第14讲 简单实验设计与评价(培优)

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1、托普物联网开创智慧农业新时代。农业物联网温室智能控制系统的研究摘要：介绍了一种基于计算机技术及传感器技术的温室智能控制系统，该系统可完成温室内的温度、湿度、土壤水势、光照及二氧化碳等参量的采集，并可根据上述参量实现温度调控、光照调控、节水灌溉及二氧化碳等参量的自动调节，实现了温室自动控制功能，为温室的工厂化育秧、工厂化种植打下了坚实的基础。关键词：农业温室；温室植物；智能控制托普物联网指出温室智能控制系统可根据温室内的土壤湿度传感器、土壤温度传感器、时间等参数来自动控制电磁阀和水泵、施肥系统等的自动动作，通过空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感

2、器、雨雪传感器等参数来自动控制天窗、侧窗、内遮阳、外遮阳、风机、湿帘、外翻窗、加温设备、加湿设备、二氧化碳发生器等的自动化动作，使温室内的环境保持在用户设定范围内。当前，随着国民经济的迅速增长，计算机技术作为高新技术的重要手段之一，已经广泛地应用于现代农业领域。传统的温室管理采用模拟控制仪表和人工管理方式，其落后的管理方式已不能适应当前农业技术的发展，要改变这种情况，将计算机技术引入农业温室，实现农业温室的计算机智能控制，是最有效的途径之一。温室环境智能控制系统将成为现代农业发展的重要手段和措施。它的功能在于以先进的技术和现代化设施人为控制作物的环境条件，使作物生

3、长不受自然气候的影响，作到常年工厂化，且进行高效率、高产值和高效益生产。实践证明发展受控农业、研究适合我国国情的温室环境智能控制系统具有重要意义和广阔的应用前景。本文介绍的系统实现了多传感器信息的集成与融合控制结构，实现数据库编程和远程通讯，最大程度地降低了开发和运行成本。1系统组成为实现对温室环境因子(湿度、温度、光照、二氧化碳、土壤水势等)的有效控制，本系统采取数据采集和实时控制的硬件结构。该系统可以独立地完成温室环境信息的采集、处理和显示(如图1所示)。该系统设计由A／D、D／A的多功能数据采集板、上位机、下位机、继电器驱动板及电磁阀、接触器等执行元件组成。

4、这些执行元件形成3大部分：测量模块、控制输出模块及中心控制模块。本系统软件采用中国科学院石家庄农业现代化所与经贸大学合作研制的2001智能温室管理系统，采用该系统软件可生成精美的人机界面，该软件远行于win95／98／NT操作系统下。1．1测量模块托普物联网开创智慧农业新时代。测量模块是由传感器把作物生长的有关参量采集过来，经过变送器变换成标准的电压信号送入A／D采集板，供计算机进行数据采集。(1)温度传感器。温度测量采用温度传感器PTl00来实现的，该传感器测量精度高、线性度好，测量范围o～50℃，测量精度为±0．5℃。(2)湿度传感器。湿度测量采用湿度传感器H

5、MP246D来实现，该传感器测量精度高、测量范围o～100％RH，测量精度为±3％RH。(3)土壤水分传感器。采用压阻式土壤水势传感器，该传感器由陶土头、塑料连接管、压阻传感器、真空表头4部分组成，其特点是测量准确度高，便于和计算机连机，该传感器输出为电压值，且电压值随土壤水势能的升高面增大，此电压值虽能反映出土壤水势的状态变化，但它不能直观地反映上壤水势指标值，所以需对传感器进行重新标定。(4)光照传感器。选用硅太阳能电池的感应元件及滤光系统构成光照传感器，该传感器将0—150000LX的光照信号转换为电压信号，此信号经过放电路放大为o～5V电压输出。(5)二氧

6、化碳传感器。选用红外线气敏传感器，此传感器具有精度高，选择性好，浓度检测范围大等特点，此传感器将(o～1000)×10_6浓度的二氧化碳转换为o～5V电压输出。1．2控制输出模块托普物联网开创智慧农业新时代。控制输出模块实现了对温室各环境参数的控制，采用计算机实现环境参数的巡回检测，依据四季连续工况设置受控环境参数，对环境参数进行分析，通过控制通风、遮阳、保温、降温、灌溉、施肥设备等，根据温室某环境因子超出设置的适宜参数范围时，自动打开或关闭控制设备，调节相应的环境因子。(1)温度调控。一般温室在15～30℃，降温采用措施为开启侧窗、水帘、遮阳帘；升温采用措施为暖

7、气加热。升、降温系统与控制系统连接可实现温度调控。(2)湿度调控。范围一般在60％～80VooRH，精度为±5％，湿度的调控影响温度，要求按一定的程序进行排湿换气、加热控制。(3)光控。用于控制遮阳帘的启闭，使作物得到合理的光照度，提高光合作用，防止超过光饱和点。(4)二氧化碳调控。实时检测二氧化碳的含量，当二氧化碳的含量低于一定值时，打开二氧化碳发生器以增施气肥。(5)土壤水分。控制水泵，使土壤含水量保持在85％～95％田持之间。1．3中心控制模块该模块由下位机为控制机，检测现场参数并可直接控制现场调节设备，下位机也有人机对话界面以便于单机独立使用。上位机为管理

8、机，针对地