孟濤

【摘 要】農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚由骨架和覆膜組成，可為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供一個(gè)優(yōu)越可控的空間。是近幾年興起并迅速推廣的設(shè)施農(nóng)業(yè)新型模式。農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚，主要由農(nóng)業(yè)溫室大棚、智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚信息展示屏、各種無(wú)線傳感器、控制器及系統(tǒng)軟件等組成。本文簡(jiǎn)單介紹了農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚關(guān)鍵技術(shù)及溫度、通風(fēng)、光照、水分、濕度控制和視頻監(jiān)控方法。供從事農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚生產(chǎn)和操作人員參考，不足之處請(qǐng)專家及同行批評(píng)指正。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚;關(guān)鍵技術(shù);應(yīng)用分析

1農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚

農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚由骨架和覆膜組成，可為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供一個(gè)優(yōu)越可控的空間。是近幾年興起并迅速推廣的設(shè)施農(nóng)業(yè)新型模式。農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚，可實(shí)時(shí)無(wú)線采集和傳輸溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤濕度、CO2濃度、葉面濕度、露點(diǎn)溫度等環(huán)境參數(shù)，通過(guò)PC電腦、移動(dòng)手機(jī)和平板電腦以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶，并根據(jù)種植作物的需求提供各種聲光啟動(dòng)緊急信號(hào)信息。它主要由農(nóng)業(yè)溫室大棚、智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚信息展示屏、各種無(wú)線傳感器、控制器及系統(tǒng)軟件等組成。

1.1農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚信息展示屏

農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚信息展示屏由液晶板拼接而成，用于展示農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)各無(wú)線傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景;同時(shí)展示屏也是展示智慧農(nóng)業(yè)的一個(gè)窗口。

1.2農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚傳感器

無(wú)線傳感器包括無(wú)線空氣溫濕度傳感器、無(wú)線土壤溫濕度傳感器、無(wú)線土壤PH傳感器、無(wú)線光合有效輻射傳感器、無(wú)線傳感器、非常高頻RFID讀卡器、攝像頭等。無(wú)線傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換成信號(hào)接入物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)，非常高頻RFID讀卡器經(jīng)其配套設(shè)備設(shè)備服務(wù)器接入物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái);所有傳感器用于采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)影響作物生長(zhǎng)的空氣溫濕度、土壤溫濕度、土壤PH值、光合有效輻射、CO2濃度等環(huán)境數(shù)據(jù)，以及進(jìn)出農(nóng)業(yè)大棚人員物資信息和農(nóng)作物生長(zhǎng)現(xiàn)場(chǎng)的圖像經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)上傳到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)服務(wù)器。

1.3農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚控制器

農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚控制器由加熱、噴灌、通風(fēng)、卷簾設(shè)備及其配套PLC及設(shè)備服務(wù)器組成，當(dāng)傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比超出臨界范圍時(shí)，控制器自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)硬件設(shè)備對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境加熱、施肥澆水、通風(fēng)、卷簾加減光照輻射，實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)過(guò)程準(zhǔn)確控制。

1.4農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚系統(tǒng)軟件

農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚系統(tǒng)軟件安裝在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)服務(wù)器，用于對(duì)采集的數(shù)據(jù)匯總、展示、比對(duì)控制。深圳信立科技智能大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它的優(yōu)勢(shì)在于低功耗運(yùn)行，高精度采集和系統(tǒng)性能穩(wěn)定運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)PC電腦、移動(dòng)手機(jī)和平板電腦的監(jiān)控，可廣泛應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)、園藝、畜牧業(yè)等領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息自動(dòng)監(jiān)測(cè)、對(duì)環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)。

“農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚”就是充分應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，集成應(yīng)用計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、音視頻技術(shù)、3S技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)及相關(guān)人士智慧與知識(shí)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可視化遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)變預(yù)警等智能管理。

2農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚關(guān)鍵技術(shù)

2.1傳感器技術(shù)

該技術(shù)通過(guò)聲、光、電、熱、力、位移、濕度等信號(hào)來(lái)感知現(xiàn)實(shí)世界，是物體感知物質(zhì)世界的“感覺(jué)器官”。

2.2網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

該技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)物理系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)的反饋信號(hào)傳輸?shù)幕A(chǔ)。

2.3信息處理技術(shù)

該技術(shù)通過(guò)對(duì)感知的數(shù)據(jù)和采集的信息進(jìn)行處理、分析和決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的有效監(jiān)控與管理。

2.4自動(dòng)控制技術(shù)

由控制執(zhí)行器接收并執(zhí)行命令，最終影響物理實(shí)體狀態(tài)，形成從物理世界到信息空間再到物理世界的循環(huán)過(guò)程。

2.5AI圖像識(shí)別技術(shù)

該技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行不同層次的加工，以識(shí)別各種模式的目標(biāo)和對(duì)象，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可用于病蟲(chóng)害識(shí)別等。

2.6智能終端設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)管理深度整合技術(shù)

智能終端設(shè)備能夠成功實(shí)現(xiàn)智能化管理，核心在于基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)、完備的數(shù)據(jù)采集，而所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集貫穿于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)管理之中。工作人員利用智能終端設(shè)備，通過(guò)智能分析系統(tǒng)將智能傳感設(shè)備收集的數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)管理系統(tǒng)所下達(dá)的任務(wù)和農(nóng)產(chǎn)品物流運(yùn)輸銷售信息進(jìn)一步處理、整合，最終將信息反饋到生產(chǎn)環(huán)節(jié)，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

3農(nóng)業(yè)智慧溫室大棚技術(shù)應(yīng)用分析

3.1溫度控制

夏季采用自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)相結(jié)合的方式進(jìn)行降溫?？刂破鞲鶕?jù)目標(biāo)溫度與實(shí)際室溫的偏差以及室溫的變化率進(jìn)行模糊計(jì)算。需要降溫時(shí)，首先開(kāi)啟頂窗系統(tǒng)進(jìn)行自然通風(fēng)，調(diào)整溫室內(nèi)溫度。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，如溫度達(dá)不到目標(biāo)溫度值，則開(kāi)啟側(cè)窗系統(tǒng)。如自然通風(fēng)不能達(dá)到溫室內(nèi)溫度要求，則關(guān)閉自然通風(fēng)，采用強(qiáng)制通風(fēng)的方式來(lái)控制室內(nèi)溫度。如溫度仍達(dá)不到目標(biāo)要求，系統(tǒng)會(huì)開(kāi)啟溫度過(guò)高報(bào)警，提示用戶增加降溫設(shè)備。

3.2通風(fēng)控制

由室內(nèi)傳感器采集溫室內(nèi)部上、中、下位置溫度值，模糊計(jì)算室內(nèi)溫差值。如溫差值過(guò)大，系統(tǒng)開(kāi)啟循環(huán)風(fēng)機(jī)。傳感器同時(shí)采集室內(nèi)濕度值，如濕度值偏差過(guò)大，則開(kāi)啟循環(huán)風(fēng)機(jī)，以平衡室內(nèi)濕度偏差值。還可以根據(jù)二氧化碳濃度選擇開(kāi)啟或者關(guān)閉循環(huán)風(fēng)機(jī)。通風(fēng)換氣裝置可由電腦操作人員通過(guò)控制裝置操作，也可進(jìn)行定時(shí)通風(fēng)設(shè)置。

3.3光照控制

1）遮光控制功能。系統(tǒng)將室外氣象站采集的光照值與設(shè)定的目標(biāo)控制值進(jìn)行對(duì)比。如采集到的數(shù)值高于系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)定值，系統(tǒng)展開(kāi)外拉幕進(jìn)行遮光;如采集到的數(shù)值低于系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)定值，系統(tǒng)則收攏外拉幕。外拉幕的展開(kāi)與收攏可以由控制器定時(shí)操作，也可由工作人員通過(guò)控制器操作。2）補(bǔ)光控制功能。系統(tǒng)將室內(nèi)數(shù)據(jù)采集器傳回來(lái)的高靈敏度光照值與設(shè)定目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比。如采集到的數(shù)值高于設(shè)定目標(biāo)值，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉補(bǔ)光燈;如采集到的數(shù)值低于設(shè)定目標(biāo)值，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)補(bǔ)光燈。系統(tǒng)還設(shè)置有光照累積時(shí)間值，如光照累積時(shí)間不夠，補(bǔ)光燈會(huì)在設(shè)定時(shí)間打開(kāi)進(jìn)行補(bǔ)光。

3.4水分控制

系統(tǒng)將土壤濕度傳感器采集的濕度值與設(shè)定目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比。如采集到的數(shù)值高于設(shè)定目標(biāo)值，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉灌溉閥門(mén);如采集到的數(shù)值低于設(shè)定目標(biāo)值，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)灌溉閥門(mén)。采取定時(shí)輪灌的方式，既能夠有效保護(hù)水泵，又利于土壤更好地吸收水分。

3.5濕度控制

系統(tǒng)將室內(nèi)濕度傳感器采集到的數(shù)值與目標(biāo)設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比。如采集到的數(shù)值高于目標(biāo)設(shè)定值，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉噴霧閥門(mén);如采集到的數(shù)值低于目標(biāo)設(shè)定值，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)噴霧閥門(mén)，保障濕度調(diào)整到最佳狀態(tài)。

3.6視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控可用于探測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況和病蟲(chóng)害發(fā)生情況，并可以監(jiān)控其他環(huán)境調(diào)控設(shè)備是否在正常執(zhí)行命令等，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可視化管理提供保障。

（作者單位：河南省平輿縣辛店鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村服務(wù)中心）