文献评论

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本科毕业论文(设计)文献综述实例

论文题目:温室环境测控系统及其发展趋势。

阐述了国内外温室环境监控系统的发展，包括美国、日本、荷兰等温室监控技术先进的国家在各自领域的研究成果，以及我国引进温室技术后，各高校和专业人员在各自领域的探索，并取得了一定的研究成果。其次是温室测控系统的发展前沿，即该领域的先进技术，如无线电监控系统、GPRS技术、远程温室控制系统等。最后，详细介绍了温室测控中的主要影响因素，包括温度、湿度、光照、CO2浓度，以及目前合适的处理方法。

关键词:温室环境监测与控制；无线电监测；远距离监控

温室环境控制系统及其应用

发展

论文摘要:本文介绍了国内外温室环境控制系统的发展状况，自温室诞生以来，美国，日本，荷兰等温室监控技术比较先进的国家在各自的领域进行了研究，并且在引进温室技术之后，国内各高校和专业人士也进行了各自的有益探索，并取得了一定方面的研究成果。第二，发展前沿的温室控制系统，如无线控制系统、GPRS技术、温室远程控制系统等。最后，具体讲述了温室监控的主要因素，包括温度、湿度、光照、CO2浓度以及目前比较合适的方法。无线电控制系统；温室远程控制系统。

介绍

当前，我国农业正处于由传统农业向以优质、高效、高产为目标的现代农业转变的新阶段。温室作为现代设施农业的重要产品，已在我国大部分地区得到广泛应用。温室可以模拟为人工智能监控的半封闭生态系统，可以避免各种不利外界因素的影响，人为控制[1]或创造适合作物生长的气候环境。由于温室内的各种环境因素都是可以人为控制的，因此控制技术直接决定了温室内作物的产量和品质。

温室测控系统一般包括三个模块:环境信息采集模块、数据处理模块和执行模块。在目前的测控系统中，环境因素的采集主要包括温度、湿度、CO2浓度、光照强度、土壤湿度等。

国内外1温室环境监控的发展

自20世纪70年代温室诞生以来，各国对测控技术的研究越来越多，并逐渐向网络化、智能化、集成化方向发展[2]。

国外温室技术发展概况。

美国是最早发明计算机的国家，也是最早和最多将计算机应用于温室控制和管理的国家之一。美国研制的温室计算机控制管理系统，可以根据温室作物的特点和要求，自动调控温室内的光、温、水、气、肥等诸多因素，还可以利用温差管理技术调控花卉、水果、蔬菜的开花和成熟。

在日本，作为设施农业主要内容的设施园艺建设相当发达。比如塑料大棚等人工栽培设施广泛使用，保护地栽培面积居世界前列。蔬菜、花卉、水果在保护地温室中广泛生产，针对育苗设施中的高温、高湿等不良环境研究了几个设施项目[3]，主要包括播种装置、幼苗接触刺激装置、幼苗灌溉装置和遮光装置的开闭装置、缺陷苗的开闭装置。

2002年，英国伦敦大学农学院利用计算机远程控制技术，对50公里外的温室内的温度和湿度进行观测和远程控制。另外，鉴于CO2浓度对作物的影响，通常在温室内安装换气扇，搅动空气，使温室内CO2浓度一致[5]。

荷兰的园艺温室发展较早。由于地处高纬度、日照短、年平均气温低等不利于作物生长的气候因素，我们集中更多的力量发展经济价值高的花卉和蔬菜，大规模发展玻璃温室和配套工程设施，并全部采用计算机控制，大大提高了作物的产量和质量要求。

如今，随着科学技术的不断发展，国外温室产业致力于高新技术的广泛应用。遥测技术、网络技术和控制局域网已逐渐应用于温室的管理和控制。近年来，各国温度控制技术提出建立温室行业标准，向网络化、大型化、无人化方向发展[6]。

1.2国内温室技术发展概述

国内计算机应用始于70年代中期，当时主要用于数据的统计分析和计算。自20世纪70年代末以来，中国从美国、日本、荷兰和其他国家引进了许多先进的现代温室技术。我国农业科研人员在借鉴发达国家高科技温室技术的基础上，对温室内的温度、湿度、光照、CO2浓度等环境因子的控制技术进行了全面的研究，我国的温室技术也在学习和发展的道路上取得了长足的进步。

早期温室技术由中国农业科学院于1987引进，成立了全国农业系统第一个计算机应用研究机构[7]。20世纪90年代初，计算机开始用于温室管理和控制领域。

2000年，于今研究了工业控制计算机IPC在自动温室控制中的应用[8]。本研究基于工业控制计算机采集环境信息并控制外围设施进行控制。实现了温室的封闭环境控制，但系统布线复杂，维护困难，价格昂贵。

2005年，杜辉等人研究了基于蓝牙技术的分布式温室监控系统[9]。该系统结合蓝牙技术和现场总线技术对温室群进行监控，提高了系统的可靠性，减少了数据传输过程中的干扰。但由于蓝牙技术本身的不成熟，与其他技术的结合会导致系统的无序，难以控制。虽然该系统的实际应用还需要深入研究。

2007年，唐娟等人研究了基于新型AVR单片机[10]的温室测控系统。该系统将个体生产与规模化生产相结合，在单个温室生产智能化自动化的基础上，实现了连栋温室的规模化生产。

2008年，周和郭康全开发了基于ARM7微处理器的温室控制器系统[11]。该系统可以通过AD算法实现温室内模拟量和开关量的实时动态采集，并将采集的数据经过处理后定期保存并发出控制值。

2温室技术的新发展

现代农业设施技术有了很大发展，不同的先进技术被用来创造有利于作物生长的温室环境。这里有五种新的温室技术。

2.1无线电监测系统

随着生产规模的不断扩大和温室数量的增加，有线监控系统布线复杂、维护困难、不能随意添加节点等缺点暴露无遗。随着电子技术的发展，出现了集成的无线收发芯片nRF905，它体积小，只需在外围增加几个元器件就可以工作，编程简单，可以实现信息的无线传输。以上位机为信息处理终端，构建了温室环境参数监测系统。该系统具有无需布线、任意增减采集点、结构简单、功耗低、组网方便等特点，具有较高的实用价值[12]。

2.2 GPRS技术的应用

GPRS(通用分组无线业务)是通用分组无线业务的简称，是基于GSM(全球移动通信系统)系统的无线分组交换技术。同一无线信道可以被多个用户共享，只有当一个用户需要发送或接收数据时才会占用信道资源，从而有效利用信道资源。监控中心服务器可以通过GPRS使用移动状态下采集的各种信息和数据，在移动通信服务商提供的GPRS服务平台上搭建温室环境监控信息和数据传输系统，实现智能温室控制信息采集点的无线数据传输。同时，监控系统可以实现信息和指令的反向传输，从而达到远程控制的目的[13]。温室环境监控中心还可以通过服务器浏览各个温室的作物生长状况。

2.3基于CAN和Profibus的温室分布式监控系统

CAN(控制器局域网)总线是分布式实时控制系统的串行通信局域网[14-15]。其信号传输采用短帧结构，具有传输时间短、受干扰概率低、实时性强、性能好、可靠性高等优点，广泛应用于各种控制系统中检测与执行机构之间的数据通信。

基于Profibus的温湿度分布式测控系统类似于CAN总线。在现有的各种现场总线中，Profi2bus总线占据了很大的市场份额，并提供了三种协议类型:DP、PA3和FMS。

2.4虚拟仪器的应用

温室测量系统的发展经历了模拟仪器、分立元件仪器、数字仪器和智能仪器，现在已经发展到虚拟仪器。虚拟仪器由计算机组成的虚拟仪器平台，可以通过不同的虚拟仪器软件实现多种测试功能，可以用虚拟仪器代替一些传统的仪器硬件，利用虚拟仪器强大的数据采集和数据分析功能处理各种信息，然后将结果发送到显示器或控制调节机构来调节温室的环境参数[16]。

2.5远程温室控制系统

为了实现农民对温室的简单控制，增加农民的产量和收入，远程温室控制系统显然是一个值得研究和推广的项目。该系统要求实时性高、传输距离远、稳定性高、抗干扰能力强。CC2Link成本低，能满足野战环境的通信要求，成为主要的新型野战通信方式。此外，以太网实时、高速、传输距离远，成为主流的远程通信方式。二者结合实现了温室远程控制网络[17]。

3影响作物生长的因素及处理方法

作物的生长发育，一方面取决于作物本身的遗传特性，另一方面取决于外界的环境条件。在生产上，需要通过优良的栽培技术和创造适宜的环境条件来控制生长发育。

影响作物生长发育的主要环境条件包括:温度(气温和土壤温度)、光照(光强和光周期)、水分(空气湿度和土壤湿度)、土壤(土壤肥力和土壤溶液的反应)、空气(大气和土壤中空气的特性、CO2含量、有毒气体含量)、生物条件(土壤微生物和病虫害)等等。详细讨论了以下四个方面:温度、湿度、光照和CO2浓度。

3.1温度

温度是作物生长发育最敏感和最重要的环境。在自然环境中，温度随时间而变化。

这四个层次是周期性变化的，随着空间纬度和高度的增加而降低。

此外，在室内，由于农作物的密集生长，温度的空间变得更加复杂。事实上，温度的空间分布受室外气候因素、室内调控方式和植物种群结构的影响，气温在水平和垂直方向上往往是不均匀的。

处理方法:

目前温室的温度控制主要包括加热、保温和降温[18]。供暖有三种形式:热风供暖系统、热水供暖系统和土壤供暖。保温包括减少传热和通风，提高保温率，增加表面热流；最简单的降温方法就是通风。

3.2湿度

适宜的空气湿度和土壤湿度是温室作物健康生长的重要条件。据研究，除了雨天，午后室内空气湿度低会导致农作物光合作用的午休。

一般来说，农作物适宜的相对湿度为60% ~ 80%。因此，温室内空气的相对湿度直接影响作物的光合作用和作物生产的质量；此外，空气湿度过高，农作物也容易生病。

土壤湿度对植物也有很大影响。如果温室排水灌溉不畅，土壤透水性不好，就会造成土壤水分过剩，减少土壤中的氧气，减少植物根系呼吸的水分，从而影响植物的水分代谢，阻碍植物生长或引起根腐病[19]。

处理方法:

除湿的方法有通风、加热除湿、覆盖塑料薄膜、使用除湿机和除湿换热通风装置。加湿方法包括喷雾加湿、湿帘加湿和在温室顶部安装喷雾系统[20]。这些方法不仅有加湿功能，还能达到降温的效果。

3.3光强度

光是作物生长发育的关键条件之一。没有光，就没有植物的生长，光照不足必然会影响植物的生长发育。

光照的强弱直接影响作物光合作用的强度。与室外相比，室内光的明显差异表现在数量减少、光质变化、光分布不均匀三个方面，从而形成了独特的温室光环境[21]。

解决方法:手动调节温室外部设施，改变温室内的光照强度。