智能溫室建設(shè)方案

智能溫室建設(shè)方案1、智能溫室建設(shè)的必要性隨著科技的進步，原有農(nóng)業(yè)種植方式已經(jīng)不能滿足社會發(fā)展的需要，必須對傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)進行技術(shù)更新和改造。經(jīng)過多年的實踐，人們總結(jié)出一種新的種植方法——溫室農(nóng)業(yè)，即“用人工設(shè)施控制環(huán)境因素,使作物獲得最適宜的生長條件,從而延長生產(chǎn)季節(jié),獲得最佳的產(chǎn)出”。這種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式最大的特點是不受環(huán)境的限制，可以在任何條件下按照人們事先設(shè)計的方式生產(chǎn)，從而可以取得高產(chǎn)、高效的效果。溫室農(nóng)業(yè)主要用于瓜果、蔬菜、花卉等農(nóng)產(chǎn)品的超季節(jié)培育，使冬春兩季也能生產(chǎn)供應(yīng)，尤其在寒冷的北方地區(qū)，該技術(shù)已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的一項必需的必然選擇。在北方寒冷地區(qū)，溫室大棚作為溫室農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，它可以在不適宜植物生長的季節(jié)為其提供生育期和增加產(chǎn)量，多用于低溫季節(jié)喜溫蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展中也發(fā)揮著日趨重要的作用。但是隨著經(jīng)濟的發(fā)展，過去的傳統(tǒng)溫室大棚往往只是起到保溫的效果，并不能完全滿足溫室作物對溫室環(huán)境的需要，因此其產(chǎn)生的產(chǎn)量和品質(zhì)還是會受到一定的制約。而隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)溫室大棚，實現(xiàn)溫室種植的高效和精準化管理，智能溫室大棚應(yīng)運而生。順應(yīng)當前農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需要，智能溫室配備了由計算機控制的可移動天窗、遮陽系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、升溫系統(tǒng)、濕窗簾/風扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)、移動苗床等自動化設(shè)施，采用計算機集散網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)對溫室內(nèi)的空氣溫度、土壤溫度、相對濕度、CO2濃度、土壤水份、光照強度、水流量以及PH值、EC值等參數(shù)進行實時自動調(diào)節(jié)檢測，創(chuàng)造植物生長的最佳環(huán)境，使溫室內(nèi)的環(huán)境接近人工設(shè)想的理想值，以滿足溫室作物生長發(fā)育的需求。智能溫室適用于種苗繁育、高產(chǎn)種植、名貴珍稀花卉培養(yǎng)等場地，以增加溫室產(chǎn)品產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率?？梢哉f智能溫室大棚通過智能化控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對溫室內(nèi)的環(huán)境精確控制，不僅推動了我國現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的改造升級，同時對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的提升也起到了十分明顯的效果，可以說是現(xiàn)代高科技成果為規(guī)?；a(chǎn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)服務(wù)的成功案例。2、智能溫室方案2.1智能溫室優(yōu)勢智能溫室通過在溫室大棚的內(nèi)部安裝攝像頭及控制云臺和各類數(shù)據(jù)傳感器，并實時遠程獲取溫室大棚內(nèi)部的空氣溫度、濕度、光照強弱、土壤溫度和含水量、葉面濕度、露點溫度等環(huán)境參數(shù)及視頻圖像，通過模型分析，自動控制濕簾風機、噴淋滴灌、內(nèi)外遮陽、頂窗側(cè)窗、加溫補光等設(shè)備，保證溫室大棚內(nèi)的環(huán)境最適宜作物生長，不僅可以有效減輕人員的勞動強度、降低人工成本，更重要的是可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，改善農(nóng)作物的質(zhì)量，增加種植戶的收入水平。智能大棚溫室環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)依托傳感技術(shù)、無線技術(shù)、寬帶技術(shù)、SIP技術(shù)、視頻技術(shù)、智能控制技術(shù)，做到對溫室土壤、空氣、水分、溫度、光照等環(huán)境參數(shù)的全程監(jiān)控與管理，為精細化科學育種、科學養(yǎng)殖提供現(xiàn)代化的手段。智能溫室已經(jīng)成為彌補傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)弊端的一種新型農(nóng)業(yè)模式，也是促進溫室大棚生產(chǎn)向著精細化、智能化方向發(fā)展的一種有效途徑。它的主要優(yōu)勢有以下幾點：（1）種植作物幾乎零損失采用智能溫室來進行智慧種植，最明顯的優(yōu)勢就是可以保證溫室大棚內(nèi)部保持恒定的環(huán)境條件，這對于環(huán)境要求比較高的植物來說，能夠有效規(guī)避由于人為因素而造成生產(chǎn)損失。（2）迅速提升產(chǎn)量和質(zhì)量溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)的基本功能就是溫室環(huán)境的監(jiān)測和控制，它利用各種傳感器建立了與溫室作物之間的聯(lián)系，能夠更加明白作物的需求情況，在此基礎(chǔ)上，溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)實現(xiàn)了科學精準地控制大棚溫濕度和光照，營造作物最適應(yīng)的生長環(huán)境，促進農(nóng)作物生產(chǎn)，提高質(zhì)量和產(chǎn)量。（3）節(jié)本增效對于具備一定規(guī)模的種植企業(yè)來說，要持續(xù)提升農(nóng)業(yè)種植的效益，不僅需要提升農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，還需要提高工作效率，降低運營成本。應(yīng)用智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制之后，可以大大提高溫室勞動的效率，降低溫室生產(chǎn)的人工成本，減輕工作人員的勞動強度。更重要的是應(yīng)用溫室智能控制系統(tǒng)的經(jīng)濟效益是長期的，使用時間越長，那么表示勞動力成本也會越低。（4）水肥一體化水肥一體化的最大好處就是節(jié)水節(jié)肥，同時還能滿足作物生長的需要，提高水肥的利用率。溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)的控制功能將灌溉與施肥融為一體，通過可控管道系統(tǒng)使主要根系土壤始終保持適宜的含水量和養(yǎng)分，保證了溫室作物的健康成長，也能起到增產(chǎn)增效的目的。2.2智能溫室系統(tǒng)組成使用智能溫室可以達到增產(chǎn)、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長周期、提高經(jīng)濟效益的目的，主要歸功于該系統(tǒng)的以下幾個組成部分：（1）智能溫室信息采集模塊：實現(xiàn)大棚內(nèi)環(huán)境（包括二氧化碳、光照度、溫濕度和土壤參數(shù)）的環(huán)境信號檢測、傳輸、接收。（2）智能視頻監(jiān)控模塊：實現(xiàn)大棚內(nèi)的視頻監(jiān)控，同時提供對大棚的視頻監(jiān)控和安防功能。（3）智能化設(shè)備控制模塊：結(jié)合采集信息，對大棚內(nèi)集中控制設(shè)備，如風機、濕簾、遮陽簾等實現(xiàn)遠程手動或自動控制。（4）智能溫室平臺管理模塊：實現(xiàn)對采集自大棚的各路信息的存儲、分析、管理；提供閾值設(shè)置功能；提供智能分析、檢索、告警功能；提供大棚內(nèi)視頻的展示插件和管理接口；提供平臺帳號與權(quán)限管理功能；提供驅(qū)動大棚控制系統(tǒng)的管理接口。2.3智能溫室產(chǎn)品方案智能溫室主體結(jié)構(gòu)（1）主體框架系統(tǒng)溫室主體主要由鋼結(jié)構(gòu)組成，溫室主骨架采用國產(chǎn)熱鍍鋅鋼管及鋼板，頂覆蓋材料采用聚碳酸酯中空板。屋面排水采用雙端排水，雨槽坡度為0.25%。（2）內(nèi)遮陽系統(tǒng)內(nèi)遮陽保溫系統(tǒng)可從多方面改善溫室的生態(tài)環(huán)境。夏季遮陽幕能反射部分陽光，并使陽光漫射進入溫室，均勻照射植物，保護作物免遭強光灼傷，同時使溫室溫度下降4-6℃；通過選用不同的幕布，可形成不同的遮陽率，滿足不同作物對陽光的需求；冬季夜間，內(nèi)遮陽保溫系統(tǒng)可以有效地阻止紅外線外逸，減少地面輻射熱流失，減少加熱能源消耗，大大降低溫室運行成本。主要由控制箱及電機、齒條副、傳動部分、幕線、幕布構(gòu)成。（3）外遮陽系統(tǒng)外遮陽系統(tǒng)夏季能將多余陽光擋在室外，形成蔭涼，保護作物免遭強光灼傷，為作物創(chuàng)造適宜的生長條件。遮陽幕布可滿足室內(nèi)控制濕度及保持適當?shù)臒崴?，使陽光漫射進入溫室種植區(qū)域，保持最佳的作物生長環(huán)境。主要由外遮陽構(gòu)架、傳動機構(gòu)、幕線、控制部分、幕布構(gòu)成。（4）自然通風系統(tǒng)自然通風是一種比較經(jīng)濟的通風方式。它是利用溫度差來實現(xiàn)溫室內(nèi)外空氣交換，達到降低溫室內(nèi)溫度和濕度的目的。在沒有CO2施肥系統(tǒng)的情況下，還可利用自然通風來達到補充溫室內(nèi)CO2的作用。溫室的兩側(cè)及屋頂采用手動卷膜開窗,手動卷器帶有自鎖裝置。頂通風：溫室設(shè)有頂開窗。側(cè)通風：濕簾溫室后端面安裝1.5m高長度大約175米濕簾4組。（5）配電系統(tǒng)本系統(tǒng)主要對溫室的外遮陽系統(tǒng)所有電氣設(shè)備進行電氣控制，由配電箱、電線等組成。①配電箱溫室內(nèi)所有電氣設(shè)備應(yīng)經(jīng)配電箱進行供電與控制，配電箱面板上裝有各種指示燈及按紐、開關(guān)，標示清楚、準確，安裝有序。指示燈、按鈕開關(guān)等電氣產(chǎn)品均選用國優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。②電機裝有限位保護裝置，要求線位準確。③控制系統(tǒng)應(yīng)具有正常的過載過流保護裝置。④電線、電纜的選型和敷設(shè)符合國家標準。智能溫室控制系統(tǒng)（1）信息采集模塊在智能大棚系統(tǒng)中，RTU負責各種傳感器的接入，周期性的采集傳感器數(shù)據(jù)，然后向上連接數(shù)傳模塊，將采集到的數(shù)據(jù)通過CDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到智能大棚監(jiān)控業(yè)務(wù)平臺；同時負責接入控制器，實現(xiàn)對風機、天窗等控制設(shè)備的遠程控制。RTU部署數(shù)量由前端傳感器決定，系統(tǒng)前端主要部署五種類型的傳感器模塊來監(jiān)測溫室內(nèi)的環(huán)境指數(shù)：空氣溫度、空氣水分、光照、CO2、土壤水分五種類型的傳感器。1）空氣溫濕度傳感器溫度主要影響酶及細胞器和細胞膜的活性，可以控制蔬菜的吸收與蒸騰、光合與呼吸等重要的生理功能?？諝鉁貪穸仁怯绊懯卟松L的最直觀、重要的因素，對空氣溫濕度的監(jiān)測可以實時了解蔬菜的基本生產(chǎn)環(huán)境，及時采取措施將生長環(huán)境調(diào)控到最佳狀態(tài)。2）光照傳感器光照對植物的生長、發(fā)育和品質(zhì)均有重要影響。光以光強、光質(zhì)和日照時間的長短對蔬菜產(chǎn)生生態(tài)效應(yīng)。光強太低，光合效率低；光強太高，超過光飽和點，光合產(chǎn)物也會減少，而且會因水分不足，氣孔關(guān)閉，光合受阻，作物開始受害。因此本方案建議通過光照傳感器采集溫室中的光照度，以為開關(guān)遮陽等光照調(diào)控方法提供參考。3）土壤含水量傳感器蔬菜對土壤水分的要求，一般以營養(yǎng)生長初期和果實開始迅速生長期為需水臨界期，這時缺水對蔬菜生長結(jié)果影響極大。土壤水分過少，吸水速度抵償不了蒸騰失水，這種情況下需要補償葉片的失水；補償不足時，葉片光合作用速率降低，合成酶的活性受抑制，生長停頓。土壤水分傳感器的數(shù)量需要根據(jù)大棚現(xiàn)場蔬菜的生長環(huán)境而定，一般建議一個獨立灌溉區(qū)部署一個土壤水分傳感器。4）CO2傳感器葉菜類蔬菜的增產(chǎn)效果與光合CO2同化有直接關(guān)系，瓜果類蔬菜的增產(chǎn)與CO2的較廣泛的生理效應(yīng)有關(guān)。保證溫室大棚內(nèi)的CO2供給是提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的最基本要求。近幾年，大棚CO2施肥技術(shù)在一些高效設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚中也獲得了廣泛的應(yīng)用。CO2傳感器是進行日常CO2施肥管理的有力依據(jù)。（2）智能控制設(shè)備系統(tǒng)通過控制器與溫室現(xiàn)有的控制系統(tǒng)實現(xiàn)對接，主要采用并聯(lián)的方式實現(xiàn)接入，通過增加繼電器（控制器控制繼電器）并聯(lián)入現(xiàn)有的控制電路，實現(xiàn)原系統(tǒng)的手動控制功能繼續(xù)有效，新增遠程智能控制功能。（3）監(jiān)控終端本系統(tǒng)支持多種監(jiān)控終端的聯(lián)機監(jiān)測?？筛鶕?jù)業(yè)主需求進行選擇。①監(jiān)控電腦智能大棚平臺的主要使用方式是通過辦公電腦登陸智能大棚平臺網(wǎng)站，實現(xiàn)對溫室環(huán)境的傳感數(shù)據(jù)監(jiān)測和視頻監(jiān)測，并實現(xiàn)對控制設(shè)備的遠程控制。②液晶墻為了便于大棚工作人員和管理人員隨時直觀的巡查溫室內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，同時方便外來人員參觀大棚成果，可以部署一定尺寸的液晶屏，動態(tài)顯示每一個大棚最新的溫濕度等環(huán)境參數(shù)和大棚現(xiàn)場監(jiān)控圖像。液晶電視屏使用無特殊要求，只需要有視屏輸入即可顯示。③彩色LED屏為了方便大棚務(wù)工人員和管理人員隨時直觀的巡查溫室內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，本方案建議在基地園區(qū)部署一個LED屏，動態(tài)顯示每一個大棚最新的溫濕度等環(huán)境參數(shù)和當日天氣情況。通過主控中心的上位機用無線方式來更改大棚號和名稱。同時也可智能大棚平臺監(jiān)測到的大棚溫度濕度等參數(shù)實時顯示在LED屏上。④本系統(tǒng)不僅支持固定監(jiān)控終端監(jiān)測，還可以集成終端實現(xiàn)移動監(jiān)控。監(jiān)測內(nèi)容包括境的傳感數(shù)據(jù)監(jiān)測和視頻監(jiān)測，并實現(xiàn)對控制設(shè)備的遠程控制。3、智能溫室平臺智能化建設(shè)是利用自動化技術(shù)對溫室大棚實現(xiàn)實時采集溫室內(nèi)的土壤和空氣溫度、土壤和空氣濕度、光照強度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)，以直觀的數(shù)據(jù)、圖標或曲線方式顯示給用戶，并可以根據(jù)種植作物的需求提供各種聲光報警信息。智能溫室的控制一般有信號采集系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。本系統(tǒng)從功能上分為信號采集系統(tǒng)、控制執(zhí)行系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成圖如下。（1）信號采集系統(tǒng)該部分主要是各種傳感器組成，包括空氣溫度濕度傳感器、土壤溫度濕度傳感器、二氧化碳傳感器、氧濃度傳感器、光照強度傳感器。由于溫室大棚一般面積都比較大，這些傳感器在安裝時必須考慮到分布問題，在大棚的陽面和陰面都要適當設(shè)置傳感器，并根據(jù)大棚的長度以10～20m距離為單位設(shè)置傳感器。在選擇傳感器時要選擇抗干擾能力好、傳輸距離遠的傳感器。溫室信息采集系統(tǒng)主要由無線傳感器節(jié)點群、無線匯聚節(jié)點和優(yōu)化控制站部分軟件（主要包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分析與管理軟件系統(tǒng)）構(gòu)成。每個傳感器節(jié)點負責采集自身周圍的環(huán)境、土壤和作物生理生態(tài)信息，并采用無線自組網(wǎng)多跳路由方式，把采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線匯聚節(jié)點。無線匯聚節(jié)點對接收的多個節(jié)點數(shù)據(jù)進行融合處理后，通過中長距離無線數(shù)傳模塊，把融合后的數(shù)據(jù)發(fā)送到優(yōu)化控制站點；同時接收來自優(yōu)化控制站的控制指令，向WSN節(jié)點或溫室無線控制節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)?；赑C機的優(yōu)化控制站集成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分析與管理軟件系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)存儲、查詢、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)顯示、采樣間隔參數(shù)及實時查詢設(shè)置等功能，并以圖表化方式顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。（2）信息處理系統(tǒng)信息處理是整個建設(shè)方案的核心部分，主要由上位機和下位機組成。上位機是一臺PC機，主要功能是保存和處理下位傳回的數(shù)據(jù)并進行分析，對下位機做出設(shè)置和控制，實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測，完成數(shù)據(jù)管理和歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計。下位機是單片機或?qū)Ｓ玫臏厥掖笈锟刂破?，它通過RS485接口與上位機通信，把各種傳感器采集的數(shù)據(jù)(如濕度、溫度、光照強度、CO2濃度等)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳給上位機，并根據(jù)上位機下傳的數(shù)據(jù)和預先設(shè)定的參數(shù)，對各種執(zhí)行系統(tǒng)進行控制，確定各執(zhí)行系統(tǒng)的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對溫室的智能化調(diào)控。信息處理系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)，其主要功能有兩部分。數(shù)據(jù)庫中保存各種傳感器的數(shù)據(jù)、操作記錄、控制記錄等，知識庫中存放栽培作物的植物屬性、日照要求、溫濕度要求、CO和氧氣濃度要求等最佳氣候參數(shù)。一部分功能是用于與下位機的通訊、設(shè)置溫室環(huán)境參數(shù)，并把采集的數(shù)據(jù)存于管理數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、查詢、統(tǒng)計、打印，以備決策系統(tǒng)調(diào)用；另一部分為決策系統(tǒng)，功能是根據(jù)知識庫和采集的數(shù)據(jù)及時為用戶提供各種作物生長所需要的最佳氣候參數(shù)，并能自動生成最佳控制方案。該綜合管理系統(tǒng)還應(yīng)具有不同作物的生長方案，只需提前選擇好方案，整個系統(tǒng)就