蔬菜大棚智能自动控制系统的信息管理系统的系统设计

伊犁师范学院电子与信息工程学院2012 届信息管理与信息系统专业毕业论文 第第 1 1 章章绪绪 论论 1.11.1选题目的和意义选题目的和意义 中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济迅速增长，农业的研究和 应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代 化农业生产中的重要环节就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如 :空 气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在农业种植问题中，温室环境与生物 的生长、发育、能量交换密切相关，进行对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控 制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设 施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参量， 直接关系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施已经发展到比较完备的程度，并形成了一 定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测试软件。而当今大多数对 大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精 度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增 加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的 科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的 农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量，使大棚内形成有利于 蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效能的重要环节。目前，随着 蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚 的自动化程度要求也越来越高。所以急需一种高效实时的监控设备，能实现大棚的实时监 控，迅速了解大棚内的环境状态。 1.21.2国内外相关研究综述国内外相关研究综述 1.2.11.2.1国外状况国外状况 世界发达国家如荷兰、美国、以色列等大力发展集约化的温室产业，温室内温度、光 照、水、气、肥实现了计算机调控，从品种选择、栽培管理到采集收包装形成了一整套的 规范化技术体系。 美国是最早发明计算机的国家，也将计算机应用于温室控制和管理最早、最多的国家 1 伊犁师范学院电子与信息工程学院2012 届信息管理与信息系统专业毕业论文 之一。美国有发达的设施栽培技术，综合环境控制技术水平非常高。环境控制计算机主要 用来对温室环境（气象环境和栽培环境）进行监测和控制。以花卉温室为例，温室内监测 项目包括室内气温、水温、土壤温度、锅炉温度、管道温度、相对空气湿度、保温幕状况、 通风状况，泵的工作状况、二氧化碳浓度、Ec 调节池和回流管数值，pH 调节池和回流管 数值；室外监测控制项目包括大气温度、太阳辐射强度、风向风速、相对湿度等。温室专 家系统的应用给种植者带来了一定的经济效益， 提高了决策水平， 减轻了技术管理工作量， 同时也为种植带来了很大的方便。 以园艺业著称的荷兰从 20 世纪 80 年代以来就开始全面开发温室计算机自动控制系 统，并不断地开发模拟控制软件。目前，荷兰自动化智能玻璃温室制造水平处于世界先进 水平，拥有玻璃温室1.2 万多平方米，占世界四分之一以上，有85﹪的温室用户使用计算 机控制温室环境。荷兰开发的温室计算机控制系统是通过人机交互界面进行参数设置和必 要的信息显示，可绘制出设计参数曲线、修正值曲线以及测量的数据曲线，可以从数据库 内调出设定的时间段参数以便于必要的数据查询，并能直接对计算机串行口进行操作，完 成上位机与下位机之间的通讯。上位机软件集参数设置、信息显示、控制等功能于一体， 同时还能够很好地完成温室灌溉和气候的控制盒管理。 此外，国外温室业正致力于向高科技方向发展。遥测技术、网络技术、控制局域网已 逐渐应用于温室的管理与控制中。控制要求能在远离温室的计算机控制室就能完成，即远 程控制。另外该网络还连接有几个通讯平台，用户可以在遥远的地方通过形象、直观的图 形化界面与这种分布式的控制系统对话，就像在现场操作一样，给人以身临其境之感。 1.2.21.2.2国内状况国内状况 我国农业计算机的应用开始于 20 世纪 70 年代， 80 年代开始应用于温室控制与管理领 域。20 世纪 90 年代初期，中国农业科学院农业气象研究所和作物花卉研究所，研制开发 了温室控制与管理系统，并开发了基于windows 操作系统的控制软件；90 年代中后期，我 国科学家研制开发了温室软硬件控制系统，能对营养液系统、温度、光照、二氧化碳、施 肥等进行综合控制，是目前国产化温室计算机控制系统较为典型的研究成果。在此期间， 中国科学院石家庄现代化研究所、中国农业大学、中国科学院上海植物生理研究所等单位 也都侧重不同领域，研究温室设施的计算机控制与管理技术。“九五”期间，国家科技攻 关项目和国家自然科学基金均首次增设了工厂化农业研究项目，并且在项目中加大了计算 2 伊犁师范学院电子与信息工程学院2012 届信息管理与信息系统专业毕业论文 机应用研究力度，其中“九五”国家重大科技产业工程“工厂化高效农业示范工程”中， 直接设置了“智能型连栋塑料温室结构及调控的优化设计及实施”的专题。 1.2.31.2.3我国温室存在的主要问题我国温室存在的主要问题 ①科技含量和总体发展水平较低。我国设施栽培起步晚、基础差，没将其作为整体 工程问题研究。从设施设备到栽培技术的生产管理不配套，生产不规范，难以形成大规模 商品生产。 ②我国现有的温室控制系统仍以控制一个温室为主，没有基于温室群控制系统。这 样降低了生产管理效率。 ③温室测控系统的通信仍然采用有线方式。温室测控系统的通信主要有 485 总线以 及 CＡＮ总线等有线方式。 这些有线通信方式不仅使得温室内的信号线和动力线错综复杂， 而且导致系统的可靠性降低，安装维护工作量变大，同时也不利于农业机器人等移动设备 的作业，难以达到温室生产的“工厂化农业”水平。 ④缺少基于农业专家知识的上位机管理系统。我国目前的温室控制系统中，一些上 位机只限于存储数据，没有根据农业专家知识的实时控制管理系统。 ⑤设施水平低，抵御自然灾害的能力差。我国目前部分温室的建筑材料主要是钢材 和玻璃。但没有形成国家统一的标准和工厂系列的产品，且应用率仅占设施栽培面积10 ﹪，而绝大部分由农民自行建造的塑料日光温室业只能起到一定的保温作用，根本不能实 现对温度、湿度、光照等环境因子的调控。 ⑥机械化水平低，调控能力差，作业主要依靠人力。生产管理主要靠经验和单因子 定性调控。 1.2.41.2.4设计内容和设计方法设计内容和设计方法 本课题主要是设计一种基于伊犁河谷蔬菜大棚智能自动化控制系统的管理信息系统， 依靠低功耗的无线射频ＲF、节水灌溉、物联网和传感器等技术实时监测和控制大棚内的 温度、空气湿度、土壤湿度以及光照度等环境参数，通过该控制系统通过手机通信等途径 通知用户，再通过用户使用自动化控制系统来控制相关环境参数，从而使生物生长在最适 宜的环境下，达到农作物能够增产的效果。温室是蔬菜栽培生产中必不可少的设施之一， 不同种类蔬菜对温度及湿度等生长所需条件的要求也不尽相同，为它们提供一个更适宜其