基于虚拟仪器的蔬菜大棚温湿度控制系统设计.pdf

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0引言

随着科学技术的不断发展，当前设施农业(又称工厂化农业)已成为一种农业新兴产

业。设施农业是借助温室及其配套装置来调节和控制作物生产环境条件的新型农业生产方

式，它是一种高产、高效、优质和技术密集型的农业。现代大型温室中，所有环境因子如

室内温、光、气、湿、热、营养液养分状况与温度，植物根部环境温湿度等因子的监测、

传感、调节，都由计算机进行综合管理，实行自动控制。

温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消

除温度对生物生长的限制。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，通过读取温度

值来知道大棚内的实际温度，然后根据现有温度与预定温度进行比较，如果温度过高，就

对大棚进行降温处理，如果温度过低，就对大棚进行升温。仅仅依靠人工操作来调节，不

仅浪费人力资源，而且难以达到预期的控制质量和精度，控制不当甚至会造成损失。以黄

瓜生长为例，理想的气温日变化是上午光合作用较旺盛时可维持30℃左右，以促进同化作

用，午后光合转弱应充分唤气，使温度降至25℃～20℃以减少呼吸消耗。白天室温一般

，

在20℃～30℃左右，持续8小时长势最好，6.5小时长势减弱，少于5小时则生长不良；

前半夜维持16℃~13℃，以促进同化，后半夜降温到13℃～10℃，夜间低于10℃的时间持

续4小时，则收瓜量显著下降，若最低温度低于6℃，植株会因生理损伤而转黄；在定植

到收根瓜阶段，如白天温度合适，而夜间气温低于8并持续8～10小时，连续3～5日则

℃

幼苗生长缓慢，若低于5℃的时间达3～4小时连续3～5日幼苗开始发黄，叶片边缘黄枯；

，

若低于5℃的时间达6小时以上，连续3～5日幼苗则停止生长，严重发黄，叶缘黄枯；如

夜间地温也在适温以下，则幼苗生理损伤更为严重。同样，在湿度控制方面，过干过湿也

[1]

会造成植株的损害，这里不在说明。

从上面分析可以看出，单纯依靠人工调节存在很多难以实现的技术要求。现在，虚拟

仪器技术越来越完善，通过虚拟仪器改善大棚的温度控制系统具有很多的优势和便利。虚

拟仪器是指在通用计算机平台上，用户根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能，其实

质是将传统仪器硬件和最新计算机软件技术充分结合起来，以实现并扩展传统仪器的功

能，“软件就是仪器”反映了虚拟仪器技术的本质特征。与传统仪器相比，虚拟仪器在智

能化程度、处理能力、性价比、可操作性等方面均具有明显的技术优势。NI公司基于此技

术推出了一种虚拟仪器平台——LabVIEW，LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrument

EngineeringWorkbench─实验室虚拟仪器工程平台）是目前国际上应用最广的虚拟仪器开

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发环境之一，主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域，并适用于

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Windows3.1/95/98、WindowsNT、Macintosh、UNIX等多种不同的操作系统平台。与传

统程序语言不同，LabVIEW采用强大的图形化语言（G语言）编程，面向测试工程师而

非专业程序员，编程非常方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪

器控制能力等特点，是目前应用最广,发展最快，功能最强的图形化软件集成开发环环境。

本系统通过单片机对大棚的温湿度进行模糊控制，预先根据大棚的实际环境设置所需

参数，如设置白天温度控制在20℃～30℃，并持续8小时，晚上温度控制在10℃～16℃，

这些参数的选择要根据大棚内实际具体