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1、智能大棚解决方案智能大棚解决方案甘肃图博网络科技股份有限公司2018年8月目录第一章概述31.1名称31.2背景31.3现状分析51.4智能大棚平台优势7第二章解决方案92.1总体架构92.2智能大棚平台102.2.1智能大棚平台组网112.2.2智能大棚平台子系统122.3智能大棚平台软件功能292.4平台特点35第一章 概述1.1名称智能大棚解决方案1.2背景温室大棚生产是近20年来我国农业种植中效益最大的产业。目前我国设施农业面积已达300多万公顷，总面积占世界首位。其中温室大棚面积约60余万公顷，北方地区约占整个大棚面积的80%以上。我国北方地区的温室大棚经过对其建筑结构、环境调控技术
2、和栽培技术等方面的不断改进，初步形成了具有中国特色的设施农业生产体系节能型温室大棚配套栽培技术。在40的高寒地区可实现冬季不加温生产蔬菜，基本消除了冬春蔬菜淡季，该技术在中国北方地区得到广泛应用，南方地区则大力推广塑料大棚和遮阳网栽培，解决了夏季防雨降温的问题。目前，我国商品化大棚普及率仍然较低，受生产成本等条件的制约，高、中档次的商品化大棚主要被一些机关团体、军队、农场和科研单位采用，却很少被个体及一般农民采用。普通农户大多采用自建的简易拱棚进行作物生产，约占我国大棚总量的60%以上。有的大棚结构简单、设备简陋，难以实现环境的综合调控，生产管理和运行水平比较低下。同时，大棚缺乏有效的管理体制
3、和机制，无法将生产、加工、销售有机地结合起来。随着科学技术的迅猛发展，我国的温室也必将向大型化、集约化、规模化、产业化方向发展。温棚骨架材料趋向高强度、轻便、耐腐蚀、使用寿命长发展；规模向多拱拼装式、大型连栋式方向发展，采光利用率高、低能耗的温室将成为发展重点；覆盖材料向透气性好、保温保湿性能优越方向发展；配套设施向电动和计算机自动监控方向发展。发展温室产业必须以科技创新为依托。没有科技含量或科技含量低的温室产业，将无法确保温室产业得到有效的发展，其经济效益是相当有限的。因此，必须加大科研开发力度，切实解决温室产业中关键技术难题，重视温室产业相关生物技术的协作攻关，积极开展温室产业配套技术的开
4、发研究，因地制宜地研制和开发具有自主知识产权的温室产业设备，建立温室产业技术创新体系。顺应当前农业产业快速发展的需要，智能大棚配备了由计算机控制的可移动天窗、遮阳系统、保温系统、升温系统、湿窗帘/风扇降温系统、喷滴灌系统或滴灌系统、移动苗床等自动化设施，采用计算机集散网络控制结构对温室内的空气温度、土壤温度、相对湿度、二氧化碳浓度、土壤水份、光照强度等参数进行实时自动检测，创造植物生长的最佳环境，使温室内的环境接近人工设想的理想值，以满足温室作物生长发育的需求。可以说智能温室大棚通过智能化控制系统可以实现对温室内的环境精确控制，不仅推动了我国现代设施农业的改造升级，同时对于农业生产效益的提升也
5、起到了十分明显的效果。1.3现状分析近年来，在需求带动、政策推动、投资拉动等多种因素的带动下，大棚呈现出前所未有的发展势头，面积迅速扩大。然而其在发展过程中存在诸多问题：（1）科技含量低无论是在大棚设施本身还是在栽培管理方面，大多数设施结构简单，栽培管理以传统的经验为主，距离数量化和指标化的要求还有相当大的差距。中国大棚市场上目前使用的不少产品，在高品质领域主要以国外产品为主。遮阴网的生产上以瑞典、以色列的高品质产品为主，大棚环境控制系统领域上国内的产品同样与国外有相当大的差距，而且国内现有的一些科研成果与真正地推广应用之间还有一段差距。（2）环境调控技术与设备落后由于大多数的大棚设备简单，类
6、型落后，因此环境的可调节程度和控制技术都比较有限，塑料大棚往往受到自然灾害的影响而无法生产。即使在正常条件下，大多数的温室大棚的环境调控手段相对简易，可以进行通风和避风调节等，但对于温度过高、光照太强或太弱都无法进行调节。（3）缺乏与我国相适应的大棚优化控制软件目前我国引进大棚的控制系统大多运行费用过高，而自行研制的控制系统又缺乏相应的优化软件，多数仍使用单因子开关量进行环境因子的调节。而实际上大棚内的光照、气温、地温、湿度及二氧化碳浓度等环境要素是在彼此关联着的环境中对作物的生长产生影响的，而且环境要素的时间变化和空间变化都很复杂，当改变某一环境因子时常会把其他环境因子变到一个不适宜的水平上
7、。（4）大棚建设盲目性很大大量的项目在相应的配套设备、人才不到位的情况下，盲目地从国外引进高新技术，盲目地低水平仿制国外产品。大棚种植管理上，产品种植前经过市场考察的很少，往往造成产品积压，带来不应有的损失。相关的种植管理方面的研究距离理论化、科学化、系统化地指导生产实践还有不少差距。大棚企业在产品的售后配套服务方面尚不够完善，企业的品牌意识、诚信意识不够，相当一部分大棚控制软件的研究上与国外企业相比有相当大的差距。1.4智能大棚平台优势智能大棚平台依托传感技术、无线技术、宽带技术、SIP技术、视频技术、智能控制技术，做到对大棚土壤、空气、水分、温度、光照等环境参数的全程监控与管理，为精细化科
8、学育种提供现代化的手段。智能大棚已经成为弥补传统农业弊端的一种新型农业模式，也是促进大棚生产向着精细化、智能化方向发展的一种有效途径。它的主要优势有以下几点：（1）种植作物几乎零损失采用智能大棚平台来进行智慧种植，最明显的优势就是可以保证大棚内部保持恒定的环境条件，这对于环境要求比较高的植物来说，能够有效规避由于人为因素而造成的生产损失。（2）迅速提升产量和质量智能大棚平台的基本功能就是大棚环境的监测和控制，它利用各种传感器建立了与大棚作物之间的联系，能够更加明白作物的需求情况，在此基础上，大棚监测控制系统实现了科学精准地控制大棚温湿度和光照，营造作物最适应的生长环境，促进农作物生产，提高质量
9、和产量。（3）节本增效对于具备一定规模的种植企业来说，要持续提升农业种植的效益，不仅需要提升农作物的产量和品质，还需要提高工作效率，降低运营成本。应用智能大棚平台实现远程控制之后，可以大大提高大棚劳动的效率，降低大棚生产的人工成本，减轻工作人员的劳动强度。更重要的是应用大棚智能平台的经济效益是长期的，使用时间越长，那么表示劳动力成本也会越低。 第二章 解决方案2.1总体架构以农业生产指挥中心为核心，通过各种定制开发的智能终端设备监控大棚生产过程中的各类指标，对机电设备的控制，实现大棚信息检测和标准化生产监控，帮助用户精确了解农作物生长情况、病虫害情况、土地灌溉情况、土壤空气变更等情况。融合互联
10、网、移动互联网、云计算和物联网技术，依托部署在农业生产现场的各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等）和通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能分析、智能决策，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。总体架构图2.2智能大棚平台智能大棚平台主要由数据采集系统、设备的智能控制系统、视频监控系统、智能灌溉系统、智能报警系统、统计分析系统、智能监测系统、平台管理系统、移动APP等组成。数据采集系统：实现对大棚空气温湿度信息监测、土壤信息监测、视频信息采集等。智能控制系统：实现对大棚卷帘电机、通风口电机、风机、湿帘等设备的控制。 视频监控系统：实现整个大棚内农作物生长情
11、况的监控和出现不良情况对用户发出告警。智能灌溉系统：根据传感器数据自动生成轮灌计划，也可手动设置轮灌计划。智能报警系统：当设备出现故障或超出传感器设定的阈值/低于阈值时发出报警。统计分析系统：实现设备状态及报警信息和采集数据的查询、统计、分析、汇总，并以曲线和报表等多种形式显示。智能监测系统：监测设备运行状态以及大棚环境指标。平台管理系统：实现用户管理、设备管理、智能控制管理、灌溉计划管理、报警管理、数据处理等功能。移动APP：通过移动APP实现对大棚环境各项指标的监测、远程控制设备、视频监控等应用。2.2.1智能大棚平台组网目前温室环境监控系统主要包括有线和无线两种方式。传统有线温室环境监控
12、系统因为安装调试困难、维护成本高、对大棚现场损坏严重已经逐渐被淘汰，取而代之的是无线温室环境测控系统。然而由于目前市场上的无线传感器在供电、采集速率、价格等方面尚不能尽如人意，因此本方案我们选择有线和无线结合的网络架构。将采集的实时数据以一定的周期采集到数据采集器RTU，通过4G网络/有线网络将数据上传到基站并进入互联网，将数据发送至智能大棚平台，通过登陆智能大棚平台取得数据。 平台组网图2.2.2智能大棚平台子系统2.2.2.1数据采集系统在数据采集系统中，RTU负责各种传感器的接入，实时采集传感器数据，然后向上连接数传模块，将采集到的数据通过有线网络/4G网络发送到智能大棚平台；同时负责接
13、入控制器，实现对风机、天窗、卷帘、水阀等控制设备的远程控制。RTU部署数量由前端传感器决定，系统前端主要部署四种类型的传感器来监测大棚室内的环境指数。 大棚环境信息感知单元由无线/有线采集终端和各种环境信息传感器组成。环境信息传感器监控大棚内空气温/湿度、光照度、二氧化碳、土壤温/湿度、土壤养分、环境气象、病虫害测报等信息，通过有线采集交换机或无线采集终端以 4G方式将采集数据传输至监控中心，以指导生产，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。环境参数采集终端是将这些传感器节点集合在一起的一种采集设备，通过各种传感器可实时监测空气
14、温湿度、土壤含水量、土壤温度、光照强度、二氧化碳浓度等信息，并将数据传输到远程服务平台。 显示采集终端用于集中显示各类传感器的采集值，此终端采用不需要任何操作，安装简单快速，适合维护人员管理。用户可在此终端观看所有连接到它的传感器显示值，也可以远程通过手机等进行数据查看与管理。 （1）空气温湿度传感器温度主要影响酶及细胞器和细胞膜的活性，可以控制植物的吸收与蒸腾、光合与呼吸等重要的生理功能。空气温湿度是影响植物生长的最直观、最重要的因素，对空气温湿度的监测可以实时了解植物的基本生产环境，及时采取措施将生长环境调控到最佳状态。 技术参数：测量范围：-2060;0RH100RH输出信号：2.4GH
15、z工作电压：DC 12V（9V28V）测量精度：温度0.5;湿度3RH（2）光照传感器光照对植物的生长、发育和品质均有重要影响。以光强、光质和日照时间的长短对植物产生生态效应。强光太低，光合效率低；光强太高，超过光饱和点，光合产物也会减少，而且会因水分不足，气孔关闭，光合受阻，作物开始受害。通过光照传感器采集大棚室内的光照度，针对不同作物采取不同补光措施。 技术参数: 光照度范围：0-65535lx 传感器内置： 16bitAD 转换器 测量精度：20% （3）土壤温湿度传感器在大棚、连栋棚内安装土壤水分、土壤温度传感器，监测设施温室大棚和部分连栋大棚的土壤水分、土壤温度率情况，通过信息监测指导灌溉。采集数据通过本地数据采集器显示以及通过汇聚节点远程传输到监控中心。通过无线网络传输方式,也可以通过有线网络传输方式，以网线至交换机可以供按需选择，可以实现传感器与大棚内环境设施集中处理、联动及远程控制，数据接入物联网平台，实现对大棚内各类信息的存储、分析和管理。 不同的作物对土壤温湿度的要求也不同，一般以营养生长初期和果实开始迅速生长期为水临界期，这时缺水对作物生长结果影响极大，土壤水分过少，吸收速度抵偿不了蒸腾失水，这种情况下需
