Revisión de la literatura
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Ejemplo de revisión de literatura para tesis de pregrado (diseño)
Título de tesis: Sistema de medición y control del ambiente de invernaderos y sus tendencias de desarrollo.
Expone el desarrollo de sistemas de monitoreo ambiental de gases de efecto invernadero en el país y en el extranjero, incluidos los resultados de la investigación en sus respectivos campos de países con tecnologías avanzadas de monitoreo de gases de efecto invernadero, como Estados Unidos, Japón y los Países Bajos, así como Los resultados de la investigación de varias universidades y profesionales después de la introducción de la tecnología de invernadero en mi país exploraron sus respectivos campos y lograron ciertos resultados de investigación. La segunda es la frontera de desarrollo de los sistemas de medición y control de invernaderos, es decir, tecnologías avanzadas en este campo, como sistemas de radiomonitoreo, tecnología GPRS, sistemas de control remoto de invernaderos, etc. Finalmente, se presentan en detalle los principales factores que influyen en la medición y el control de invernaderos, incluida la temperatura, la humedad, la luz, la concentración de CO2 y los métodos de tratamiento adecuados actuales.
Palabras clave: Monitoreo y control del ambiente de invernaderos; monitoreo radioeléctrico; monitoreo remoto
Sistema de control del ambiente de invernaderos y su aplicación
Desarrollo
Papel resumen: Este artículo presenta el estado de desarrollo de los sistemas de control ambiental de invernaderos en el país y en el extranjero. Desde el nacimiento de los invernaderos, países con tecnologías de monitoreo de invernaderos relativamente avanzadas, como Estados Unidos, Japón y los Países Bajos, han realizado investigaciones en sus respectivos campos. y después de la introducción de la tecnología de invernadero, las universidades y profesionales nacionales también llevaron a cabo sus propias exploraciones útiles y lograron ciertos resultados de investigación. En segundo lugar, desarrollar sistemas de control de invernaderos de última generación, como sistemas de control inalámbricos, tecnología GPRS, sistemas de control remoto de invernaderos, etc. Finalmente, se describen en detalle los principales factores del seguimiento de invernaderos, incluyendo la temperatura, la humedad, la luz, la concentración de CO2 y los métodos más adecuados actualmente. Sistema de radiocontrol; sistema de control remoto de invernaderos.
Introducción
Actualmente, la agricultura de mi país se encuentra en una nueva etapa de transformación de la agricultura tradicional a la agricultura moderna con el objetivo de alta calidad, eficiencia y alto rendimiento. Como producto importante de la agricultura moderna, los invernaderos se han utilizado ampliamente en la mayoría de las zonas de nuestro país. El invernadero se puede simular como un ecosistema semicerrado monitoreado por inteligencia artificial, que puede evitar la influencia de diversos factores externos adversos, controlar artificialmente [1] o crear un entorno climático adecuado para el crecimiento de los cultivos. Dado que varios factores ambientales en el invernadero pueden controlarse artificialmente, la tecnología de control determina directamente el rendimiento y la calidad de los cultivos en el invernadero.
Los sistemas de medición y control de invernaderos incluyen generalmente tres módulos: módulo de recogida de información ambiental, módulo de procesamiento de datos y módulo de ejecución. En el sistema actual de medición y control, el conjunto de factores ambientales incluye principalmente temperatura, humedad, concentración de CO2, intensidad de la luz, humedad del suelo, etc.
El desarrollo del monitoreo ambiental de los invernaderos en el país y en el extranjero
Desde el nacimiento de los invernaderos en la década de 1970, los países han llevado a cabo cada vez más investigaciones sobre tecnologías de medición y control, y gradualmente han avanzado hacia tecnologías inteligentes y en red, desarrollo en dirección a la integración [2].
Resumen del desarrollo de la tecnología extranjera de invernaderos.
Estados Unidos es el primer país en inventar las computadoras, y también es uno de los primeros y más populares países en aplicar las computadoras al control y gestión de invernaderos. El sistema de gestión de control por computadora de invernadero desarrollado en los Estados Unidos puede controlar automáticamente la luz, la temperatura, el agua, el aire, los fertilizantes y muchos otros factores en el invernadero de acuerdo con las características y requisitos de los cultivos de invernadero. También puede utilizar tecnología de gestión de diferencia de temperatura para controlar. el florecimiento de flores, frutos y vegetales y madurez.
En Japón, la construcción de horticultura de instalaciones, que es el contenido principal de la agricultura de instalaciones, está bastante desarrollada. Por ejemplo, se utilizan ampliamente instalaciones de cultivo artificiales, como invernaderos de plástico, y la superficie de cultivo protegida se encuentra entre las mejores del mundo. Las hortalizas, las flores y las frutas se producen ampliamente en invernaderos protegidos. Se han estudiado varios proyectos de instalaciones para entornos adversos, como altas temperaturas y alta humedad en las instalaciones de plántulas [3], que incluyen principalmente dispositivos de siembra, dispositivos de estimulación por contacto de plántulas y riego de plántulas. Dispositivos y dispositivos de sombra. El dispositivo de apertura y cierre del dispositivo y el dispositivo de apertura y cierre de plántulas defectuosas.
En 2002, la Escuela de Agricultura de la Universidad de Londres, Reino Unido, utilizó tecnología de control remoto por computadora para observar y controlar remotamente la temperatura y la humedad en un invernadero a 50 kilómetros de distancia. Además, en vista del impacto de la concentración de CO2 en los cultivos, generalmente se instalan ventiladores en el invernadero para agitar el aire y hacer que la concentración de CO2 sea constante en el invernadero [5].
Los invernaderos hortícolas en los Países Bajos se desarrollaron antes. Debido a la alta latitud, la poca luz solar, la baja temperatura promedio anual y otros factores climáticos que no favorecen el crecimiento de los cultivos, hemos concentrado más esfuerzos en el desarrollo de flores y vegetales con alto valor económico, desarrollado invernaderos de vidrio e instalaciones de ingeniería de apoyo en a gran escala, y los adoptó todos. El control por computadora ha mejorado enormemente el rendimiento de los cultivos y los requisitos de calidad.
Hoy en día, con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología, la industria extranjera de invernaderos está comprometida con la aplicación generalizada de altas y nuevas tecnologías. La tecnología de telemetría, la tecnología de redes LAN y el control LAN se han ido aplicando paulatinamente a la gestión y control de invernaderos. En los últimos años, la tecnología de control de temperatura en varios países ha propuesto establecer estándares para la industria de los invernaderos y desarrollarse hacia la red, a gran escala y sin tripulación [6].
1.2 Descripción general del desarrollo de la tecnología nacional de invernaderos
Las aplicaciones informáticas nacionales comenzaron a mediados de la década de 1970, cuando se utilizaban principalmente para análisis estadístico y cálculo de datos. Desde finales de la década de 1970, China ha introducido muchas tecnologías modernas y avanzadas de invernaderos procedentes de Estados Unidos, Japón, Países Bajos y otros países.
Basándose en la tecnología de invernaderos de alta tecnología de los países desarrollados, los investigadores agrícolas de nuestro país han realizado investigaciones exhaustivas sobre la tecnología de control de factores ambientales como la temperatura, la humedad, la luz y la concentración de CO2 en los invernaderos. La tecnología de invernaderos de nuestro país también está aprendiendo y. Se han logrado grandes avances en el camino.
La Academia China de Ciencias Agrícolas introdujo la primera tecnología de invernadero en 1987, estableciendo la primera institución de investigación de aplicaciones informáticas en el sistema agrícola nacional [7]. A principios de la década de 1990, las computadoras comenzaron a utilizarse en la gestión y control de invernaderos.
En 2000, Yu Jin estudió la aplicación del control industrial por ordenador IPC en el control automático de invernaderos [8]. Esta investigación se basa en ordenadores de control industrial que recogen información ambiental y controlan instalaciones periféricas para su control. Se logra el control del ambiente cerrado del invernadero, pero el cableado del sistema es complejo, el mantenimiento es difícil y el precio es caro.
En 2005, Du Hui y otros estudiaron un sistema distribuido de monitoreo de invernaderos basado en tecnología Bluetooth [9]. El sistema combina tecnología Bluetooth y tecnología de bus de campo para monitorear el grupo de invernaderos, lo que mejora la confiabilidad del sistema y reduce las interferencias durante la transmisión de datos. Sin embargo, debido a la inmadurez de la propia tecnología Bluetooth, la combinación con otras tecnologías provocará que el sistema se desordene y sea difícil de controlar. Aunque la aplicación práctica de este sistema aún necesita una investigación en profundidad.
En 2007, Tang Juan y otros estudiaron un sistema de control y medición de invernaderos basado en un nuevo microcontrolador AVR [10]. Este sistema combina la producción individual con la producción a gran escala y realiza la producción a gran escala de invernaderos de varios tramos basándose en la automatización inteligente de la producción de un solo invernadero.
En 2008, Zhou y Guo Kangquan desarrollaron un sistema de control de invernadero basado en un microprocesador ARM7 [11]. El sistema puede realizar una recopilación dinámica en tiempo real de valores analógicos y de conmutación en el invernadero a través de algoritmos AD y procesar los datos recopilados para guardar y enviar valores de control periódicamente.
2 Nuevos desarrollos en tecnología de invernaderos
La tecnología de las instalaciones agrícolas modernas se ha desarrollado enormemente y se utilizan diferentes tecnologías avanzadas para crear un entorno de invernadero propicio para el crecimiento de los cultivos. Aquí hay cinco nuevas tecnologías de invernadero.
2.1 Sistema de monitoreo por radio
Con la continua expansión de la escala de producción y el aumento en el número de invernaderos, las desventajas de los sistemas de monitoreo por cable, como cableado complejo, mantenimiento difícil e incapacidad para agregar nodos a voluntad habrá sido expuesto. Con el desarrollo de la tecnología electrónica, apareció el chip transceptor inalámbrico integrado nRF905. Es de tamaño pequeño y puede funcionar agregando solo unos pocos componentes periféricos. Es fácil de programar y puede realizar la transmisión inalámbrica de información. Utilizando la PC anterior como terminal de procesamiento de información, se construyó un sistema de monitoreo de parámetros ambientales de invernadero. Este sistema tiene las características de no requerir cableado, aumento o disminución arbitraria de puntos de recolección, estructura simple, bajo consumo de energía y conexión en red conveniente, etc., y tiene un alto valor práctico [12].
2.2 Aplicación de la tecnología GPRS
GPRS (General Packet Radio Service) es la abreviatura de General Packet Radio Service y es una tecnología de conmutación de paquetes inalámbrica basada en el GSM (Sistema Global para Móviles). Comunicaciones). El mismo canal inalámbrico puede ser compartido por múltiples usuarios. Los recursos del canal se ocuparán sólo cuando un usuario necesite enviar o recibir datos, utilizando así de manera efectiva los recursos del canal. El servidor del centro de monitoreo puede utilizar diversa información y datos recopilados mientras se mueve a través de GPRS para construir un sistema de transmisión de datos e información de monitoreo del entorno de invernadero en la plataforma de servicio GPRS proporcionada por proveedores de servicios de comunicaciones móviles para realizar la transmisión de datos inalámbrica de puntos de recopilación de información de control de invernaderos inteligentes. . Al mismo tiempo, el sistema de monitoreo puede realizar la transmisión inversa de información e instrucciones, logrando así el propósito del control remoto [13]. El centro de monitoreo ambiental del invernadero también puede explorar el estado de crecimiento de los cultivos de cada invernadero a través del servidor.
2.3 Sistema de monitoreo distribuido de invernadero basado en CAN y Profibus
El bus CAN (Controller Area Network) es una LAN de comunicación serial para sistemas distribuidos de control en tiempo real [14-15]. Su transmisión de señal adopta una estructura de trama corta, que tiene las ventajas de un tiempo de transmisión corto, baja probabilidad de interferencia, fuerte rendimiento en tiempo real, buen rendimiento y alta confiabilidad. Se usa ampliamente en la comunicación de datos entre agencias de detección y ejecución en diversos países. sistemas de control.
El sistema de control y medición distribuida de temperatura y humedad basado en Profibus es similar al bus CAN. Entre los distintos buses de campo existentes, el bus Profi2bus ocupa una gran cuota de mercado y proporciona tres tipos de protocolo: DP, PA3 y FMS.
2.4 Aplicación de instrumentos virtuales
El desarrollo de los sistemas de medición de invernaderos ha pasado por instrumentos analógicos, instrumentos de componentes discretos, instrumentos digitales e instrumentos inteligentes, y ahora se ha convertido en instrumentos virtuales. El instrumento virtual es una plataforma de instrumentos virtuales compuesta por computadoras. Puede realizar una variedad de funciones de prueba a través de diferentes software de instrumentos virtuales. Se pueden usar instrumentos virtuales para reemplazar algunos hardware de instrumentos tradicionales, y las potentes funciones de adquisición y análisis de datos de los instrumentos virtuales. Se puede utilizar para procesar información diversa. Los resultados luego se envían a un mecanismo de ajuste de control o visualización para ajustar los parámetros ambientales del invernadero [16].
2.5 Sistema de control remoto de invernadero
Para lograr un control simple del invernadero por parte de los agricultores y aumentar su producción e ingresos, el sistema de control remoto de invernadero es obviamente un proyecto digno de investigación. y promoción. El sistema requiere un alto rendimiento en tiempo real, una larga distancia de transmisión, alta estabilidad y una fuerte capacidad antiinterferente. CC2Link es de bajo costo y puede cumplir con los requisitos de comunicación de los entornos de campo, convirtiéndose en el principal nuevo método de comunicación de campo.
Además, Ethernet tiene una transmisión en tiempo real, alta velocidad y larga distancia, lo que la convierte en un método de comunicación remota convencional. La combinación de ambos crea una red de control remoto de invernaderos [17].
3 Factores que afectan el crecimiento de los cultivos y los métodos de tratamiento
El crecimiento y desarrollo de los cultivos depende de las características genéticas del propio cultivo, por un lado, y de las condiciones ambientales externas, por otro. mano. En términos de producción, el crecimiento y el desarrollo deben controlarse mediante excelentes técnicas de cultivo y la creación de condiciones ambientales adecuadas.
Las principales condiciones ambientales que afectan el crecimiento y desarrollo de los cultivos incluyen: temperatura (temperatura del aire y temperatura del suelo), luz (intensidad de luz y fotoperiodo), humedad (humedad del aire y humedad del suelo), suelo (fertilidad del suelo y solución del suelo), aire (características del aire en la atmósfera y del suelo, contenido de CO2, contenido de gases tóxicos), condiciones biológicas (microorganismos del suelo y plagas y enfermedades), etc. Se analizan en detalle los siguientes cuatro aspectos: temperatura, humedad, luz y concentración de CO2.
3.1 Temperatura
La temperatura es el entorno más sensible e importante para el crecimiento y desarrollo de los cultivos. En ambientes naturales, la temperatura cambia con el tiempo.
Estos cuatro niveles cambian periódicamente y disminuyen con el aumento de la latitud y altitud espacial.
Además, en interior, debido al denso crecimiento de los cultivos, el espacio de temperatura se vuelve más complejo. De hecho, la distribución espacial de la temperatura se ve afectada por factores climáticos exteriores, métodos de control interior y estructura de la población de plantas. La temperatura es a menudo desigual en las direcciones horizontal y vertical.
Métodos de procesamiento:
El control de temperatura actual de los invernaderos incluye principalmente calefacción, aislamiento y refrigeración [18]. Hay tres formas de calefacción: sistema de calefacción por aire caliente, sistema de calefacción por agua caliente y calefacción por suelo. El aislamiento incluye reducir la transferencia de calor y la ventilación, mejorar la tasa de aislamiento y aumentar el flujo de calor de la superficie. El método de enfriamiento más simple es la ventilación.
3.2 Humedad
La humedad del aire y del suelo adecuadas son condiciones importantes para el crecimiento saludable de los cultivos de invernadero. Según la investigación, excepto en los días lluviosos, la baja humedad del aire interior por la tarde provocará una siesta al mediodía en la fotosíntesis de los cultivos.
En general, la humedad relativa adecuada para los cultivos es del 60% ~ 80%. Por tanto, la humedad relativa del aire en el invernadero afecta directamente la fotosíntesis de los cultivos y la calidad de la producción de los mismos, además, si la humedad del aire es demasiado alta, los cultivos también son propensos a sufrir enfermedades;
La humedad del suelo también tiene un gran impacto en las plantas. Si el drenaje y el riego en el invernadero no son fluidos y la permeabilidad al agua del suelo es deficiente, provocará un exceso de agua en el suelo, reducirá el oxígeno en el suelo y reducirá la respiración del agua de las raíces de las plantas, lo que afectará el metabolismo del agua de las plantas y dificultará crecimiento de las plantas o causar pudrición de las raíces [19].
Métodos de tratamiento:
Los métodos de deshumidificación incluyen ventilación, calefacción y deshumidificación, recubrimiento con película plástica, uso de deshumidificadores y dispositivos de ventilación con intercambio de calor de deshumidificación. Los métodos de humidificación incluyen la humidificación por aspersión, la humidificación por cortina húmeda y la instalación de un sistema de nebulización en la parte superior del invernadero [20]. Estos métodos no sólo tienen una función humidificadora, sino que también consiguen un efecto refrescante.
3.3 Intensidad de la luz
La luz es una de las condiciones clave para el crecimiento y desarrollo de los cultivos. Sin luz, no habrá crecimiento de las plantas. Una luz insuficiente afectará inevitablemente el crecimiento y desarrollo de las plantas.
La intensidad de la luz afecta directamente a la intensidad de la fotosíntesis del cultivo. En comparación con la luz exterior, las diferencias obvias en la luz interior se manifiestan en tres aspectos: cantidad reducida, cambios en la calidad de la luz y distribución desigual de la luz, formando así un entorno de luz de invernadero único [21].
Solución: Ajustar manualmente las instalaciones exteriores del invernadero y cambiar la intensidad de la luz en el invernadero.