温室大棚环境的湿度监测和控制问题研究分析解析Word格式.docx

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在按农业生产力性质和水平划分的农业发展史上，属于农业的最新阶段。

其基本特征是:

一整套建立在现代自然科学基础上的农业科学技术的形成和推广，使农业生产技术由经验转向科学，如在植物学、动物学、遗传学、物理学、化学等科学发展的基础上，育种、栽培、饲养、土壤改良、植保畜保等农业科学技术迅速提高和广泛应用。

现代机器体系的形成和农业机器的广泛应用，使农业由手工畜力农具生产转变为机器生产，如技术经济性能优良的拖拉机、耕耘机、联合收割机、农用汽车、农用飞机以及林、牧、渔业中的各种机器，成为农业的主要生产工具，使投入农业的能源显著增加，电子、原子能、激光、遥感技术以及人造卫星等也开始运用于农业；

良好的、高效能的生态系统逐步形成。

农业生产的社会化程度有很大提高，如农业企业规模的扩大，农业生产的地区分工、企业分工日益发达，“小而全”的自给自足生产被高度专业化、商品化的生产所代替，农业生产过程同加工、销售以及生产资料的制造和供应紧密结合，产生了农工商一体化。

温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。

它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。

温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。

而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。

1.2国内外温室控制技术发展概况

1.2.1 

国内设施农业发展历史及现状

我国是温室栽培起源最早的国家，在2000多年前就已经能利用保护设施（温室的雏形）栽培多种蔬菜，至20世纪60年代，中国的设施农业始终徘徊在小规模、低水平、发展速度缓慢的状态，70年代初期地膜覆盖技术引入中国，对保温保墒起到一定的作用。

随着经济的发展和科技的进步，70～80年代，相继出现了塑料大棚和日光温室。

90年代开始，中国设施农业逐步向规模化、集约化和科学化方向发展，技术水平有了大幅度提高。

随着近年来国家相关科研项目的启动，在学习借鉴、吸收消化国外先进技术成果的基础上，中国的设施农业有了较快发展，设施面积和设施水平不断提高。

近代温室的发展经历了改良型日光温室、大型玻璃温室和现代化温室三个阶段，但由于各地区生产状况、经济条件和利用目的的差异，至今各阶段不同类型的温室依然并存。

但是我国对于温室控制技术的研究较晚，始于20世纪80年代。

我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机控制技术，该技术仅限于温度、湿度和二氧化碳浓度等单项环境因子的控制。

之后，我国的温室控制技术得到了迅速发展。

20世纪80年代，我国先后从欧美和日本等发达国家引进了21.2h㎡连栋温室。

由于当时只注重引进温室设备，而忽略了温室的管理技术和栽培技术，且引进的温室能耗过高，致使企业相继亏损或停产。

90年代初，我国大型温室跌入了发展的低谷。

“九五”初期，以以色列温室为代表的北京中以示范农场的建立，拉开了我国第二次学习和引进国外现代温室技术的序幕。

到90年代中后期，在对国外温室设备配置、温室栽培品种、栽培技术等各个方面进行研究的基础上，我国自主开发了一些研究性质的环境控制系统。

1995年，北京农业大学研制成功了“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”，此系统属于小型分布式数据采集控制系统。

1996年，江苏理工大学毛罕平等研制成功了使用工控机进行管理的植物工厂系统。

该系统能对温度、光照、CO2浓度、营养液和施肥等进行综合控制，是目前国产化温室控制技术比较典型的研究成果。

中国农业机械化科学研究院研制成功了新型智能温室系统。

该系统由大棚本体及通风降温系统、太阳能贮存系统、燃油热风加热系统、灌溉系统、计算机环境参数测控系统等组成。

1997年以来，中国农业大学在温室环境的自动控制技术方面也取得了一定的成果。

90年代末，河北职业技术师范学院的闰忠文研制了蔬菜大棚，其能够对温、湿度进行实时测量与控制。

但由于我国农业现代化水平较低，农业劳动力大量过剩，温室的一次性投资大，资金短缺以及对操作人员的素质要求比较高等因素，限制了温室控制技术在温室系统的扩展。

1.2.2国外设施农业发展历史及现状

国外温室栽培的起源以罗马为最早。

罗马的哲学家塞内卡（seneca，公元前3年至公元69年）记载了应用云母片作覆盖物生产早熟黄瓜。

20世纪70年代以来，西方发达国家在设施农业上的投入和补贴较多，设施农业发展迅速。

目前，全世界设施农业面积已达400余万hm2。

荷兰、日本、以色列、美国、加拿大等国是设施农业十分发达的国家，其设施设备标准化、种苗技术及规范化栽培技术、植物保护及采后加工商品化技术、新型覆盖材料开发与应用技术、设施环境综合调控及农业机械化技术水平等都具有较高的水平，居世界领先地位。

自20世纪70年代以来，国外设施农业发达国家在温室环境配套工程技术方面也进行了大量研究，并取得了一些技术成果。

以荷兰为代表的欧美国家设施园艺规模大、自动化程度高、生产效率高，设施农业主体没备温室内的光、水、气、肥等均实现了智能化控制；

以色列的现代化温室可根据作物对环境的不同要求，通过计算机对内部环境进行自动监测和调控，实现温室作物全天候、周年性的高效生产；

美国、日本等国还推出了代表当今世界最先进水平的全封闭式生产体系，即应用人工补充光照、采用网络通讯技术和视频技术进行温室环境的远程控制与诊断、由机械人或机械手进行移栽作业的“植物工厂”，大大提高了劳动生产率和产品产出率。

当前，国外温室产业发展呈以下态势：

温室建筑面积呈扩大化趋势，在农业技术先进的国家，每栋温室的面积都在0.5hm2以上，便于进行立体栽培和机械化作业；

覆盖材料向多功能、系列化方向发展，比较寒冷的北欧国家，覆盖材料多用玻璃，法国等南欧国家多用塑料，日本则大量使用塑料；

无土栽培技术迅速发展；

由于当今科学技术的高度发展，采用现有的机械化、工程化、自动化技术，实现设施内部环境因素（如温度、湿度、光照、co2浓度等）的调控由过去单因素控制向利用环境计算机多因子动态控制系统发展；

温室环境控制和作物栽培管理向智能化、网络化方向发展，而且温室产业向节约能源、低成本的地区转移，节能技术成为研究的重点；

广泛建市和应用喷灌、滴灌系统。

过去发达国家灌溉是以土壤含水量或水位为依据进行水肥管理，而现在世界上正在研究以作物需水信息为依据的智能灌溉监控系统，如加拿大的多伦多大学正在研发超声波传感器，可检测作物缺水程度，以指示灌溉。

1.3温室环境中的湿度要求及湿度对温室环境的重要性

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，温室环境与作物的生长、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、湿度与二氧化碳含量等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。

温室大棚生产的一个重要优势就是可以控制所有的环境因素，从而使植物处于最佳生长状态，其中温湿度是非常关键的一个因子。

不同种类的植物有不同的最佳生长温度，及湿度。

而且不同植物以及植物在不同生长阶段对温湿度的需求也不相同。

我们总是希望植物生长、发育得快一些以增加利润，所以就需要在植物的整个生长期提供最合适的温湿度。

空气湿度常用相对湿度或者绝对湿度来表示、绝对湿度是之开启中水蒸气的密度，用1立方米开启中含有水蒸气的重量，来表示。

水蒸气含量越多，开启的绝对湿度越高。

开启中的含水量是有一定程度的，达到最大容量时，称为饱和水蒸气含量。

当空气的温度升高时，它的饱和水蒸气含量也相应增加；

温度降低，则空气的饱和水蒸气含量也相对降低。

相对湿度是指空气中水蒸气的含量与同一温度下的饱和水蒸气含量的比值，并用百分比表示。

空气的相对湿度决定于空气的含水量和温度，在空气含水量不变的情况下，随着温度的增加，其相对湿度也就相应地降低；

当温度降低时，空气的相对湿度增加，在大棚内，夜间蒸发量下降，但空气湿度反而增加，主要就是由于温度降低的原因。

调节湿度的方法；

降湿：

通风换气、加温、采用滴灌、开沟排水。

增湿：

灌水、加湿器加湿、主要采用喷雾。

2、湿度传感器分析

2.1湿度检测元件的种类及特点

2.1.1传感器的介绍及性能指标

（一）传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的物理量（一般为电量）的装置。

传感器有时也称为探测器、变换器或变送器，是指能够感受确定（规定）的被测量（电量、机械量、化学量、生物量等）并按照一定的规律（物理规律、化学规律、生物规律等）转换成有用信号（一般情况下为电信号）的元器件或装置。

传感器一般利用物理、化学和生物等学科的某些效应或原理，如守恒原理（能量、动量、电荷量等）；

场论定律（力场、电磁场、矢量场等）；

物理定律（表征各种器材内部性质的定律，如欧姆定律、虎克定律等）；

统计规律（微观与宏观联系起来的物理法则）等，按照一定的工艺研制出来的。

湿度传感器是基于其功能材料能发生与湿度有关的物理效应或化学反应的基础上制造的。

随着工农业等部门对产品质量的要求越来越高，也就越来越需要对湿度进行严格监测及控制。

如今，湿度的检测和控制技术已经获得广泛应用，对湿度监测、控制的需要促进了对湿度传感器的研究进展。

传感器技术与信息技术、计算机技术并列成为现代信息产业的三大支柱，分别构成了信息技术系统的“感官”，“神经”和“大脑”，特别是在测试系统、自动控制系统中，已成为不可缺少的重要部分。

如果没有各种精确可靠的传感器做支撑，那么计算机也就无法发挥其应有的作用。

传感器能够把自然界的各种物理量和化学量等精确地变换为电信号，再经电子电路或计算机进行处理，从而对这些量进行监测或控制。

传感器的组成如图1所示，一般由敏感元件、转换元件和其他辅助部件。

图1.传感器组成方框图

Figure1.Sensorblockdiagram

敏感器件：

能够直接感受（响应）被测量，并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其他量的元件。

如应变式压力传感器的弹性膜片就是敏感元件，作用是将压力转换成弹性膜片的变形。

转换器件：

又称为传感元件、变换器，是指将敏感元件的输出量直接转换成电量输出的元件，一般情况下不直接感受（响应）被测量（特殊情况除外）。

如应变片压力传感器中的应变片就是转换元件，作用是将弹性膜片的变形转换成电阻值的变化。

值得注意的是，并不是所有的传感器都必须含有敏感元件和转换元件。

如果敏感元件直接输出的是电信号，它就同时兼为转换元件。

敏感元件和转换元件合二为一的传感器很多，如压电传感器、热电偶、热敏电阻、光电器件等。

信号调节（转换）电路：

也称为二次仪表，是把转换元件输出的电信号放大、转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号电路。

这些电路的类型视传感器类型而定