日光温室是我国北方地区独有的设施农业形式，也是现阶段我国设施农业的最主要形态。近年来，我国日光温室产业化进程不断加快，种植面积不断扩大，环境调控技术和装备也得到了越来越广泛的应用。本书以作者在日光温室环境控制领域各项关键技术方面获得的研究成果为核心，突出基础理论在工程实践中的应用，分析了日光温室系统模型和环境控制技术的发展现状，指出了存在的问题和解决路径；提出了面向控制的日光温室小气候环境模型和相应的控制策略；介绍了日光温室自动监控系统的设计和试验方法，并将其应用到设施农业新形态——气雾栽培式家庭植物工厂中，开展了系统设计和试验。
本书适合日光温室及植物工厂环境控制领域相关的科研技术人员、现代农业产业园区的生产管理技术人员、大中专院校学生，以及关心设施农业发展的社会大众参考阅读。

第一章 绪论
第一节 日光温室系统模型的发展
一、日光温室系统模型定义
二、温室小气候模型的研究现状
三、作物生长模型的研究现状
四、能量消耗和CO2消耗模型的研究现状
第二节 日光温室环境控制技术的发展
一、我国温室环境控制技术的研究现状
二、发达国家的温室环境控制技术
第三节 日光温室环境控制技术存在的问题及解决方法
一、存在的主要问题
二、解决问题的方法
第二章 面向控制的日光温室小气候环境模型及其控制策略研究
第一节 作物生理模型的建立
一、蒸腾作用模型的建立
二、光合作用与呼吸作用模型的建立
三、积温模型的建立
第二节 日光温室环境模型的建立
一、系统描述
二、二氧化碳模型
三、水蒸气模型
四、热模型
五、通风模型
六、模型的验证
第三节 日光温室节能降耗控制策略研究
一、滚动时域控制原理
二、滚动时域优化控制器时间间隔的确定
三、成本函数
四、控制策略设计
第三章 日光温室环境自动监控系统设计与试验
第一节 日光温室自动监控系统总体方案设计
一、温室环境自动监控系统的功能要求
二、系统总体方案设计
第二节 系统上位机软件设计
一、上位机软件拟实现的功能
二、上位机软件开发工具的选择
三、上位机软件的开发
第三节 下位机硬件与软件设计
一、主要元器件的选取
二、下位机硬件电路设计
三、下位机控制软件设计
第四节 运行试验与示范
一、模块调试
二、整机调试
三、系统示范
第四章 设施农业新形态——气雾栽培式家庭植物工厂的设计开发
第一节 系统总体方案设计
第二节 关键子系统设计
一、柜体设计
二、营养液循环处理系统设计
三、环境调节控制系统设计
四、人工光源系统设计
第三节 控制系统设计
一、功能设计
二、控制策略设计
三、硬件实现
四、云平台的选择与配置
五、软件实现
第四节 功能与种植试验
一、功能试验
二、种植试验
参考文献

植物的生长发育与外界
环境条件密切相关。环境因
子的变化，直接影响着植物
生长发育的进程和生长质量
。光照度、温度、水分和
CO2浓度等影响植物生长发
育的生存因子，是植物生长
过程中不可缺少又不能替代
的。这些因子中不论哪个发
生变化，都会对植物的生长
发育产生影响。
我国幅员辽阔，各地气
候差异很大，同一地区在不
同季节、不同天气条件下，
光照度、温度、湿度等因子
亦不相同，大多数植物的生
长适宜温度在12～33℃，
以北京地区为例，2009年
，平均气温在12℃以下的
天数为152天，占到全年的
41.6％，仅由于气温较低不
能从事生产的时间就有5个
多月；而且植物不同生育期
对环境因子的要求有所不同
，不同植物对环境因子的要
求也不同，仅靠自然条件很
难满足和调节。
我国人口众多，关系农
业生产的各种资源相对偏少
。第三次全国国土调查结果
显示，截至2019年年底，
我国人均占有耕地面积为
1.36亩，不足世界平均水平
的40％；人均占有水资源量
不足世界平均水平的25％，
是世界人均水资源最贫乏的
国家之一。在我国，如何解
决用较少的资源去养活较多
的人口这一尖锐矛盾具有战
略意义。
温室是利用温室效应原
理，采用自动控制技术、信
息技术、机械技术、电子技
术、接口技术等现代工程技
术手段和工业化生产方式，
为动植物生产提供可控制的
适宜生长环境，充分利用土
壤、气候和生物潜能，在有
限的土地上获得较高产量、
品质和效益的一种高效、集
约化的农业设施。温室可以
摆脱自然条件和气候条件的
制约，延长生产时间，实现
农作物的全天候生产。
日光温室作为我国自主
研发的设施农业形式，为解
决我国北方地区冬季的蔬菜
供应、提高农民的收入等均
做出了巨大贡献，产生了巨
大的经济、社会和生态效益
。近年来，日光温室种植面
积不断扩大，截至2019年
年底，全国日光温室面积超
过57万hm2。我国各地气候
类型多样，差异巨大，仅靠
外界气候条件对室内环境小
气候的影响很难满足作物生
长的需要，因此日光温室环
境调控设备也得到了越来越
广泛的应用。近年来，随着
温室环境控制技术的不断发
展，日光温室环境的自动控
制技术得到初步应用，但总
的来说，控制的水平还比较
低。因此，研究面向控制的
日光温室系统模型并研制一
套符合我国国情、拥有独立
知识产权、性价比高的日光
温室环境智能监控系统，对
于改变我国农业经济增长方
式和实现农业的可持续发展
具有十分重要的现实意义。
本书注重基础理论在工
程实践中的应用，全书分为
4章，第一章介绍了日光温
室系统模型及日光温室环境
控制技术的研究和应用现状
，分析了存在的问题和解决
办法；第二章按照面向控制
的要求研究问题的解决方法
和路径，提出面向控制的温
室系统模型框架，构建以实
现温室优化控制为目标，以
减少能耗为目的的控制策略
：第三章根据我国北方气候
特点和自然环境条件，以日
光温室的空气温湿度、土壤
湿度、光照度、CO2浓度为
控制对象，进行系统总体设
计、软硬件设计和设备选型
，研制了一套可用于日光温
室实际生产的温室环境智能
监控系统；第四章在前期工
作的基础上，将气雾栽培技
术与自动控制技术、物联网
技术和人工光源技术相结合
，设计并开发出一种气雾栽
培式家庭植物工厂，同时开
展相关试验。
本书的研究成果先后得
到北京市教育委员会科技计
划面上项目“温室环境智能
化控制系统研究与示范”（
项目编号：
KM201212448005）、北京
市农业科技项目“日光温室
环境智能监控技术系统集成
试验示范”（项目编号：
20120110）、北京农业职
业学院科技创新项目“面向
控制的日光温室小气候模型
的建立及其控制策略研究”
（项目编号：XY—YF一15
—16）、“气雾栽培式家庭
植物工厂的设计及其控制策
略研究”（项目编号：XY—
YF一19—23）等项目的资
助。多年来，中国农业大学
张宾教授，北京农业职业学
院汪金营教授、诸刚教授、
蒋晓研究员都曾对项目研究
给予了大力支持，研究团队
胡瑶玫、徐迪娟、刘继伟、
李小杰、黄可京等直接参与
了项目的研究工作；北京市
昌平区种子管理站试验基地
徐全明高级农艺师、钟连全
高级农艺师提供了试验基地
，并协助和配合完成了试验
研究和示范。本书是高水平
双师队伍建设“设施农业与
装备（智慧农业）专业创新
团队”建设成果之一，感谢
北京农业职业学院给予的支
持和出版资助。中国农业大
学出版社编辑张玉给予了关
心与支持，在此一并致谢！
因笔者学识水平和阅历
有限，虽竭尽全力，书中仍
难免会有疏漏和不妥之处，
如项目建立的温室小气候模
拟和预测模型，模拟精度还
不够理想，模型的维度仍需
采用合适的方法进行降维处
理，以进一步减少计算量，
温室环境智能控制器的时效
性、可靠性及易操作性等还
有待进一步提升。后续随着
研究的进一步深入，笔者将
对本书的内容进行补充和完
善，期待读者批评指正。
杨学坤
2022年