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　　溫室環(huán)境監(jiān)測與控制的未來發(fā)展方向

　　設(shè)施農(nóng)業(yè)被看作是21世紀(jì)最具活力的農(nóng)村新產(chǎn)業(yè)，集中代表了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，是21世紀(jì)中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要支柱，但設(shè)施園藝是一項高投入、高產(chǎn)出的產(chǎn)業(yè)，它的高投入不僅體現(xiàn)在建設(shè)過程中，高能耗是更重要的一方面。據(jù)統(tǒng)計，大型加溫溫室能源成本占運(yùn)行成本的40%~60%(不含夏季降溫能耗)。荷蘭溫室耗能占全國天然氣總消耗電10%，溫室采暖設(shè)施費(fèi)用占溫室總投資的25%左右；在日本每生產(chǎn)10kg黃瓜需消耗5L石油，比糧食生產(chǎn)消耗的能量高50~60倍。據(jù)統(tǒng)計中國燃料費(fèi)用甚至要占生產(chǎn)費(fèi)用的60%。Sheard，G.F.也指出，全世界一年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的耗能有35%用于溫室的加溫，能源消耗的費(fèi)用占溫室作物生產(chǎn)總費(fèi)用的15%~40%，智能的溫室控制系統(tǒng)可使同時期的溫度從21.1℃升到22.1℃，總能量消耗可減少34%。

　　隨著數(shù)字化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工廠在中國的推廣，環(huán)境調(diào)控已成為增加生產(chǎn)，提高種植效益的重要手段，這一點已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，提高溫室環(huán)境監(jiān)測的有效性，降低溫室能耗費(fèi)用，是溫室研究的一個重要方向。

　　1 溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

　　最近幾年來，由于溫室能源消耗占成本的比例很大，許多研究者從節(jié)省溫室能源消耗為出發(fā)點對溫室進(jìn)行改進(jìn)，其中改進(jìn)控制系統(tǒng)的性能也成為一重要的研究領(lǐng)域，許多新型的控制算法嵌入控制系統(tǒng)中，也取得了很好的效果。1984年UdinktenCateandChalla描述了包含溫室環(huán)境、短期作物、長期作物三層的分等級系統(tǒng)，基于葉子光合作用模型的動態(tài)氣候控制系統(tǒng)，為了延長花期的CARE系統(tǒng)，1998年，李萍萍等研究的溫室環(huán)境因子綜合自動控制系統(tǒng)。近幾年，優(yōu)化的氣候控制系統(tǒng)發(fā)展的很迅速，適用性也很好，以最佳生態(tài)位為標(biāo)準(zhǔn)的跟蹤反饋控制系統(tǒng)，以溫度為主控參數(shù)的日光溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)，用數(shù)學(xué)模型描述植物的生理過程實時控制智能生長系統(tǒng)，在溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中集成了動態(tài)的模型。這些系統(tǒng)的設(shè)計越來越以植物生長的最適宜環(huán)境為中心，進(jìn)行整體的設(shè)計。

　　2 溫室環(huán)境控制的算法方面

　　從早期的PID算法，以及余勇對PID算法改進(jìn)的Smith預(yù)估器在溫度控制系統(tǒng)中,能使溫度控制精度達(dá)到±0.2℃左右，到綜合考慮溫室內(nèi)溫度、濕度、光照度、CO2濃度等生長環(huán)境綜合作用的多變量綜合控制法，再到融入一些新算法的控制器，如汪小曰山等提出的溫室內(nèi)溫度的模糊控制，模糊控制最大動偏差為1.5，加熱系統(tǒng)的靜差為0.5℃。朱偉興等研制的遺傳優(yōu)化模糊控制器，能不斷根據(jù)溫室結(jié)構(gòu)和作物生長情況的變化來自動修正控制算法，效果明顯提高。任雪玲等針對溫室環(huán)境控制中時延問題的預(yù)測模糊PID控制，可以提前預(yù)測溫室環(huán)境的時滯，比單純的模糊控制器穩(wěn)態(tài)精度有了進(jìn)一步提高。陳聯(lián)誠等用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法建立了溫度自動檢測系統(tǒng)，溫度檢測平均誤差為0.4℃。宮赤坤等用遺傳模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法研究的溫室溫濕度遺傳模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，實驗表明是可行的。龍利平研究專家系統(tǒng)控制算法，系統(tǒng)精度控制在0.5℃左右，完全滿足溫室溫度控制的要求。這些新的算法如模糊控制算法、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法、專家系統(tǒng)控制算法等，有效的提高了控制系統(tǒng)的精度和效率。

　　3 溫室環(huán)境控制硬件方面

　　早期使用的單片機(jī)的控制系統(tǒng)，如果系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)都會失控。中期使用基于工業(yè)控制機(jī)(IPC)的溫室控制系統(tǒng)，所有輸入、輸出功能都由IPC集中控制，危險過于集中，一旦工控機(jī)發(fā)生故障將會使整個系統(tǒng)癱瘓。后期有基于PLC(可編程邏輯控制器)的溫室控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)多臺PLC、多個溫室的網(wǎng)絡(luò)化分布式控制；集散型溫室控制系統(tǒng)(Distributioncontrollingsystem:DCS)，即分布式控制系統(tǒng)。近來的嵌入式Linux系統(tǒng)，可提高溫室系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)支持、并發(fā)處理及功能升級能力，降低系統(tǒng)開發(fā)難度，滿足溫室計算機(jī)控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化的需要，是溫室控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的前提，總線也由基于RS-485總線控制模式到基于現(xiàn)場總線溫室智能控制系統(tǒng)模式。現(xiàn)代溫室正向著自動化、智能化、多媒體化與網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。