Source: Greenhouse Grower, 2011, 11/21
Title: Growing better crops with sensors
Author: P. Ling
感測器可用以控制灌溉作業、控制溫度與濕度以得到作物成長的最佳化,減了勞力需求與減少昆蟲與病害的問題。
許多溫度以安裝自動控制設備進行環境調節與灌溉作業。新進的感測系統可用以協助控制性能,減少勞力需求。並且改進植物品質。
自動控制有兩型:開放型與回饋型。以時間控制噴霧器進行噴霧加濕作業,此稱為開放型。此種系統在一個固定時間點開始動作,作用一段時間之後即停止噴霧。溫室內部與外在大氣的氣候條件與作物當時生長狀況均不加以考慮。
密閉系統使用感測器的輸入訊號進行控制動作。例如密閉除濕系統即是使用相對濕度計。感測器量測值高於某一設定值,天窗打開孔入外氣以進行除濕。密閉型控制系統可以隨著內外氣候條件與作物生長條件進行環控。控制系統之性能,取決於感測器收集的數據是否準確與可靠,固而可進行及時與適當的控制作業。
“垃圾內,垃圾出”也可應用於溫室自動化控制。無論控制策略多複雜,或是控制設備多完善,準確的感測資訊是控制作業的絕對標準。感測器的放置位置與保護設施是影響控制系統性能的主要因子。
一、溫度控制
準確的溫度控制是作物生長最佳化的絕對條件。為了達到溫室節能,溫度量測位置要能夠代表植物生長環境。
溫度感測器需要放置於植物的上方,作物其位置無論是介盤、地面或是懸掛,溫度感測器之位置要有其代表性。放置不當例如將溫度計放置於加溫機附近,即失去代表性。
另一種常見錯誤是將溫度計暴露在陽光下,所量測之溫度則高於真正的氣溫。
二、感測器校正
為了確保感測器性能,溫度計與相對濕度計需要經常校正。
三、灌溉控制
灌溉策略顯著也影響植物生長。多餘水量使的作物生長軟化。水量不足,降低作物產量。灌溉策略與整合式病蟲害策略必需相結合。根部水分適當,可減低根腐病。溫室地面水量過多,真菌容易生長,溫室內相對濕度將是過高。
各種灌溉控制策略如表一。
四、葉溫量測
植物本體溫度可用以進行環控,並且進行病蟲害防治。光合作用速率由植物葉片溫度所影響,因此以此為指標。以控制溫室溫度。
控制葉溫以避免葉片上方有結霜現象,因此可減少病害。其控制要點即是維持葉片溫度高於附近空氣露點溫度。
表一、灌溉作業與自動化
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人工灌溉 |
時間控制 |
感測器控制 |
根部環境 |
氣體環境 |
植物反應 |
感測與作業原理 |
作業人員進行觀察與決策 |
不需感測,設定灌溉啟動時間與作業時間 |
根部水分或張力量測 |
以蒸散模式估算作物耗水量 |
缺水引起的植物溫度變化直接感測 |
優點 |
直接觀察作物 |
低成本,容易使用 |
直接供應水,不需考慮環境因子與作物生長狀況 |
非接觸量測,數據收集容易 |
直接評估作物水分狀態 |
缺點 |
1.
主觀性
2.
勞力需求大 |
控制動作固定化,不考慮作物因子 |
感測器只能量測其放置位置附近根系空間之水分狀態,代表性不高 |
需要電腦以計算用水量,不用作物與不同生長狀態都需要進行微調 |
技術高未成熟,量測準確性需要深入探討。 |
需要的感測器 |
無 |
無 |
土壤水分計或張力計 |
溫度計、相對濕度計、日照計、風速計 |
紅外線葉溫計 |
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