基于傳感網(wǎng)溫室農作物生長測控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

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1、計劃類別：科技支撐計劃—農業(yè)指南代碼：2006申報ID號：江蘇省科技計劃項目申報書(科技支撐計劃)項目名稱：基于傳感網(wǎng)的溫室農作物生長測控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)承擔單位：淮安信息職業(yè)技術學院所在地區(qū)：淮安市高教園區(qū)單位地址：大學城枚乘東路3號郵編：223003項目負責人：朱祥賢王威電話：13905237528主管部門：科研產業(yè)處申報日期：2011年3月6日江蘇省科學技術廳二○一一年一、立項依據(jù)1、本項目國內外科技創(chuàng)新發(fā)展概況和最新發(fā)展趨勢現(xiàn)代農業(yè)正在朝著智能化、精準化和集約化的方向發(fā)展，它摒棄了粗獷型的增長模式，給國家和地區(qū)，尤其是經濟落后地區(qū)，帶來了巨大的經濟效益和社會效益，同時

2、帶動了區(qū)域經濟的發(fā)展。如何方便、有效地對溫室農作物的生長參數(shù)進行監(jiān)測和控制，如何提高農業(yè)生產的信息化水平是目前設施農業(yè)、智能農業(yè)研究的重點。國內外都進行深入細致的研究,特別是發(fā)達國家在這方面應用相當廣泛,下面就國內外該領域的科技創(chuàng)新發(fā)展概況與發(fā)展趨勢加以闡述:（1）國外科技創(chuàng)新發(fā)展概況自20世紀70年代以來，國外溫室農業(yè)發(fā)達國家在溫室環(huán)境配套工程技術方面也進行了大量研究，并取得了一些技術成果。以荷蘭為代表的歐美國家溫室園藝規(guī)模大、自動化程度高、生產效率高，溫室農業(yè)主體沒備溫室內的光、水、氣、肥等均實現(xiàn)了智能化控制；以色列的現(xiàn)代化溫室可根據(jù)作物對環(huán)境的不同要求，通過計算機對內部

3、環(huán)境進行自動監(jiān)測和調控，實現(xiàn)溫室作物全天候、周年性的高效生產；美國、日本等國還推出了代表當今世界最先進水平的全封閉式生產體系，即應用人工補充光照、采用網(wǎng)絡通訊技術和視頻技術進行溫室環(huán)境的遠程控制與診斷、由機械人或機械手進行移栽作業(yè)的“植物工廠”，大大提高了勞動生產率和產品產出率。具體應用比如：英國無線系統(tǒng)公司開發(fā)的一系列的無線通訊設備，如適于分布廣泛的花園溫室或儲藏室的無線的霜凍和入侵警報系統(tǒng)、便攜的無線電視系統(tǒng)、遠程無線灑水系統(tǒng)、加熱和通風控制系統(tǒng)等等；希臘loukfarm公司開發(fā)的溫室控制單元系統(tǒng)由計算機、氣象站和營養(yǎng)液控制系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)與裝有控制軟件的計算機相連，可以

4、進行數(shù)據(jù)采集和處理，還可以進行遠程控制；美國GreenAir公司生產的GHC100模型6溫室控制器具有全方位的控制能力，可實現(xiàn)從簡單的低成本通風控制到全方位的溫室控制，為植物提供最優(yōu)的生長環(huán)境。國外溫室農業(yè)智能化發(fā)展的方向是：內部環(huán)境因素(如溫度、濕度、光照、CO2濃度等)的調控由過去單因素控制向利用環(huán)境計算機多因子動態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)展；溫室環(huán)境控制和作物栽培管理向智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展，即將計算機技術作為一種手段，融于各類技術之中，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動監(jiān)測與集中控制。（2）國內相關技術發(fā)展現(xiàn)狀當前，我國的溫室農業(yè)發(fā)展正在朝著智能化、精準化、信息化邁進，一些研究和試驗正在緊密、有序

5、地開展。國內有關科研院所在溫室環(huán)境管理系統(tǒng)、栽培模式、溫室降溫、補光、除濕和增施CO2，等方面也展開了卓有成效的研究工作，初步形成了具有中國特色的現(xiàn)代化設施農業(yè)技術體系。如北京市農業(yè)機械研究所研發(fā)了具有中國特色的節(jié)能日光溫室及適應于不同領域的新型系列溫室、現(xiàn)代化溫室環(huán)境智能控制系統(tǒng)等設施設備；國家農業(yè)信息技術研究中心進行了溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)的研究開發(fā)。以上是我國在溫室農業(yè)下所作出的一些成績，但是從總體上來講，我們相距國外的應用、科研水平，離真正的智能農業(yè)的要求還有一定的距離。國內溫室農業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀是：環(huán)境調控技術與設備落后，智能化程度不高，對于農作物的生長參數(shù)測控

6、缺乏理論基礎與量化指標；絕大多數(shù)園藝智能設施類型過于簡易，因此對環(huán)境的調節(jié)和控制十分有限，因此對農作物的生長測控不夠精細；缺乏與我國相適應的溫室優(yōu)化控制軟件；溫室內的物理模型、作物的生長模型和溫室生產的模型不夠合理。（3）溫室農作物生長測控技術的發(fā)展趨勢隨著技術的發(fā)展，溫室環(huán)境監(jiān)控技術正向智能、精確化、信息化、節(jié)能化等方向發(fā)展，以下三個方面將是溫室農作物生產測控研究的幾個重要方向:①作物模型的研究以及作物模型與溫室智能控制的結合作物模型用于描述作物生長發(fā)育情況與作物生長環(huán)境因素之間的關系，作物模型是實現(xiàn)精準農業(yè)的基礎，也是實現(xiàn)自動化農業(yè)生產的關鍵技術。作物模型大致可分為機理模

7、型和經驗模型，溫室控制系統(tǒng)需要建立用環(huán)境參數(shù)描述的作物模型，并與作物的生長模型相結合，根據(jù)作物品種提供相應的控制策略，實現(xiàn)全自動的智能溫室。②基于傳感網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡技術作為一種新型網(wǎng)絡技術，以其低功耗、自由組網(wǎng)、低價位等特點，特別適合溫室內空間繁雜、有線布線不方便的應用場合，低廉的價格和維護成本也使得傳感網(wǎng)技術在溫室農業(yè)發(fā)展中的應用更具優(yōu)勢。另外，工業(yè)以太網(wǎng)具有和Internet相兼容的結構和協(xié)議，因此通過工業(yè)以太網(wǎng)接入Internet將節(jié)省軟硬件的開發(fā)，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定