設施(shi)農業被(bei)看作是21世紀最具活(huo)力的農村(cun)新產業，集中代表了現代農業的發展方向(xiang)，是21世紀中國農業發展的重要支柱，但設施(shi)園藝是一項(xiang)高(gao)投(tou)入、高(gao)產出的產業，它的高(gao)投(tou)入不僅體現在建設過程中，高(gao)能耗是更重要的一方麵(mian)。據統計，大型加溫溫室能源成本占運行成本的40%~60%(不含夏季(ji)降(jiang)溫能耗)。荷(he)蘭溫室耗能占全國天然(ran)氣總(zong)消耗電10%，溫室采暖設施(shi)費用占溫室總(zong)投(tou)資的25%左右；在日(ri)本每(mei)生產10kg黃瓜需消耗5L石油，比糧(liang)食(shi)生產消耗的能量(liang)高(gao)50~60倍。據統計中國燃料(liao)費用甚至要占生產費用的60%。Sheard，G.F.也指出，全世界(jie)一年農業生產中的耗能有35%用於溫室的加溫，能源消耗的費用占溫室作物生產總(zong)費用的15%~40%，智能的溫室控製係統可使同(tong)時期的溫度從21.1℃升到22.1℃，總(zong)能量(liang)消耗可減(jian)少34%。

隨著數字化農業生產工廠在中國的推(tui)廣，環境調控已成為增(zeng)加生產，提(ti)高(gao)種植效益的重要手段(duan)，這一點(dian)已經得(de)到了廣泛(fan)的認(ren)可，提(ti)高(gao)溫室環境監測的有效性，降(jiang)低(di)溫室能耗費用，是溫室研究的一個重要方向(xiang)。

1 溫室環境監控係統的設計

最近幾年來，由於溫室能源消耗占成本的比例很大，許多研究者從節省(sheng)溫室能源消耗為出發點(dian)對溫室進行改進，其中改進控製係統的性能也成為一重要的研究領(ling)域，許多新型的控製算法嵌入控製係統中，也取(qu)得(de)了很好的效果。1984年UdinktenCateandChalla描(miao)述了包(bao)含溫室環境、短期作物、長期作物三層的分等級係統，基於葉(ye)子光合作用模型的動態氣候控製係統，為了延長花期的CARE係統，1998年，李萍(ping)萍(ping)等研究的溫室環境因子綜合自動控製係統。近幾年，優化的氣候控製係統發展得(de)很迅速，適用性也很好，以最佳(jia)生態位為標準的跟(gen)蹤反(fan)饋控製係統，以溫度為主控參數的日(ri)光溫室綜合環境控製係統，用數學模型描(miao)述植物的生理過程實時控製智能生長係統，在溫室環境控製係統中集成了動態的模型。這些係統的設計越(yue)來越(yue)以植物生長的最適宜環境為中心，進行整體的設計。

2 溫室環境控製的算法方麵(mian)

從早期的PID算法，以及餘用對PID算法改進的Smith預(yu)估(gu)器在溫度控製係統中，能使溫度控製精度達到±0.2℃左右，到綜合考慮溫室內溫度、濕度、光照度、CO2濃(nong)度等生長環境綜合作用的多變(bian)量(liang)綜合控製法，再(zai)到融入一些新算法的控製器，如汪小曰山等提(ti)出的溫室內溫度的模糊控製，模糊控製最大動偏差為1.5，加熱係統的靜(jing)差為0.5℃。朱偉興等研製的遺傳優化模糊控製器，能不斷根(gen)據溫室結構和作物生長情況的變(bian)化來自動修(xiu)正(zheng)控製算法，效果明顯提(ti)高(gao)。任雪(xue)玲等針對溫室環境控製中時延問題(ti)的預(yu)測模糊PID控製，可以提(ti)前預(yu)測溫室環境的時滯，比單純的模糊控製器穩態精度有了進一步(bu)提(ti)高(gao)。陳聯誠等用神(shen)經網絡控製算法建立了溫度自動監測係統，溫度檢測平均(jun)誤差為0.4℃。宮(gong)赤(chi)坤(kun)等用遺傳模糊神(shen)經網絡控製算法研究的溫室溫濕度遺傳模糊神(shen)經網絡控製，實驗表明是可行的。龍利平研究專家係統控製算法，係統精度控製在0.5℃左右，完(wan)全滿(man)足(zu)溫室溫度控製的要求。這些新的算法如模糊控製算法、遺傳算法、神(shen)經網絡控製算法、專家係統控製算法等，有效地提(ti)高(gao)了控製係統的精度和效率(lv)。

3 溫室環境控製硬件(jian)方麵(mian)

早期使用的單片機的控製係統，如果係統一旦(dan)出現故(gu)障(zhang)，整個係統都會(hui)失控。中期使用基於工業控製機(IPC)的溫室控製係統，所有輸入、輸出功能都由IPC集中控製，危險過於集中，一旦(dan)工控機發生故(gu)障(zhang)將會(hui)使整個係統癱瘓。後期有基於PLC(可編程邏輯控製器)的溫室控製係統，可實現多台PLC、多個溫室的網絡化分布式控製；集散型溫室控製係統(Distributioncontrollingsystem:DCS)，即分布式控製係統。近來的嵌入式Linux係統，可提(ti)高(gao)溫室係統網絡支持、並發處(chu)理及功能升級能力，降(jiang)低(di)係統開發難度，滿(man)足(zu)溫室計算機控製係統日(ri)益複雜(za)化的需要，是溫室控製係統發展的方向(xiang)。在網絡發展的前提(ti)，總(zong)線也由基於RS-485總(zong)線控製模式到基於現場總(zong)線溫室智能控製係統模式。現代溫室正(zheng)向(xiang)著自動化、智能化、多媒體化與網絡化方向(xiang)發展。

智能溫室控製係統