随着现代农业的发展，温室工程越来越受到世界各国的重视。温室现代化主要体现在对温室内部环境的监控上，所以环境监控是农业现代化的重要标志。近百年来，温室的自动控制和管理技术水平在不断地提高，也为我国大型现代化温室的发展提供了极好的机遇，与此同时，我国的现代化温室在引进与自我开发并进的过程中仍然存在一些问题。

1　温室环境监控技术与温室监控系统

　　温室环境监控技术是现代农业技术研究的重要内容，它通过对温室环境中的温度、湿度、光照度等环境因子的监测和数据分析，同时结合作物生长发育的特点和规律，运用一定的工程措施来改善不适合作物生长的环境条件，创造出适合作物生长的最佳微气候条件，从而达到增加作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

　　温室环境监控系统是实现温室环境监控的软硬件平台，是一个集传感器技术、控制技术、通讯技术、计算机技术、专家系统技术等于一体的高科技产品，可以满足名特花卉、作物栽培和反季节蔬菜生产的需要。同时，也可以有效提高作物产量、缩短生长周期、减少人工操作的盲目性。温室环境监控系统的结构如（图1略）所示。

　　由（图1略）可见，该系统包含4个部分，即温室环境数据的采集、数据处理、执行机构、上位机和下位机之间的通信。温室环境数据的采集主要是完成前端温度、湿度、光照度、CO₂浓度、土壤水分以及营养液成分(pH值、电导、氮、磷、钾、钙)含量的信息采集，它主要是由各种传感器与变送器组成；数据处理是整个监控系统的核心，其他设备的控制、数据的整合、数据的转存等都是在该模块下完成，主要包括：对采集数据进行A／D转换、下位机(单片机、PLC等)、驱动电路等；执行机构主要是根据上位机的信息指令进行工作，包括：双向天窗角度开闭驱动，遮阳网驱动，防虫网驱动，通风机，喷灌、滴灌控制，营养液自动配制和废弃液、节能加温控制等；通信是指上位机与下位机间的通信，它包括下位机将处理后的数据传输给上位机进行监控和管理以及上位机根据收集到的数据进行命令的发布。目前，用于温室通信有有线和无线2种方式，其中有线方式包括CAN总线、RS-485等；无线方式包括蓝牙、Internet、GSM短消息、ZigBee等。

2　国内外温室监控技术的发展概况

　　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。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。

2.1　国外温室监控技术　

    国外对温室环境控制技术的研究始于20世纪70年代，先是采用模拟式的组合仪表采集现场信息并进行指示、记录和控制，80年代末出现了分布式控制系统。目前正在开发和研制计算机数据采集、控制的多因子综合控制系统。现在世界各国温室控制技术的发展都非常快，一些国家的温室控制技术在实现自动化的基础上，正朝着完全自动化、无人化的方向发展。例如：美国和荷兰利用差温管理技术，实现了对花卉、果蔬等产品开花期和成熟期的控制，以满足生产和市场的需要。英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观测50 km以外温室内的光、温、湿、气和水等环境状况，并进行遥控。以色列温室环境控制系统是现阶段国际比较典型的代表性产品．具有很强的实用性，可以根据控制对象的特点选用不同类型的控制器及外围设备，充分满足现代化温室内部的各种环境需求，具体特点包括：具有一个综合性的、实用灵活的、由许多控制应用程序构成的软件包；可监测温度、湿度、风速、风向、光照、CO₂、雨量等数据；主控机与控制网络之间的通信可以通过电缆、无线或移动电话等方式进行；软件基于Windows平台，以图表形式实现实时监测。可进行编程及数据存储。

2.2　国内温室监控技术　

    我国对温室控制技术的研究较晚，20世纪80年代，我国先后从欧美和日本等发达国家引进了大量的连栋温室，揭开了我国现代化温室生产、研究和普及的序幕。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。例如：1995年，北京农业大学研制成功了“WJG一1型实验温室环境监控计算机管理系统”，该系统属于小型分布式数据采集控制系统。1996年，江苏理工大学研制成功了基于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。中国农业机械化科学研究院研制成功了日光温室环境数字式监控系统，该系统的特点包括采用前后台2层结构。前台完成数据的采集和控制，采集的数据可以自动存储，也可以传输到主计算机进行处理；后台是主计算机，是整个监控系统的核心，具有发布监控命令、显示运行状态、数据检索和报表打印等主要功能。该系统可实现对温室内外温湿度、CO₂浓度、土壤温湿度、叶片温度、室内光照度、覆盖物表面温度等参数的测量，并且能输出各种控制信号，可以对排风扇、喷灌、滴灌等设备进行控制。该系统是代表现阶段国内温室环境控制技术先进水平的典型产品。

　　综合国内外温室监控技术的发展概况，温室环境监控技术的发展大致经历了“手动一自动控制一智能控制”3个发展阶段。其中，智能温室环境控制 阶段是环境监控技术发展的高级阶段，它是在温室自动控制技术和生产实践的基础上，通过收集、总结农业领域知识、技术和各种试验数据构建专家系统，以建立植物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术。这种智能化的控制技术将农业专家系统与温室自动控制技术有机结合，以温室综合环境因子作为采集与分析对象，通过专家系统的咨询与决策，给出不同时期作物生长所需要的最佳环境参数，并且依据此最佳参数对实时测得的数据进行模糊处理，自动选择合理、优化的调整方案，控制执行机构的相应动作，实现温室的智能化管理与生产。农业专家系统提供了一种全新的处理复杂农业问题的思想方法和技术手段。这种控制方式既能体现作物生长的内在规律。发挥农业专家在农业生产中的指导作用，又可充分利用计算机技术的优势，使系统的调控非常方便和有效，实现温室的完全智能化控制。因此，温室专家控制系统技术是一种比较理想、有发展前途的控制方式。

3　温室监控技术存在的问题及对策

3.1　控制模式的成本高、可靠性差　

    过去温室环境控制系统基本上采用的是主机一终端模式(Host．Terminal Mode)，该模式通过一个主机作为控制中心，负责对其他各个子系统进行管理控制：该模式的缺点是使用不灵活、投入较大、可靠性较差，一旦主机出现故障，将导致整个系统的崩溃。因此，现在研究的服务器一客户模式(Se~er—Client Mode)，即分布式计算机控制系统，就是系统不存在一个控制中心，主要控制功能由各个分布的子处理器完成，一般子处理器为可编程控制器(PLC)或者单片机。温室的控制由子处理器来完成，Pc机(主处理器)只实现辅助功能，这样子处理器可以脱离主处理器，即使主处理器发生故障，整个控制系统仍然可以工作，且分布式控制具有价格低、控制灵活、可靠性高等优点，因此它将在今后很长一个时期广泛应用于温室环境监控系统中。

3.2　缺乏对多要素环境控制方式的研究　

    现行的温室环境因子控制主要是对温湿度、光照度、CO₂，浓度等单一要素的控制，南于温室环境各个要素存在着较强的耦合性，即某个环境要素的改变将影响到其他环境要素的状态，所以需要综合考虑多个环境要素，才能达到温室环境整体上的最佳状态。因此，用多因子控制方式代替单因子控制方式，是提高温室环境监控系统控制效果的关键途径之一，也是温室环境监控未来的发展方向。

　　环境要素多因子控制方式虽然具有良好的应用前景，但由于各环境要素的相互关系不明确，同时由于算法的复杂程度和要求的预算量成几何级数递增，应用单片机或者PLC无法完成这样的控制，冈此在现阶段实现有较大的难度。但随着神经网络、遗传算法、模糊控制等人工智能方法在温室环境监控中的运用，将有助于多因子控制方式的实现。

3.3　无线通信技术在温室监控系统中的研究和应用不成熟　

    从国内对温室环境控制的研究来看，目前基于有线的测量控制系统相对比较成熟，但有线通信方式导致温室内的信号线、动力线错综复杂，安装维护难度大，而且温室环境易导致线缆老化，使系统可靠性降低，也不利于农业机器人等移动设备进行作业而无线通信方式无需布线、组网灵活、易升级，同时无线通信设备可以在网络覆盖范围内随意移动和重新组网，相对有线通信方式具有明显的优势。因此，通过无线通信技术实现数据传输是解决温室环境测控系统通信问题的有效方法。

　　目前，用于温室监控系统的无线通信方式有基于蓝牙和ZigBee协议的短距离无线通信方式，基于GPRS、GSM的远距离无线通信方式 周内现已展开了无线通信技术温室监控系统的研究，并取得了一定的成果。例如：孙忠富等提出了一种基于GPRS和WEB技术的远程数据采集和信息发布系统方案，即通过GPRS无线通讯技术建立现场监控系统与互联网的连接，将实时采集信息发送到数据WEB服务器，通过浏览器可实时浏览监测数据。无线通信技术在温室监控系统中的应用，将有助于实现设施农业生产的机械化、自动化，提高设施环境调控的智能化水平。