系统。它可以实时显示温室中的环境参数和相关设备状态，并具有相应的语音提示。
2.4成本低
低成本是任何系统都必须考虑的因素。如何最小化系统操作的需求资金是该系统的要求之一，而且在不影响系统正常运行的前提下。在满足功能的前提下，选择既实用成本又低的组件，在电路的设计上要保证设计程度尽可能简单。
3 结语
农业设施是衡量现代农业发展的重要标志。农业设施的发展是发展农业现代化的首要任务。大棚是设施农业的重要组成部分。温室环境参数的智能调节是温室技术的关键。所以，建设智能大棚是时代进步的必然选择。
作者简介：刘显忠，硕士，副教授，研究方向：电气工程。
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