戴云新　朱筱華　陶先東　劉燕　李紅偉

摘要：探索了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的蝴蝶蘭精細栽培管控系統(tǒng)的構(gòu)建，研制出溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)蝴蝶蘭生產(chǎn)中各參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)的傳輸與分析，可根據(jù)苗株規(guī)格控制溫室溫度，能自動執(zhí)行糾偏功能、減少人工成本、降低病蟲害發(fā)生率，滿足對蝴蝶蘭生長環(huán)境調(diào)控和精細栽培育種的需求。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；蝴蝶蘭；精細栽培

蝴蝶蘭又稱蝶蘭，屬蘭科蝴蝶蘭屬，全世界已發(fā)現(xiàn)的蝴蝶蘭原生種有70多個，在我國的臺灣、泰國、菲律賓、馬來西亞等地都有分布。由于其華貴、高雅的品質(zhì)，使之迅速成為全球重要的盆栽花卉。由于蝴蝶蘭對環(huán)境條件要求十分嚴格，栽培要求很高，但目前大多數(shù)蝴蝶蘭設施栽培的管理仍然依靠人工進行，耗費大量精力與物力，效率低下，不適于現(xiàn)代集約化智能生產(chǎn)。此外，進口的溫室測控設備價格高昂，普通用戶難以承受；國內(nèi)設計的系統(tǒng)在功能的可靠性和實用性方面存在不確定性因素，還不能完全替代人工，尤其是在智能信息處理方面，尚未形成真正的產(chǎn)品化應用軟件和可共享的軟件平臺。

為實現(xiàn)蝴蝶蘭的大規(guī)模、規(guī)范化生產(chǎn)，本研究以物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎，以在線實時管理為目標，研究蝴蝶蘭精細栽培管控系統(tǒng)，分析蝴蝶蘭最佳生長環(huán)境參數(shù)，做到實時測控、可視化操作，為選育蝴蝶蘭優(yōu)質(zhì)種質(zhì)、特異性種質(zhì)提供技術支持，從而加快蝴蝶蘭產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展。

1.系統(tǒng)的構(gòu)建

針對蝴蝶蘭對生長環(huán)境要求嚴格及方便技術人員管理的需要，我們設計了適于蝴蝶蘭栽培需求的智能化生產(chǎn)管控系統(tǒng)。系統(tǒng)融合環(huán)境因子采集、數(shù)據(jù)庫、海量農(nóng)業(yè)信息智能處理、異常預警、設備智能控制等功能，系統(tǒng)架構(gòu)包括前端接入設備、智慧農(nóng)業(yè)綜合云平臺、應用展現(xiàn)設備組成（圖1）。

該平臺不間斷采集溫室大棚里光照強度、空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，讓操作人員可以通過電腦、手機終端，實現(xiàn)對設施環(huán)境數(shù)據(jù)的采集監(jiān)控，遠程控制農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的天窗、水簾、排扇、滴灌、補光燈和遮陽網(wǎng)，設置物聯(lián)網(wǎng)設備控制指令，建立作物生長環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)庫，設施內(nèi)環(huán)境參數(shù)和設備發(fā)生異常情況時，通過短信實時預警。

2.系統(tǒng)的控制與功能

2.1數(shù)據(jù)的采集功能

系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)輸入接口，可接收現(xiàn)場采集的溫濕度等傳感器采集的模擬量數(shù)據(jù)，將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號（A/D轉(zhuǎn)換），并記錄在服務器的數(shù)據(jù)庫中，以供查詢。獲取的數(shù)據(jù)主要包括蝴蝶蘭生長習性數(shù)據(jù)，溫度、濕度、CO2濃度等培養(yǎng)倉環(huán)境數(shù)據(jù)，氣溫、風向、相對濕度等外界環(huán)境數(shù)據(jù)。

2.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能

可統(tǒng)計蝴蝶蘭不同生長階段，任意時刻的棚內(nèi)外溫濕度、光照強度等各種環(huán)境因素的當前值、歷史值；并以圖形、圖表等方式繪制任意時刻的棚內(nèi)外溫濕度、光照強度等環(huán)境因子曲線圖及年、月、周、日的變化趨勢圖，并進行打印輸出。同時，系統(tǒng)對這些參數(shù)進行存儲匯總，總結(jié)規(guī)律，進而實現(xiàn)決策控制系統(tǒng)相應知識庫動態(tài)更新。

2.3遠程監(jiān)視功能

可通過互聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)視各溫室的當前狀態(tài)，如溫度、濕度、光照度等環(huán)境因子以及風扇、濕簾等設備開關狀態(tài)，可遠程修改設定，可控制設備的參數(shù)及在線記錄各設備變化的時間、狀態(tài)、當前參數(shù)。

2.4智能控制功能

根據(jù)蝴蝶蘭不同生長階段特性，以及溫室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、CO2濃度等，通過傳感器實時監(jiān)測溫室環(huán)境，將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡上傳至控制中心，計算蝴蝶蘭不同生長所需的最佳環(huán)境參數(shù)，依據(jù)蝴蝶蘭不同生長階段允許環(huán)境參數(shù)上下限，實現(xiàn)自動監(jiān)控環(huán)境，同時快速糾正偏離參數(shù)，并利用事例庫模型確定相應設備及工作時間，糾偏相應數(shù)值，自動作出診斷、決策。同時用戶可根據(jù)需要，靈活選擇定時控制、循環(huán)控制設定。

2.5預警信息處理

設置環(huán)境參數(shù)上下限閾值，當環(huán)境參數(shù)超出閾值范圍，智慧農(nóng)業(yè)綜合云平臺系統(tǒng)會自動向用戶發(fā)送預警信息。用戶收到預警信息后，應及時根據(jù)信息內(nèi)容查看設施設備關閉情況，調(diào)整控制設備，例如土壤溫度過低時，及時覆蓋小拱棚保溫，水分不足時，及時開啟滴灌閥門灌水，溫室溫度超出植物適宜生長上限值時，風機和濕簾水泵自動啟動降溫。

3.蝴蝶蘭精細栽培管控技術

2015年初南通市蔬菜科學研究所玻璃溫室進行了部分智能化改造，安裝環(huán)境數(shù)據(jù)采集傳感器和物聯(lián)網(wǎng)控制設備，接入智慧農(nóng)業(yè)綜合云平臺，將數(shù)據(jù)采集、設備控制、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、智能遠程控制融為一體，實現(xiàn)操作人員實時對管理區(qū)域進行查看和控制，不受時間和空間限制，具有節(jié)工省本、經(jīng)濟高效、實用性強的優(yōu)勢。

3.1溫度管理

蝴蝶蘭屬高溫性蘭花，最適宜的溫度為白天25～28℃，夜溫18～20℃。溫度控制要根據(jù)不同階段苗齡需要、天氣狀況及銷售計劃等情況而定。瓶苗出瓶前，在馴化室煉苗時，溫度控制在20～26℃；出瓶后，為迅速恢復其生長，可保持白天溫度25～28℃，夜間溫度22～24℃；小中苗階段的溫度可適當調(diào)高，白天28～30℃，夜間23～25℃；催花期間白天溫度25～28℃，夜溫18～20℃為宜。抽梗期和開花期溫度控制在18～26℃之間即可。

3.2濕度管理

蝴蝶蘭喜濕忌積水，催花之前應保持空氣相對濕度在70%～80%，抽梗期提高至80%～85%，開花期降至60%～70%?？諝鉂穸冗^低，葉面容易發(fā)生失水。濕度過高，易導致病害的發(fā)生?？傻顷懼腔坜r(nóng)業(yè)綜合云平臺，通過控制自動噴霧、濕簾一風機等設備來調(diào)節(jié)空氣相對濕度。

3.3光照控制

蝴蝶蘭忌光直射，要根據(jù)苗齡和季節(jié)適當調(diào)節(jié)光照。剛出瓶的幼苗長勢弱，光強應保持在2000～5000Lx，待緩苗后再逐漸提高至8000-10000Lx。中苗剛換完盆時光強控制在10000～12000Lx，可利于生根，待緩苗后提高到12000～18000Lx，可促進葉片生長。大苗在緩苗期光強應控制在10000～12000Lx，正常生長時控制在15000～18000Lx。催花時光強可控制在20000Lx左右。

3.4通風管理

蝴蝶蘭喜通風，忌悶熱，所以溫室內(nèi)通風狀況好壞直接影響蝴蝶蘭的生長。通風不良易引起爛根、病蟲害及落花等現(xiàn)象。溫室內(nèi)的空氣流動依靠內(nèi)循環(huán)風扇完成，內(nèi)循環(huán)風扇可以使溫室內(nèi)的溫度、濕度保持均勻，空氣有適宜的流動速度。內(nèi)循環(huán)風扇設定為每間隔1～2h工作1h，夏季陽光強、氣溫高、濕度大，應加強通風。冬季氣溫低、濕度小，可適當減少通風時長。

3.5施肥管理

蝴蝶蘭施肥方式主要采用液肥，將其噴灑于葉片。小苗肥水EC值不超過0.6ms/cm，中苗控制在0.8～1.0ms/cm，大苗在1.0-1.2ms/cm，抽梗苗不超過1.5ms/cm。澆肥時間一般選擇晴天的上午，施肥頻率一般7～10d，但也要根據(jù)天氣情況，遇陰濕多雨的天氣可延期澆肥。配肥濃度可根據(jù)天氣或生產(chǎn)情況進行調(diào)整，溫度高、光照強時可配濃度高一些。

4.應用效果

4.1經(jīng)濟效益

通過設施蝴蝶蘭智能化生產(chǎn)系統(tǒng)的應用，節(jié)省勞動力成本約50%，節(jié)約水肥成本約40%，節(jié)約農(nóng)藥成本25%，以本研究所年培養(yǎng)蝴蝶蘭成品花10萬株計算，年產(chǎn)值可達250～300萬元，利潤約80～100萬元，經(jīng)濟效益顯著。

4.2社會效益

基于物聯(lián)網(wǎng)的蝴蝶蘭智能溫室精細栽培技術，促進蝴蝶蘭產(chǎn)業(yè)整體種植水平的提高，有利于引導農(nóng)民創(chuàng)富增收，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，合理配置資源，對于推動農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級，加快花卉產(chǎn)業(yè)化進程具有重要的社會意義。

4.3環(huán)境效益

物聯(lián)網(wǎng)智能管控系統(tǒng)模式對于資源的利用更加集約化，可以實現(xiàn)節(jié)能降耗，充分體現(xiàn)了在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的技術研究中，對低能耗、低排放最的新要求，對于建設環(huán)境友好型的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模式具有重要意義。