1、1. 1. 引言引言 1.1 1.1 温室控制系统设计背景温室控制系统设计背景 中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，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一环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，进行环境测控是实现温室生 产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，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
2、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。大棚内的温度和湿度参数，直接关 系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己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控软件。而当今大多数 对大棚温度、湿度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，使大棚内形成
3、有利于蔬菜，水果 生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节 1。 影响作物生长发育的环境条件主要包括:温度、湿度、光照、CO2 浓度、土壤等。 所有这些环境条件之间是相互作用、相互联系、相互耦合的，某个控制变量发生改变， 会影响其它控制变量的变化。作物的生长发育是所有这些环境条件综合作用的结果。 温度和湿度一直是人类关注的对象，这两种环境因素时刻影响着人们的生产和生活， 下面主要就温度和湿度对作物的影响进行简略说明。 （1）温度 温室内气温、地温对作物的光合作用、呼吸作用、根系的生长和水分、 养分的吸收有着显著的影响， 因此影响作物生长发育的环境条件中， 以温度最为敏感， 也最
4、为重要，对温室环境控制的研究也是最先从温度控制开始的。不同种类的作物对 温度的要求是不同的，同一作物在不同发育阶段对温度的要求亦有所不同，而且在同 一发育期阶段内对温度的要求也会随着昼夜变化而呈周期性地变化。一般说来在白天 作物进行光合作用需要的温度较高，晚上维持呼吸作用所需的温度要低一些。 作物生长发育适宜的温度，随种类、品种、生育阶段及生理活动的变化而变化。 为了增加光合产物的生成，抑制不必要的呼吸消耗，在一天中，随着光照强度的变化， 实行变温管理是一种很有效的管理方法 1。 （2）湿度 温室内作物对水分的要求体现为对温室内空气湿度和土壤湿度的要 求。空气湿度用相对湿度来表示，因为相对湿度
5、更能反应事实。根据有关研究记载， 除了阴雨天以外，温室内午后过低的空气湿度会导致作物发生光合作用的午休现象， 因此空气相对湿度的大小直接影响到作物的光合作用，这时就需要增加温室内的空气 湿度。当温室内的空气湿度较高时，可能会诱发一些病虫害。温室中空气湿度的管理 包括增湿和降湿。 土壤湿度对作物的影响也很大。如果土壤中水分过剩，湿度过高，导致土壤中的 氧气含量减少，作物根部呼吸困难，进而危害作物的生长发育。相反，当土壤中含水 量减少时，作物根部吸收的水分就相应的减少，从而阻碍作物的生长，严重时作物出 现萎蔫现象。不同的作物对湿度的要求不同，即使是同一种类在不同发育阶段对湿度 的要求也不尽相同。
6、土壤湿度的管理就是把包括渗灌、滴灌、微灌等灌溉技术应用到温室中来。传统 的大水漫灌既浪费水资源，又容易使土壤发生板结，提高了室内湿度。在温室中应用 渗灌技术具有灌水均匀，提高地温，保持土壤疏松，降低室内湿度，减轻病害发生， 生育期提前等优点。 从很久以前人类就想出各种方法控制温度和湿度，以满足人们生产生活的需要。 从古代人们通过扇子、雨伞、毛巾等试图去控制温度和湿度到今天高科技发展迅速的 社会所发明出的各种工具，如风扇、空调、加热器等，表明人类一直努力去控制这两 种和人类密切相关的环境因素。现代科技的发展，使得温度和湿度的控制更容易，更 高效，特别是传感器和单片机的应用，使得温度和湿度控制系统性能有了根本性的提 高，精度更高，而且实现了自动化 2。 人们使用温度计、湿度计来采集温度和湿度，通过人工操作加热、加湿、通风和 降温设备来控制温湿度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度 大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理 想。在某些行业中对温湿度的要求较高，特别是在大型的电力系统中，由于温度过高 或过低引起的元器件失效或由
