溫室大棚智能解決方案

1、建設目標

面向現代設施農業發展需求，運用物聯網技術構建"智慧溫室”系統， 提供溫室大棚環境信息智能感知、可靠傳輸、智能控制、精細管理、病蟲害預警和智力、遠程診斷、水肥一體化等服務，全面提升設施農業的信息化水平，實現設施農業的高產、優 質、高效、生態、安全和可持續發展。

2系統架構

通過應用軟件系統可將土壤信息感知設備、空氣環境監測感知設備、外部氣象感知設備、視頻信息感知設備等各種感知設備的基礎數據進行統一存儲、 處理和挖掘，通過控制軟件的智能決策，形成有效指令，通過聲光電報警指 導管理人員或者直接控制執行機構的方式調節設施內的小氣候環境，為作物生長 提供優良的生長環境。系統主要包括：傳感終端、有線傳感網、控制終端、視頻監控、安防監控、廣播系統、監控中心和應用軟件系統。系統架構如下圖所示。

1.傳感終端

土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照強度等生長環境參數對蔬菜的生長有重要影響。傳統的種植方式，無法對這些生長環境參數進行實時監測與定量、定性 分析。利用傳感器實時采集數據信息，通過網絡的將采集的數據進行傳輸，實現

對土壤溫濕度、環境溫濕度、光照等生長環境參數的實時監測，并有效存儲數據

到歷史數據庫為生長環境參數對蔬菜種植影響的定量、定性分析提供依據。

溫度數據采集

溫度數據采集分為：空氣溫度、土壤溫度，蔬菜的生長需要適宜的溫度, 溫度過高或過低都可能導致蔬菜死亡。農業上常用日平均溫度、月平均溫度和年 平均溫度來評估蔬菜生長所需的溫度環境是否良好。溫度數據采集功能就是為溫 度環境評估提供可靠的數據參數。

濕度數據采集

濕度數據的采集分為：空氣濕度、土壤濕度，蔬菜的種植必須在適宜的 濕度環境中才能生長出來，所以適宜的濕度對于蔬菜來說也是*的。蔬菜 大棚內的濕度數據采集功能便是實時采集大棚內部的濕度數據，保障蔬菜能夠健 康成長。

光照強度監測

光照是蔬菜進行光合作用合成糖分進行生長的必要因素，一天中光照強 度的分布情況直接影響蔬菜的生長，通過光照傳感器進行光照強度的監測，了解 光照對蔬菜在不同時間段的影響具有重要作用。

（1）空氣溫濕度傳感器：TYZN-AIRT

它們置于大棚內，采集大棚空氣溫濕度數據，一個傳感器為一個采集點，一個大棚內可以放置多個；同時將采集的數據通過無線方式發送到大棚工作間的大棚信息采集顯示控制器。

測量范圍：溫度：－10℃～＋60℃

相對濕度：20％～90％RH(0℃～＋55℃)

測量精度：溫度：±1℃

相對濕度：±10％

顯示分辨率：溫度：0.5℃

相對濕度：1％

響應時間：≤2min

工作溫度：－10℃～＋60℃

儲藏溫度：－30℃～＋80℃

（2）二氧化碳濃度傳感器：TYZN-CO2

檢測方式：NDIR（非色散紅外自擴散式）

測量范圍：0～10000PPM

測量精度：±30PPM，±5％讀數誤差

顯示分辨率：1PPM

響應時間：<= 5分鐘

預熱時間：<= 5分鐘

防水等級：IP65

工作環境溫度：0℃～＋50℃

工作環境濕度：20％～95％

（3）葉面溫濕度傳感器TYZN-YT

量程：-40~80℃

分辨率：0.1℃精度：±0.5℃

濕度：0-99%，精度±5%

（4）水肥酸度傳感器TYZN-PH

PH 值：量程：0~14PH；

PH精度 ±0.02 PH

（5）EC傳感器TYZN-EC

測量范圍：

石墨電極 /電極常1.0

電導率：0.01-70.00ms/cm

鹽度：0.00 -40.00ppt

（6）光照度傳感器TYZN-S

測量范圍： 0-20萬lux

允許誤差： ±5%FS

操作環境溫濕度： 0℃～50℃、0%RH～70%RH

重復測試： ±5%

溫度特性： ±0.5%/℃

波長測量范圍： 380nm～730nm

大氣壓力： 80kPa～110kPa

（7）微型氣象站TYZN-WQX

農業氣象站廣泛用于氣象、農業，監測氣象變化對農作物的影響，科學管理種植；實時監測區域內的氣象信息，包括風速、風向、雨量、光照強度、空氣溫濕度等指標，為農業種植提供指導依據，同時也為科學研究提供有效真實的依據。并可與產區計算機監控與管理系統連接，用于環境調控，提高設施農業生產的科技含量和自動化程度。

功能特點

l 可靠運行于各種惡劣的野外環境，低功耗、高穩定性、可無人值守；

l 數據測量精度高，長期運行穩定；

l 通訊方式靈活，通過電腦下載監測數據，EXCEL標準格式存儲文件；

l 數據采集密度可根據測量需要自由設定；

2.傳感網及通信終端

溫室大棚無線傳感通信網絡主要由如下兩部分組成：溫室大棚內部感知 節點間的自組織網絡建設;溫室大棚間及溫室大棚與農場監控中心的通信網絡建 設。前者主要實現傳感器數據的采集及傳感器與執行控制器間的數據交互。溫室 大棚環境信息通過內部自組織網絡在中繼節點匯聚后，將通過溫室大棚間及溫室

大棚與農場監控中心的通信網絡實現監控中心對各溫室大棚環境信息的監控。

3.控制終端

大棚環境智能控制單元由測控模塊、電磁閥、配電控制柜及安裝附 件組成，通過GPRS模塊與管理監控中心連接。根據溫室大棚內空氣溫濕度、土 壤溫度水分、光照強度及CO2濃度等參數，對環境調節設備進行控制。控制系統可同時控制雙向天窗、側通風窗、外遮陽幕、內遮陽幕、內保溫幕、一級風扇、二級風扇、三級風扇、濕簾、濕簾外翻窗、微霧、一級加熱器、二級加熱器、 三級加熱器、環流風扇、補光燈、Co2補氣閥、除濕風扇、負壓變頻風機、空調機組、水暖三通調節閥、水暖循環泵、遮蔭棚、頂噴淋、5組灌溉閥、5組施

肥閥、灌溉水泵等。

智能大棚物聯網遠程設備控制對設備的控制實施模糊運算和多時段目 標值控制理論：系統具有每天多個時間段的獨立目標溫度、目標濕度、目標風速、 目標風向設定，相鄰目標值間軟性過渡，防止環境參數的突變對作物的傷害。

并且通過該系統，可查看當前所有自動化設備的運行狀態，并可以進行 遠程自動化控制和管理。點擊系統按鈕、操作鼠標實現對種植設備的遠程自動化 控制，如打開風機通風降溫、打開卷簾內遮陽等。

智能物聯網控制終端

l 通過 RS485 接口，直接掛載各種傳感器；

l 板載集成大氣壓檢測模塊，為傳感器校準提供參

l 提供掉電報警接口（需外接12V報警器）

l 提供 2 路 DC12V 輸出、2 路 220V 繼電器控制；

l 控制器默認可顯示 7 個參數：大氣壓、水溫、溶解氧、PH 值、濁度、電導率、 銨離子；

l 可在控制器上直接設置傳感器的 485 地址及寄存器地址；

l 可在控制器上直接設置各參數顯示順序；

l 控制器可獨立于平臺作為單機檢測設備使用；

l 平臺可靈活掛載多種 485 傳感器（不限于板載默認的 7 個傳感器）；

l 10、4 路控制輸出邏輯靈活定義，可關聯任意控制器上掛載的傳感器的數值；

l 控制器可實時反饋 4 路輸出口掛載設備運行狀態至平臺；

l 控制器與平臺采用 GPRS 模塊與平臺通信

電磁閥

4. 視頻監控系統

作為數據信息的有效補充，基于網絡技術和視頻信號傳輸技術，對溫室大棚內部作物生長狀況進行全天候視頻監控。該系統由網絡型視頻服務器、高分辨率攝像頭組成，網絡型視頻服務器主要用以提供視頻信號的轉換和傳輸，并實現遠程的網絡視頻服務。在已有Internet上，只要能夠上網就可以根據用戶權限進行遠程的圖像訪問、實現多點、在線、便捷的監測方式。

通過在大棚頂部安裝監控攝像頭，攝像頭實時捕獲大棚內部的畫面，而后通過網絡將畫面數據傳輸給視頻處理設備并進行存儲。使用者既可以在PC機 液晶顯示器上看到蔬菜大棚內部的實時畫面，又可以通過3G手機遠程訪問來觀

看大棚內部的實時畫面。即可以幫助生產管理者遠程了解大棚內蔬菜生長狀況, 也可以幫助農業專家通過遠程監控畫面了解蔬菜生長情況,解決種植中的病害難 題。在大棚中選擇合適位置安裝球機，該球機可旋轉，保證了大棚內的任何角落都在攝像頭的可視范圍內，圖像通過無線網絡或視頻線進行傳輸，該系統采用高精度網絡攝像機，系統的清晰度和穩定性等參數均符合國內相關標準。

1、 視頻監測：每個養豬場采用一臺四路錄像機帶3個高清攝像頭，其中兩路監控翻拋機的前后運行狀態，一路用來監控攪拌池工作狀態。

（1） 海康四路網絡錄像機：

（2） 品牌: HIKVISION/海康威視

型號: DS-7104N-F1/4P(B)

內存容量: 1TB 2TB 3TB 4TB 6TB 無

監控攝像頭路數: 4

功能特性：
·可接駁符合ONVIF、RTSP 標準及眾多主流廠商的網絡攝像機；
·支持400萬像素高清網絡視頻的預覽、存儲與回放；
·支持IPC集中管理，包括IPC參數配置和升級等功能；
·支持HDMI與VGA同源輸出，HDMI與VGA輸出分辨率均可達1920×1080；
·便捷的UI操作界面，支持一鍵開啟錄像功能；
·支持海康SMART IPC越界、區域入侵智能偵測接入與聯動，支持回放及備份功能，有效提高錄像檢索與回放效率；
·支持即時回放功能，在預覽畫面下對通道的當前錄像進行回放，并且不影響其他通道預覽；
·支持2路1080P/4路 720P實時同步回放和多路同步倒放；
·支持全天定時錄像；
·支持超高速回放；
·支持硬盤配額存儲模式，可對不同通道分配不同的錄像保存容量；
·支持假日錄像；
·支持1個SATA接口；
·支持螢石云服務，可一鍵配置上網；
·支持網絡檢測（網絡流量監控、網絡資源統計）功能；
·內置4個IPC直連PoE網口。

（2） 高清攝像頭

品牌: HIKVISION/海康威視

型號: DS-2CD3T27EWD-L

內存容量: 無

清晰度: 4MP 1080p

感光面積: 其他

有效距離: 30m及以上

焦段: 標準

焦距: 4mm 6mm

呈像顏色: 彩色

5.監控中心

監控中心由服務器、大屏幕顯示系統、UPS及配套網絡設備組成，是整 個系統的核心。建設管理監控中心的目的是對整個示范園區進行信息化管理并進 行成果展示。

6、病蟲害預警及治理

空間電場發生器殺菌除蟲

A用途

這是一種能夠調節植物生長環境，顯著促進植物生長并能十分有效地預防氣傳病害發生的空間電場環境調控系統。

依據空間電場的 4 個生物效應，技術化的空間電場裝備主要用途如

(1) 促進光合作用、健壯植物、提高植物的生長速度、延長植物生育期:

(2) 防治植物的氣傳病害和部分土傳病害、預防缺素癥:

(3) 凈化溫室空氣、除霧除臭、滅菌消毒:

(4) 空氣氮肥化。

B設備組成

TYZN-KJ02 型機型由 l 臺主發生器、1 個時間控制器、 100 米電極線 l 卷、6 個絕緣子四大部分組成。（圖片僅供參考，外型依據實際供貨為準）

C技術指標

l 輸入電壓: AC220+ 15V，50/60Hz

l 輸出電壓/電流: +30~45KV/0.4 mA

l 輸出功率: ≤24W

l 控制面積: 450m

l 控制面積 : 200~350m

l 工作模式:恒定/間歇循環(不同作物不同，如草莓推薦工作 15 分鐘停歇 15 分鐘)

l 參考:生長速度提升率%: >15

l 參考:空氣氮肥轉化率%: >20

l 參考:臭氧產率 mg/h: ≥ 0.25

l 參考:氣傳病害防效%: >75

l 備注:參考指標隨溫室種植植物和布設方式而變。

D標準配置

l 主發生器: 1 臺

l 絕緣子: 6 個

l 時間控制器: 1 個

l 電極線: 1 卷 (100m

7、水肥一體化解決方案

水肥一體化技術是將灌溉與施肥融為一體的農業新技術。水肥一體化是借助壓力系統(或地形自然落差)，將可溶性固體或液體肥料，按土壤養分含量和作物種類的需肥規律和特點，配兌成的肥液與灌溉水一起，通過可控管道系統供水、供肥，使水肥相融后，通過管道、噴槍或噴頭形成噴灌、均勻、定時、定量，噴灑在作物發育生長區域，使主要發育生長區域土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時根據不同的作物的需肥特點，土壤環境和養分含量狀況，需肥規律情況進行不同生育期的需求設計，把水分、養分定時定量，按比例直接提供給作物。
  （一）水肥一體化系統原理
  水肥一體化系統通常包括灌溉首部樞紐、環境墑情監測和田間輸配水管網系統等三部分，實際生產中由于供水條件和灌溉要求不同，施肥系統可能僅由部分設備組成。

（二）灌溉首部系統

灌溉首部包含進水泵、電源控制柜、砂石過濾器、自動反沖洗疊片過濾器、自動水肥一體機、管線及配電控制房等設備設施，提供水源，滿足灌溉水肥需求。

A、砂石過濾器

砂石過濾器又稱石英砂過濾器，砂濾器，它是通過均質等粒徑石英砂形成砂床作為過濾載體進行立體深層過濾的過濾器，常用于一級過濾。其主要是采用砂石作為濾料過濾。

砂石過濾器是介質過濾器之一，其砂床是三維過濾，具有較強的截獲污物的能力，適合深井水過濾、農用水處理、各種水處理工藝前道預處理等，可用于工廠、農村、賓館、學校、園藝場、水廠等各種場所。在所有過濾器中，用砂石過濾器處理水中有機雜質和無機雜質有效，這種過濾器濾出和存留雜質的能力很強，并可不間斷供水。只要水中有機物含量超過10mg/L時，無論無機物含量有多少，均應選用砂石過濾器。

根據灌溉工程用量及過濾要求，可單獨使用，也可多個組合或與網式過濾器、疊片過濾器組合使用。作為網式、疊片過濾器的初級過濾。提高網式、疊片過濾器的過濾效果。

B、自動反沖洗疊片過濾器

全自動疊片過濾器自帶電子控制裝置，可使用時間間隔和壓力差控制反沖洗的所有步驟。一旦設定完畢，即可長期使用。自動反沖洗過濾器在不中斷工作的情況下在數秒內完成整個自動反沖洗過程。由設定的時間或壓差信號自動啟動反洗，反洗閥門改變過濾單元中水流方向，過濾芯上彈簧被水壓頂開，所有盤片及盤片之間的小孔隙被松開。位于過濾芯的噴嘴沿切線方向噴水，使盤片旋轉，在水流的沖刷與盤片高速旋轉離心力作用下，截留在盤片上的物體被沖洗出去，因此用很少的自用水量即可

達到很好的清洗效果。然后反洗閥門恢復過濾位置，過濾芯上彈簧再次將盤片壓緊，回復到過濾狀態。反沖洗用水均為系統過濾過的水。

精確過濾，可根據用水要求選擇不同精度的過濾盤片，有20微米、55微米、100微米、130微米、200微米、400微米等多種規格，過濾比大于85%。

C、自動水肥一體機

自動施肥灌溉系統，能夠執行精確的施肥控制過程，是一款直接連接到灌溉主管路前端或通過旁通管路連接到灌溉區域的施肥系統。該系統可以與任何灌溉系統或任何灌溉首部簡單而快速的相連接，可用于已建成的農田灌溉和溫室灌溉中。

標準配置清單：

l 一套灌溉控制器，中文智能操作界面。

l 一個不銹鋼防腐施肥泵（ 1.5HP ）。

l 一套 EC/PH 檢測單元。

l 一個包括終端連接端子的電動控制配電柜。

l 3 個文丘里注肥泵，每一個注肥泵的流量可達 400 升/小時。

l 3 個可視可調肥料流量計。

l 3 個施肥電磁閥。

l 3 個單向閥。

l 1 個電子流量計（標配 DN50)。

l 1 個壓力變送器。

l 1 個壓力表。

l 1 個空氣閥。

l 1 個疊片過濾器（標配 DN40）。

l 3 個肥料桶(標準配置 100L)。

l 3 個肥料過濾器及管路。

l 鋁合金機架，堅固美觀耐用。

l 耐腐蝕 SUPVC 管件。

標配系統功能：

l 中文操作系統，人機友好界面，提供安全密碼設置，方便用戶權限管理和系統安全運行。

l 支持灌水量或灌溉時間控制系統運行，支持土壤濕度傳感自動控制，提供可選灌溉程序 10 個（可擴展到 50 個）。

l 標準控制 10 個灌溉電磁閥；可擴展到 50 個。

l 標準接３路注肥器（用戶可根據實際需要額外增加注肥器，最多擴展到８路）,根據肥料配比設定 EC/PH 值或采用標準配方（農業專家系統）進行自動施肥。

l 實時 EC/PH 值檢測控制和自動校正功能。

l 可控制各供料管供液量。

l 實時監控各輸入與輸出參數變化，并自動保存以備查看各窗口畫面、報警事件記錄、重要參數

l 歷史記錄、實時曲線等。

l 系統故障報警輸出。

l 灌溉施肥工藝擴展。

l 水源首部控制功能。

l 自帶一路485接口。

l 灌溉模式：分區循環、定時定量控制，可根據不同時段自動調整灌溉時間，控制軟件可以根據用戶要求編寫。

8.應用軟件系統、

（1）大棚檔案功能：

l 能管理所有大棚，對大棚進行添加與刪除；

l 顯示大棚全部茬口基本信息，如：作物名稱，種子信息，責任人，等；有添加，修改，刪除的編輯功能；

l 能顯示茬口的生產日志；有添加，修改，刪除的編輯功能；能詳細記錄整個生產過程中的情況：如施肥情況，澆水情況，病蟲害的情況，施藥情況，產量記錄等等；

（2）閾值報警

當出現被監控點數據異常時可自動發出報警信號，可設定各監控點位的 溫濕度報警閾值。報警方式包括：軟件系統報警、手機短信報警。系統可上傳報 警信息，并且系統可及時通知值班工作人員。

軟件系統報警：蔬菜對土壤溫濕度、作物生長養分等生長參數有一定的 范圍要求。可以通過系統設置參數的上下閾值，當環境參數超出預設的范圍時， 通過系統做出報警提示。系統允許用戶制定自定義的數據范圍，超出范圍的錯誤 情況會在系統中進行標注，以達到報警的目的。報警可以通過平臺彈出窗口，手 機查詢等方式實現系統允許用戶制定自定義的數據范圍，超出范圍的錯誤情況會 在系統中進行標注，以達到報警的目的。

手機短信報警：當大棚出現超出閾值設定的高溫、低溫以及其他報警時, 手機短信報警系統會迅速將報警短信發給工作人員，實現大棚真正意義的"自動 控制、無人值守、應急報警、有人干預〃的控制原則。

（3）實時監控

點擊菜單欄中的"實時監控”，將會看到每個溫室大棚中實時采集上來 的數據信息，如采集時間、空氣溫度、空氣濕度、光照、二氧化碳、土壤溫度、 土壤水分等，并可以根據實際情況自動控制風機、濕簾、水泵的開與關。如下圖

所示：

點擊頁面右下角的各個參數曲線，將會看到 24 小時之內的變化情況，

將鼠標移動到曲線上就可以看到每個點的采集時間及采集的數據值，如下圖所示。

每個大棚里面的控制設備的當前狀態可以看到，根據當前狀態的情況進

行開啟或關閉控制設備，如點擊“開啟”按鈕，將會提示“是否啟動設備?”，

點擊“確定”按鈕就可以遠程控制設備了。如下圖所示。

(4)數據匯總

點擊菜單中的“數據匯總”，系統將會自動計算出當前時間每個溫室大棚中各個參數的平均值，有利用溫室大棚的管理員進行有效對比各個大棚的數據是否正常。

(5)曲線分析

點擊菜單中的“曲線分析”，系統將會分類列出每個參數，選擇自己所關心的參數，并選擇視圖類型，如 24 小時、7 天、30 天、全年、自定義。根據實際需要選擇一個時間段，然后點擊“提交”按鈕，系統將會根據選擇的各個條件將數據取出繪制出曲線。如下圖所示。

(6)數據查詢

點擊菜單中的“數據查詢”，系統將會分類列出每個參數，選擇自己所要查詢的參數，并選擇視圖類型，如 24 小時、7 天、30 天、全年、自定義。根據實際需要選擇一個時間段，然后點擊“提交”按鈕，系統將會根據選擇的各個

條件將數據取出以表格形式顯示。如下圖所示

（7）統計匯總

數據匯總主要把數據采集模塊采集的數據按照設定的頻率存儲到數據中心，為以后的定量定性分析提供依據。通過實時數據匯總模塊提供歷史數據的 統計分析等報表服務。

匯總統計為用戶通過環境信息得到相關參數提供了方便，通過計算機或手機遠程訪問的方式，用戶可以對所要實現自動控制的參數（溫度、濕度）進行設 置和完成參數的獲取，即時了解蔬菜大棚中的生產管控情況，以數字、圖形和圖 像等多種方式進行實時顯示和記錄存儲監測信息，系統可在線實時24小時連續 的采集和記錄大棚內的溫度、濕度、光照強度、日照數等各項參數情況。實時顯示、記錄各監測點的溫濕度值和曲線變化，統計溫濕度數據的歷 史數據、值、最小值及平均值，累積數據，報警畫面，用戶可隨時打印 時間段的溫濕度數據及運行報告。

（8）水肥一體化管理

包括生產設備管理、水肥配方管理及控制策略管理

（9）系統權限管理

管理員、負責人、班組長、操作工等賬號和權限管理

（10）基礎信息管理

包括大棚信息、蔬菜種類、水肥種類、藥品種類、測土配方等基礎信息管理

（11）智能手機客戶端軟件

本系統還配置了智能手機客戶端軟件，用戶通過軟件系統也可實時監測溫室大棚內的環境信息和設備狀態。