陰國(guó)富++朱創(chuàng)錄

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.109

摘要：為了適應(yīng)西北地區(qū)多變的氣候環(huán)境，提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)量，溫室種植農(nóng)作物逐漸受到農(nóng)民重視，通過(guò)溫室內(nèi)穩(wěn)定的氣候狀態(tài)及可預(yù)期的生長(zhǎng)時(shí)間，調(diào)節(jié)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及生長(zhǎng)周期，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者降低生產(chǎn)成本提高收益。利用溫室環(huán)境監(jiān)控軟件結(jié)合JAVA動(dòng)態(tài)服務(wù)器建立了一套可同時(shí)在遠(yuǎn)程監(jiān)控多個(gè)溫室的移動(dòng)溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)；該系統(tǒng)整合多個(gè)溫室的環(huán)境與設(shè)備狀況，并根據(jù)外界環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)部環(huán)境，使其達(dá)到適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的目的。在設(shè)計(jì)中采用客服/服務(wù)器模式，可實(shí)時(shí)將最新的動(dòng)態(tài)信息顯示于客戶端，便于管理者實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)外界環(huán)境變化異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在客戶端進(jìn)行預(yù)警，并通過(guò)手機(jī)短信提示溫室管理員，管理員可在遠(yuǎn)程登錄主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制參數(shù)變更，達(dá)到有效監(jiān)控的目的。研究結(jié)果顯示，利用環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，能使管理者不受時(shí)間和地域的限制獲得有效的監(jiān)控管理效果，將有助于溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的精細(xì)化、實(shí)時(shí)性監(jiān)控管理。

關(guān)鍵詞：溫室；環(huán)境監(jiān)控；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理

中圖分類號(hào)： S24文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）10-0371-04

收稿日期：2016-05-05

基金自助：國(guó)家自然科學(xué)基金（ 編號(hào)：11304230）；渭南師范學(xué)院科研項(xiàng)目（編號(hào)：15YKF006）。

作者簡(jiǎn)介：陰國(guó)富（1980—），男，陜西富平人，博士，教授，主要從事智慧農(nóng)業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)工程的研究。Tel：（0913）2088723；E-mail：yinguofu@126.com。隨著人們生活水平的逐年提升，消費(fèi)者對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)需求不斷提高，為了使農(nóng)產(chǎn)品在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，除了要求農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量要高外，更需要有良好的農(nóng)產(chǎn)品管理和控制，因此促進(jìn)了農(nóng)業(yè)科技自動(dòng)化的進(jìn)步與發(fā)展。通過(guò)溫室設(shè)備能夠構(gòu)建作物生長(zhǎng)所需最佳環(huán)境，通過(guò)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程達(dá)到監(jiān)控目的，形成適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的微氣候環(huán)境，確保作物的產(chǎn)期與產(chǎn)量。由于作物的種類、栽培時(shí)期、栽培方式的多樣化，在惡劣環(huán)境中隱藏著許多的生長(zhǎng)障礙，對(duì)于作物生長(zhǎng)的影響極大，因此必須了解最佳作物生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)環(huán)境監(jiān)控的要求，然后控制環(huán)境，給予作物生長(zhǎng)上最適合的條件，達(dá)到最佳的生長(zhǎng)狀態(tài)。因此必須研究溫度、光照、水分對(duì)作物的影響。當(dāng)環(huán)境因子改變時(shí)，作物的生長(zhǎng)會(huì)隨之變化并適時(shí)地表現(xiàn)出不同的反應(yīng)，比如不同的生物種類、同種類但不同的生態(tài)、變換的環(huán)境因子、變化的強(qiáng)弱程度與持續(xù)時(shí)間等，這些因素的改變?cè)斐赊r(nóng)作物有著不同的反應(yīng)，但一些較廣泛的普遍性原則仍然是通用的，通過(guò)對(duì)多種植物的研究，可以發(fā)現(xiàn)其對(duì)溫度、濕度等的不同要求，達(dá)到精準(zhǔn)控制的目的。

早期的溫室自動(dòng)控制多采用繼電器、定時(shí)器等傳統(tǒng)的控制電路，控制復(fù)雜且死板；之后發(fā)展為結(jié)合可編程邏輯控制器（programmable logic controller，簡(jiǎn)稱PLC）的自動(dòng)控制模式，然而PLC的控制接口復(fù)雜，管理者往往需要經(jīng)過(guò)一定的專業(yè)訓(xùn)練才能熟悉其操控方法，這對(duì)大部分管理者而言無(wú)疑是一種負(fù)擔(dān)；當(dāng)前很多溫室的控制主機(jī)通常都置于溫室內(nèi)部，通過(guò)外接監(jiān)控面板讓管理者實(shí)時(shí)控制，雖然平時(shí)溫室整體設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)采用周期循環(huán)的方式，但是遇到氣候異常時(shí)，則必須通過(guò)管理者的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)手動(dòng)控制，為此需要管理者長(zhǎng)時(shí)間待命，勞動(dòng)效率較低[1]。因此，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算功能，建立計(jì)算機(jī)及手機(jī)終端與主控系統(tǒng)結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)接口監(jiān)控軟件，整合主控系統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)控部分及環(huán)境因子感測(cè)部分，不但能實(shí)時(shí)顯示和紀(jì)錄環(huán)境變化情形，并能最快地作出響應(yīng)；將圖形監(jiān)控接口設(shè)計(jì)成窗口化模式，利用圖形和文字相結(jié)合的呈現(xiàn)方式，管理者能很快熟悉監(jiān)控設(shè)備的控制方法。同時(shí)配合互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，管理者可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或手機(jī)來(lái)監(jiān)視和控制溫室的環(huán)境[1]。除此之外，主控計(jì)算機(jī)還可整合多個(gè)溫室內(nèi)部傳送來(lái)的各項(xiàng)信息，讓管理員易于同時(shí)監(jiān)控大規(guī)模或多個(gè)溫室的現(xiàn)況，減輕管理人員的負(fù)擔(dān)。

1溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

溫室的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)視和控制主要包括2個(gè)部分內(nèi)容，其一，在較為正常的氣候環(huán)境下，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)溫室內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)自動(dòng)選擇灌溉時(shí)間、日射量控制、通風(fēng)控制等，這部分功能的實(shí)現(xiàn)是在軟件選擇自動(dòng)模式的情況下溫室群服務(wù)器根據(jù)所采集到的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行控制，其關(guān)鍵參數(shù)是各項(xiàng)指標(biāo)控制門限值的選擇；其二，在經(jīng)驗(yàn)控制模式下，管理者通過(guò)遠(yuǎn)程的各種客戶終端實(shí)現(xiàn)溫室群的監(jiān)視和控制，則必須將溫室內(nèi)的溫度、濕度、日照強(qiáng)度等主要參數(shù)傳遞給遠(yuǎn)程的管理者，并將管理者的指令正確傳遞給溫室群服務(wù)器控制端。

以上2個(gè)部分內(nèi)容實(shí)現(xiàn)依靠智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，總體架構(gòu)包括：溫室環(huán)境的感知和控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸、總控中心及各平臺(tái)軟件4個(gè)模塊組成（圖1）。

（1）溫室環(huán)境的感知和控制模塊：由分布式傳感器節(jié)點(diǎn)及相應(yīng)控制器構(gòu)成組成，完成溫室內(nèi)信息的采集及控制功能，采集到的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分

析判斷或發(fā)布人工操作指令。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊：智慧溫室中的各種監(jiān)測(cè)信息及操作指令通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匯總，通過(guò)光載無(wú)線交換機(jī)實(shí)現(xiàn)到數(shù)據(jù)中心的信息傳遞，這樣可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下多溫室的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的通信匯總。

（3）總控中心：對(duì)接收到的傳感器信息進(jìn)行分析判斷，由決策系統(tǒng)生成控制策略，提供PLC控制通斷繼電器的基本指令，同時(shí)還為管理系統(tǒng)及操作平臺(tái)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

（4）平臺(tái)軟件：對(duì)光載無(wú)線交換機(jī)傳遞的各種信息通過(guò)友好的人機(jī)交互界面呈現(xiàn)給用戶，并且方便地進(jìn)行人工操作指令的干預(yù)。

本研究利用溫室環(huán)境監(jiān)視與控制裝置與計(jì)算機(jī)圖形軟件并結(jié)合Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)綜合管理服務(wù)器建立一套可同時(shí)在遠(yuǎn)程監(jiān)控多個(gè)溫室的移動(dòng)溫室環(huán)境監(jiān)視與控制系統(tǒng)，并結(jié)合SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)時(shí)將最新的動(dòng)態(tài)信息顯示于網(wǎng)站及客戶端上，便于管理者實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)外界環(huán)境變化異常時(shí)，管理者可在遠(yuǎn)程登錄主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制參數(shù)變更，達(dá)到移動(dòng)監(jiān)控的效果。

本研究使用的設(shè)備包含：

（1）溫室設(shè)備。試驗(yàn)溫室4個(gè)：本試驗(yàn)溫室位于陜西省蒲城縣椿林鎮(zhèn)，為蔬菜育苗溫室，溫室長(zhǎng)88 m、寬18.6 m、高 4.5 m，內(nèi)部設(shè)備有循環(huán)風(fēng)扇21臺(tái)（18″，鐵葉扇，單向，220 V）、軸流機(jī)6臺(tái)（12″，500 W，單向，220 V）、通風(fēng)窗12扇（位于溫室兩側(cè)）、外遮陽(yáng)網(wǎng)2張（鎖結(jié)針織網(wǎng)，50%）。計(jì)算機(jī)：微型機(jī)5臺(tái)，智能手機(jī)3部，服務(wù)器計(jì)算機(jī)2臺(tái)。溫室設(shè)備控制器：Eldar Shany Agricultural Control-Galileo32，規(guī)格：EMD-01（32 Outputs，8 Discrete、32 Analog Inputs）。溫室外部氣象感測(cè)站：溫度計(jì)，型號(hào)PT-100，可設(shè)定-50～51、0～104、0～211、-100～104 ℃ 4種測(cè)量范圍，準(zhǔn)確度0.05%，反應(yīng)時(shí)間160 s；濕度計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)偏差±3%，4～20 mA模擬輸出；日射計(jì)，光合有效輻射（PAR）0～2 000 μmol/（m2·s）；風(fēng)速計(jì)，4～20 mA模擬輸出，啟動(dòng)風(fēng)速 0.78 m/s，最大風(fēng)速 4467 m/s；風(fēng)向計(jì)，4～20 mA模擬輸出，10 ∶4 mA，1 800 ∶12 mA，3 600 ∶20 mA；雨量傳感器。 溫室內(nèi)部氣象傳感器：溫度計(jì)3組（PT-100），濕度計(jì)1組。

（2）物聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)備。光載無(wú)線交換機(jī)及控制系統(tǒng)1套：支持光電/電光轉(zhuǎn)換無(wú)線信號(hào)，Wi-Fi信號(hào)本地產(chǎn)生和處理，本地可對(duì)所有Wi-Fi信號(hào)集中和統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)可管、可控、可測(cè)，支持射頻交換，支持遠(yuǎn)距離傳輸?？刂葡到y(tǒng)支持信息平臺(tái)射頻參數(shù)管理和控制，頻道設(shè)置，安全密碼設(shè)置，網(wǎng)段管理，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理，信號(hào)強(qiáng)度和防干擾管理，接入設(shè)置管理，射頻交換管理可實(shí)現(xiàn)光載無(wú)線傳輸鏈路按需選擇，其模擬光纖傳輸距離最大為5 000 m。遠(yuǎn)端射頻單元2臺(tái)，支持信號(hào)分路，可將射頻信號(hào)分為多路，支持遠(yuǎn)端信號(hào)發(fā)射與接收，帶寬為54 Mb/s（802.11 g），覆蓋半徑室內(nèi)為50 m、室外為100 m。有線網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)1臺(tái)，24個(gè)10/100 Mb/s自適應(yīng)RJ45端口。

（3）軟件系統(tǒng)。操作系統(tǒng)：Microsoft Windows Server 2010。溫室控制軟件：Elder Shany Greenhouse Climate control。 光載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理軟件1套：Microsoft SQL Server 2008。

2溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及關(guān)鍵問(wèn)題的解決

2.1實(shí)現(xiàn)方法與步驟

本研究是在前期研究[2]的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧溫室內(nèi)微氣候環(huán)境下的控制方法及控制軟硬件環(huán)境進(jìn)行整合并改進(jìn)，主要實(shí)現(xiàn)步驟是：首先對(duì)原溫室內(nèi)的各種傳感器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行整合，以達(dá)到能夠進(jìn)行精準(zhǔn)控制及有效通信的目的。其次，建立控制策略和控制方法，實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)微氣候環(huán)境的建模。再次，根據(jù)模型自動(dòng)判別及手動(dòng)指令下達(dá)方式，通過(guò)控制系統(tǒng)及客戶端軟件，達(dá)到溫室內(nèi)小氣候環(huán)境的精準(zhǔn)控制的目的，使溫室生產(chǎn)環(huán)境能夠更高效地滿足作物的生長(zhǎng)。整個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行記錄，以達(dá)到控制及經(jīng)驗(yàn)積累的目的。主要步驟如下：

2.1.1溫室設(shè)備、溫室控制器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的整合由于本研究溫室是在原有的智慧溫室基礎(chǔ)上進(jìn)行改造試驗(yàn)的，原來(lái)設(shè)備控制方式采用半自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制方法，與本試驗(yàn)希望能達(dá)到的控制模式有所出入，因此對(duì)4棟溫室首先進(jìn)行設(shè)備的改造和網(wǎng)絡(luò)綜合布線的改造，以滿足精準(zhǔn)控制的目的。原有的通風(fēng)窗由于育苗溫室面積較為廣大，共分8面且采用手動(dòng)方式開關(guān)，改造后將所有的通風(fēng)窗視為1項(xiàng)設(shè)備組件，接入PLC控制電路，增加了溫室管理者操作上的便利性。外遮陽(yáng)網(wǎng)的部分，分為溫室的前半段與后半段兩面；循環(huán)風(fēng)扇共21臺(tái)，依據(jù)放置的位置分為3組控制，而軸流風(fēng)機(jī)每個(gè)溫室分為2組進(jìn)行控制；原溫室的噴霧裝置主要用來(lái)噴灑營(yíng)養(yǎng)液等，對(duì)其進(jìn)行改造使其滿足降溫需求。原溫室有一部分采用Zigbee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)及數(shù)據(jù)傳輸，還有一部分設(shè)備采用WiFi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)連接，為達(dá)到多種異構(gòu)設(shè)備能夠進(jìn)行統(tǒng)一控制的目的，采用了光載無(wú)線交換機(jī)及控制系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)整合的數(shù)據(jù)交換設(shè)備，可以達(dá)到集群管理的目的。

2.1.2溫室控制系統(tǒng)的內(nèi)部連接與控制策略的建立將規(guī)劃好的設(shè)備接點(diǎn)與傳感器接點(diǎn)設(shè)置在控制軟件中，通過(guò)軟件本身鏈接的功能，將各設(shè)備與相對(duì)應(yīng)的傳感器鏈接，以達(dá)到控制目標(biāo)；并設(shè)計(jì)內(nèi)部控制策略及控制模式，使該育苗溫室的運(yùn)轉(zhuǎn)控制形成一個(gè)完整的周期系統(tǒng)。再將所有連結(jié)完成的設(shè)備及傳感器通過(guò)環(huán)境因子的變化加以測(cè)試，檢查所有設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)及停止，并測(cè)試設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常時(shí)警報(bào)系統(tǒng)是否輸出警報(bào)。

2.1.3建構(gòu)主控計(jì)算機(jī)的客戶/服務(wù)器模式主控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制溫室集群所有監(jiān)控信息的匯總，通過(guò)相應(yīng)的控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)不同溫室的控制，控制系統(tǒng)軟件雖然采用商業(yè)軟件并能夠?qū)崿F(xiàn)基本的控制策略的設(shè)定，但對(duì)于定制化的控制策略則通過(guò)軟件提供的應(yīng)用程序接口實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)充。信息系統(tǒng)的構(gòu)建，首先將預(yù)計(jì)呈現(xiàn)的頁(yè)面建構(gòu)成實(shí)體畫面，并將JSP程序鑲?cè)腠?yè)面畫面中，形成動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)。并將溫室自動(dòng)控制軟件所接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理后鏈接至SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便作為歷史數(shù)據(jù)查詢，以及分析統(tǒng)計(jì)。最后通過(guò)ADO對(duì)象及ODBE與OLE-DB技術(shù)，連接JSP網(wǎng)頁(yè)及SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)成1個(gè)完整的監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵問(wèn)題解決方法

本研究在智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)溫室控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)平臺(tái)開放的應(yīng)用程序接口對(duì)已有的溫室控制系統(tǒng)的改良，實(shí)現(xiàn)不同通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多溫室的信息聚合，達(dá)到統(tǒng)一控制的目的，實(shí)現(xiàn)過(guò)程中主要采用J2EE技術(shù)開發(fā)，通過(guò)J2EE技術(shù)在JAVA平臺(tái)的基礎(chǔ)上構(gòu)建用于Web應(yīng)用及Android智能終端開發(fā)的應(yīng)用類庫(kù)。系統(tǒng)在J2EE架構(gòu)的基礎(chǔ)上整合了Java for android、XML、Ajax Java json等技術(shù)，建立互動(dòng)數(shù)據(jù)通道及動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)。所有資料的存儲(chǔ)與訪問(wèn)采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，形成溫室環(huán)境管控的數(shù)據(jù)中心，能夠與客戶端及管理服務(wù)器進(jìn)行交互，并且將所有的歷史數(shù)據(jù)記錄在資料庫(kù)中。

2.2.1溫室設(shè)備與控制器的整合溫室設(shè)備控制器：Eldar Shany Agricultural Control-Galileo 32 EMD-01共包含有32點(diǎn)輸出接點(diǎn)、8點(diǎn)數(shù)字輸入、32點(diǎn)模擬輸入，將預(yù)先規(guī)劃好的設(shè)備與氣象站及溫室內(nèi)傳感器配置在控制器接點(diǎn)中，研究中所使用的溫室控制軟件，由若干已定義的對(duì)象組成，多個(gè)對(duì)象運(yùn)行時(shí)形成進(jìn)程，當(dāng)對(duì)象被某個(gè)進(jìn)程使用時(shí)，此程序使用該對(duì)象的優(yōu)先權(quán)會(huì)大于直接控制此對(duì)象，有時(shí)不同對(duì)象間又會(huì)相互影響彼此的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此在設(shè)定頁(yè)面時(shí)應(yīng)該格外注意。

試驗(yàn)中以通風(fēng)窗為對(duì)象，因其為1個(gè)可分段改變其開度的對(duì)象，假設(shè)起始狀態(tài)為通風(fēng)窗停在某一級(jí)開度，然后判斷此開度是否是被某個(gè)程序所限制，如圖2所示，若其判斷值為“是”，則因?yàn)閮?yōu)先權(quán)的影響，使得通風(fēng)窗持續(xù)停在此開度。若其判斷值為“否”，則利用設(shè)定的溫度區(qū)間作為調(diào)整開度的依據(jù)，當(dāng)室內(nèi)溫度介于區(qū)間內(nèi)，則開度維持不變，并且持續(xù)進(jìn)行上述的判斷流程；當(dāng)室內(nèi)溫度高過(guò)設(shè)定溫度（設(shè)定頁(yè)面中的開窗溫度）時(shí)，使通風(fēng)窗之開度大一級(jí)，而當(dāng)室內(nèi)溫度低于關(guān)窗條件（開窗溫度減去降溫程度）時(shí)，則使通風(fēng)窗的開度小一級(jí)，當(dāng)開度變化后，必須等待一段設(shè)定的延遲時(shí)間后，再持續(xù)進(jìn)行上述的判斷流程[3]。這段延遲時(shí)間的設(shè)定主要是避免通風(fēng)窗啟閉過(guò)于頻繁，而傳感器也有其反應(yīng)時(shí)間，因此在設(shè)定此延遲時(shí)間時(shí)，必須要大于傳感器的反應(yīng)時(shí)間，在本研究中溫度傳感器的反應(yīng)時(shí)間為160 s，因此延遲時(shí)間的最小設(shè)定值即定為此值。

當(dāng)對(duì)象同時(shí)受2項(xiàng)以上的范圍值限定時(shí)，則依照范圍較低的最大值及較高的最小值作為此對(duì)象的范圍值。例如通風(fēng)窗原始開度為0～5，當(dāng)通風(fēng)窗處于上風(fēng)狀態(tài)時(shí)，依據(jù)風(fēng)力級(jí)數(shù)的不同而依次遞減通風(fēng)窗的最大開度0～4，若再限制通風(fēng)扇運(yùn)行時(shí)，通風(fēng)窗的最小開度為2，則該通風(fēng)窗的開度限制，在處于上風(fēng)處同時(shí)通風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由原來(lái)的0～5，縮短為2～4。

2.2.2環(huán)境控制方法在以往的控制方法中，通常將實(shí)際的控制輸入運(yùn)行后控制環(huán)境才能得到足夠的信息獲得相應(yīng)的控制結(jié)果。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制現(xiàn)場(chǎng)要得到即將加載的控制信息前，必須對(duì)控制的效果進(jìn)行全面掌握，因此必須建立溫度和濕度的控制模型，在研究中采用了Pasgianos等提出的關(guān)于溫濕度動(dòng)態(tài)控制的模型[4]，如式（1）所示：

dTin（t）dt=1ρCpVT·[Qheater（t）+Si（t）-λQfog]-VR（t）VT·[Vin（t）-Tout（t）]-UAρCVT·[Tin（t）-Tout（t）]；（1）

dAωin（t）dt=Qfog（t）VH+1VH[E（Si（t），ωin（t））]-VR（t）VH·[ωin（t）-ωout（t）]。（2）

其中E[Si（t），ωin（t）]=αSi（t）λ-βTωin（t），公式中的符號(hào)如表1所示。

表1溫濕度變化量計(jì)算中的符號(hào)表示

符號(hào)含義單位Tin 溫室內(nèi)的溫度 ℃Tout 溫室外的溫度 g/（min·m3）UA熱交換系數(shù) W/KV溫室的體積 m3ρ 大氣密度 1.2 kg/m3Cp 空氣的比熱 1 006 J/（kg·K）Qheater 加熱功率WQfog 噴霧系統(tǒng)水容量 g/sSi 日照輻射能量Wλ潛在的熱蒸騰 2 257 J/gVR 通風(fēng)率 m3/sE（Si，ωin） 蒸騰損失率 -α和βT 調(diào)整參數(shù)-VT、VH溫和濕度混合空氣體積60%～70%

在溫室基本參數(shù)確定的情況下（溫室體積、熱交換系數(shù)），根據(jù)公式（1）和公式（2）可以計(jì)算出溫室噴霧、改變通風(fēng)量及加熱等因素變化時(shí)溫室內(nèi)部的溫度和濕度的變化量。

2.2.3溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)置

2.2.3.1控制室軟件溫室控制系統(tǒng)不僅為溫室各個(gè)控制設(shè)備，如通風(fēng)窗、風(fēng)機(jī)、循環(huán)風(fēng)機(jī)、降溫設(shè)備、內(nèi)外遮陽(yáng)、施加 CO2 設(shè)備、加溫設(shè)備以及霧化設(shè)備等提供各自獨(dú)立運(yùn)行的控制程序，而且還為不同控制設(shè)備共同參與協(xié)調(diào)運(yùn)行的綜合氣候控制過(guò)程提供了統(tǒng)一的控制程序。軟件的可視化界面為用戶提供了方便的操作和直觀的信息。用戶既可以選擇使用控制器面板進(jìn)行控制操作，也可以使用與控制器連接的PC 機(jī)及手機(jī)APP實(shí)時(shí)控制溫室氣候。圖3是溫室氣候控制系統(tǒng)PC軟件主屏幕。首頁(yè)將溫室內(nèi)外的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)置于中央，按照溫室控制器獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔，作為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)更新的依據(jù)，目前預(yù)設(shè)的更新時(shí)間為10 min/次。網(wǎng)頁(yè)中所呈現(xiàn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，除了室內(nèi)溫度為設(shè)備中3個(gè)溫度傳感器的平均值外，其余數(shù)據(jù)都是依照原始數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)顯示。

客戶端軟件給用戶提供了很多舒適的人性化操作界面。用戶在程序主屏幕上通過(guò)鼠標(biāo)單擊相應(yīng)的控制設(shè)備圖標(biāo)即可進(jìn)入該設(shè)備的程序設(shè)置屏幕，也可以通過(guò)點(diǎn)擊控制菜單欄內(nèi)的菜單選項(xiàng)（如“主菜單”）從出現(xiàn)的下拉式菜單中選擇進(jìn)入氣候控制設(shè)備程序屏幕，如圖4所示，當(dāng)點(diǎn)擊“風(fēng)機(jī)”設(shè)備圖標(biāo)時(shí)即可進(jìn)入該風(fēng)機(jī)的程序設(shè)置屏幕。

2.2.3.2遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)程控制采用2種控制方法，其一為遠(yuǎn)程桌面連接，其二為通過(guò)Web或手機(jī)客戶端遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以利用遠(yuǎn)程桌面的方法與固定IP的服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行信息交換，首先輸入主控計(jì)算機(jī)管理者所授權(quán)的用戶賬號(hào)及密碼，完成認(rèn)證手續(xù)后，方能登入主控計(jì)算機(jī)端，進(jìn)行對(duì)溫室的控制以及更改設(shè)定（圖5）。針對(duì)Web的內(nèi)容，使用者的權(quán)限層級(jí)分配分為3級(jí)模式。依據(jù)溫室控制器所接收到的傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫(kù)的資料時(shí)，按照其字段傳遞給動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)位置，由于在溫室控制器所傳送的資料數(shù)據(jù)中，已經(jīng)先為其他傳感器作字段的預(yù)留，因此在數(shù)據(jù)庫(kù)編排中，必須將該字段計(jì)算其中，否則當(dāng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)擷取數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)依據(jù)相對(duì)應(yīng)的字段讀取，造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情形。在數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示上采用每30 s刷新1次界面的方案，以保障數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新（圖6、圖7）。

3結(jié)論

本研究以開放型育苗溫室為試驗(yàn)對(duì)象，利用溫室控制器Eldar Shany Agricultural control-Galileo 32與溫室內(nèi)部環(huán)控設(shè)備的結(jié)合，通過(guò)控制器的輸出指令，在控制管理上均達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

在溫室系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制部分，利用動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)及數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，可以順利地將溫室控制器所接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫(kù)的格式儲(chǔ)存，并且當(dāng)遠(yuǎn)程設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接主控計(jì)算機(jī)的伺服網(wǎng)頁(yè)時(shí)，提供最新的溫室環(huán)境現(xiàn)況；另可依照使用者的分級(jí)，而給予不同的瀏覽及控制權(quán)限。然而，即使利用限制使用者身份的方式加以控制權(quán)限，仍不免因?yàn)橛脩裘艽a被盜用的可能性，因此在主控計(jì)算機(jī)端，仍擁有最高管理控制權(quán)限，并

可以隨時(shí)中斷遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的控制；且在絕大部分的時(shí)間，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)改變主控計(jì)算機(jī)端的溫室控制設(shè)定功能并不開放，只有在主控計(jì)算機(jī)端將此權(quán)限開放時(shí)，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)才能在默認(rèn)的用戶登錄時(shí)，改變主控計(jì)算機(jī)的控制策略或是修改控制器程序。本研究所建立的遠(yuǎn)程監(jiān)控部分，雖已可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行，但網(wǎng)絡(luò)安全性仍不甚完整，未來(lái)將加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)加密以及對(duì)主控優(yōu)先權(quán)排定功能方面進(jìn)行改善，以建構(gòu)更完整、更安全的溫室移動(dòng)環(huán)控系統(tǒng)。通過(guò)JSP動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)結(jié)合溫室環(huán)控系統(tǒng)的建立，將來(lái)可將管理的范圍擴(kuò)大至更廣泛的環(huán)境集群中，便于專家隨時(shí)針對(duì)各個(gè)農(nóng)場(chǎng)的異常情形實(shí)時(shí)解決問(wèn)題，減低農(nóng)民的損失。

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