[基于虚拟仪器技术的温室控制系统研究]温室控制系统
时间：2019-04-17 03:17:13 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文结合工作实践，从研究虚拟仪器技术的温室控制系统的原因及意义出发，在分析我国温室检测技术的研究现状基础上，提出了温室检测系统研究方案和对温室技术的展望。把计算机技术、传感器技术等技术结合起来的问世控制系统，主要针对一定环境中控制植物的生长，分析对它们在生长过程中受到环境中各种因素的影响，如何才能合理地控制这些配套设备的运作和协同则需要有一套完善的硬、软件温室系统进行控制。本系统应用虚拟仪器LabVIEW软件进行检测软件的设计与实现来采集和分析数据。
关键词：虚拟仪器 温室 环境检测 计算机监控 LabVIEW
1 研究的原因及意义
由于我国人口增长速度快，耕地面积逐年减少，所以在有限的资源上，达到农作物的收成更好、更优质以及更加高产、高效，就必须应用现代化高科技的设施农业来实现。温室种植是现代农业的有效途径，温室控制可有效提高土地利用率和能源利用率，并可通过对环境的控制，提高农产品品质，降低成本。其中对植物生长影响最大的是温度、湿度和光照和二氧化碳浓度等。环境中昼夜的温度、湿度和光照度的变化大，对植物生长极为不利。为了在温室内得到适合农作物的生长的环境因素，我们就必须对温室进行人为地控制，并且适时检测。进行温室控制栽培后，夏季的蔬菜瓜果以及花卉甚是可以冬季种植、销售，有效提高人们生活质量。温室控制还可以人为消除或减少虫灾、水涝、旱灾等这些灾害的不利影响，使农作物更好的生长。经过温室控制也可以满足各种优质高产的新品种对生存环境的苛刻要求。所以温室是利用可调控的技术手段，在不适宜露地植物生长的季节用来栽培植物的设施，它可改变植物生长的外部环境，为植物创造最佳条件，从而达到高效、高产的目的。
2 我国温室检测技术的研究现状
但由于我国的温室业起步晚，发展时间相对较短，使用过程中还存在较严重问题，需要在技术上进一步提高和改进。但是也产生了许多有价值的研究成果，如浙江大学开发出掌上型温室环境测控系统，延安大学研制了基于单片机的温室环境数据采集终端。然而由于成本和技术普及等方面的限制，在实际生产过程中的应用受到严重制约，限制了推广和应用，另外，引进温室的一些运营模式与我国实际情况不符，因此与我国的气候特征不相适应。还有，其控制方式一般都比较简单，对进一步功能上的扩展要求无法完成，综合上述情况来看温室技术还有待研究提高。
所以，开发出产生明显经济效益、符合我国国情的，并适用于大范围推广自控温室系统已经迫在眉睫。开发出这样一套易用、易安装的温室环境检测系统对于温室环境的自动化控制和智能化管理具有重要意义。
3 温室检测系统研究方案
有效地控制这些配套设备的运作和协同需要有一套完善的硬、软件温室系统进行控制。温室检测系统主要采用美国NI 公司的虚拟仪器软件开发平台LabVIEW，检测功能强大，并且能很方便的实现数据的读取、存储等功能，与原来的开发工具相比较为简单，不仅有强大测控功能，而且系统的灵活性也很好，虽然它的发展历史不是很长，可它已经应用于各行各业，成为自动测控与仪器应用开发中科学家和工程师们需要的首选工具。通过研究温室环境中各种参数的测量范围，传感器检测其环境因素，经由控制系统的8路模拟量、数字量输入接口传输到CPU中，利用虚拟仪器软件LabVIEW强大的测试功能对系统设定值进行比较、判断、处理以及相关数据的存储。然后将CPU处理后各种控制结果通过16路开关量输出口传送到电机和电磁阀等执行机构上，从而实现对温室的控制。
3.1 温室中测控对象的研究 温室中测控对象主要是在温室中对作物生长和发育有影响的各种的环境因素，如温度、湿度、二氧化碳浓度等，它们的优化控制十分重要。
3.1.1 温度对作物的生长发育影响：作物在生命周期中发生的生物化学反应，都必须在一定温度下进行，温度控制包括冬季采暖和夏季降温。温度控制系统主要采用温度传感器检测室内温度，原理为采用热电偶测温。它是将两种不同材料的导体或半导体a和b焊接起来，使其构成一个闭合回路。当导体a和b的两个执着点1和2之间产生温差时，它们之间就会产生电动势，在回路中就形成了电流，经过计算机处理后得到适合农作物需要的温度。
3.1.2 湿度也是温室环境控制十分重要的因素。温室湿度检测范围一般在20%RH-100%RH，精度为±3%。过低的湿度将使作物得不到适当的水分而使生长受阻，而温室中空气的湿度较大，这样作物不易缺水，作物蒸腾量减少，对植物的生长发育有利。但如果空气湿度过大，作物的茎叶生长过旺，即造成疯长，对作物的开花结果有影响。
3.1.3 二氧化碳直接影响植物的光合作用，它的浓度低，植物光和作用率低，直接影响作物的生长发育。因此必须提供充足的二氧化碳。
除上述三种主导因素外还有光照、土壤水分等因素，所以在设计使用计算机控制温室各种参数时，要对温室内环境因素实时检测，这样才能得到更好的产量。
3.2 信息采集与检测 在温室控制系统中，运用虚拟仪器技术进行计算机控制设计，实现采集信息实时显示和数据存储更加准确。虚拟仪器本质上是一个开放型的结构，由通用计算机、数字信号处理等硬件系统来提供信号处理、存储和显示的功能，由数据采集板等进行信号的获取和控制，实现仪器的功能。虚拟仪器系统可以采集和记录从传感器传来的数据，并对其统计、滤波等处理，从而实现监控功能。
数据采集主要是通过各种传感器对外界环境因素进行测量，然后采集数据，通过处理信号将结果传入虚拟仪器，计算机也随之得到数据。采集数据的精确度和测控系统的好坏主要由传感器直接影响。传感器的输出信号必须准确反映其输入量，它的输入输出不随时间变化而变化，且受外界其他因素的干扰影响很小，要求较小的输入量便可得到较大的输出信号，传感器还要具有经济性、耐腐蚀性、低能耗等。信号采集在检测系统中地位也十分重要。因为只有采集进真实准确的信号，才有可能对数据进行正确的分析处理，进而才能有效控制。而很多干扰会在采集信号过程中出现，所以要针对温室环境中所具有的干扰源及噪声传播途径，采取找到干扰的传播途径，消除或抑制干扰源，减少接收电路对干扰的敏感性，从而有效减小干扰。
除采用硬件抗干扰方法外，在系统软件设计上也采取了剔除异常数据、滤波处理、延时处理等一些抗干扰措施，也都很有效。信号检测主要通过传感器来测量环境参数，把采集的数据传给数据采集卡，其结果输入计算机。信息数据采集和检测同时可以满足数据回调、分析、统计和报表打印等要求。
4 对温室技术的展望
总体来看，国内温室技术水平比较低，现代化管理程度不高，温室环境监测条件较差，所以还要不断改进和提高技术。应用先进的电子技术、通信技术提高温室的管理水平，研制、开发新型的温室计算机管理系统，进一步扩大温室的面积，并使之低成本高效率、见效快，成为符合我国经济发展水平的温室系统。温室控制技术的反战将会越来越先进，功能也会越来越完善，问世环境控制将朝着基于作物生长模型，对温室环境因素进行自动采集检测的只能控制趋势发展。它的研究必将推动我国的温室产业的发展，提高我国的温室产业的科技含量。
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作者简介：李想（1983-），女，满族，吉林松原人，学士，松原职业技术学院助理讲师，研究方向为应用电子。
