揭开智能大棚的神秘面纱，你也能拥有！

摘要：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。

揭开智能大棚的神秘面纱，你也能拥有！

智能大棚解决方案

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 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。

2.1 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 智能大棚平台子系统

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： -20 C ? 60 C ;0 % RH ? 100 % RH C

输出信号 : 2.4GHz

工作电压： DC 12V （9V? 28V）

测量精度：温度± 0.5 C 湿度± 3 % RH C

(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： 0-65535IX

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，这种情况下需要补偿叶片的失水；补偿不足时，叶片光合作用速率降低，合成酶的活性收抑制，生长停顿。土壤水分传感器的数量需要根据大棚现场作物的生长环境而定，一般建议一个独立灌溉区部署一个土壤水分传感器。

技术参数：

量程： 0? 100%

单位：％(m3/m3)

测量精度：± 3%

互换精度：＜3%

复测误差：＜1%

探针材料：不锈钢，长度：＜100mm , 直径：①3.5mm

测量区域：以中央探针为中心 , 周围 35mm、高为80mm 区域。

（4）二氧化碳传感器

作物的增产效果与光合二氧化碳同化有直接关系，瓜果类的增产与二氧化碳的较广泛的生理效应有关。保证大棚室内的二氧化碳提供给是提高作物产量和品质的最基本要求，近几年，大棚二氧化碳施肥技术在一些高效设施农业大棚中也获得了广泛的应用。二氧化碳传感器是进行日常二氧化碳施肥管理的有力依据。

技术参数 :

测量范围： 0-5000ppm

最大允许误差： 5%FSD

重复测试： 3�S

耗电： 4W

2.2.2 智能控制系统

远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件，可以的为大棚精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。大棚、连栋大棚控制设备包括风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备，通过有线网线至交换机或者无线 WIFI 或 4G模块与综合控制中心连接。通过传感器检测空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度及二氧化碳等参数，构建测控点实现温室大棚环境获取、自动灌溉、自动控制等功能，提高设施生产自动化、智能化程度，具有较好的示范展示效果。

控制设备

通讯：带 RS485接口的设备 , Zigbee 无线传感器 , 带以太网接口的设备；

设置 : 报警限值设定，存储间隔设置 , 操作员登陆密码设置；

显示：设备状态实时数据本地控制实时曲线历史数据操作权限；

采集： 4mA? 20mA 电流信号， 0V? 5V电压信号，高低电平信号, Zigbee 无线传感器 ;

控制：风机、水泵、电机、电磁阀、卷帘等其他的启动设备。

(1) 功能特点

操作简单、方便，数据显示明显，设备状态一目了然

带太网接口短路保护、过流保护防雷保护、防浪涌过热保护、过压保护 , 抗干扰

标准工业 ModbusTcp协议

接收 ZIGBEE无线传感器的网络节点（模拟信号、数

字信号；多路控制输出）

漏电保护

2 ? 16 路、直接控制电压为 AC380V、10A的电机，卷帘机等的设备2~16 路、直接控制电压为 DC24V或 AC220V、5A的泵、阀等小容量的设备箱体供电电压为 AC380V或 AC220V

（2）配置

1. 触摸屏是以先进的 Cortex-A8 CPU 为核心（主频6000MHz ）的高性能的四线电阻式触摸屏（分辨率 4096 X 4096 ）, 采用 7英寸高亮度 TFT液晶显示屏（分辨率 800 X 400）, 可以存储容量大，最大20 万条记录。

2. 核心模块采用工业嵌入式 Linux 系统，ARMA8 （/ARM9）高性能处理器架构 z 64M/128M DDR2 内存， 128M SLC nandflash 大容量存储

3. 安全性高，参数设置和设备操作要求登陆密码，系统运行稳定。

4 ? 提供 DC24V 5A供电，供现场变送器或是设备使用

（3）技术参数

1、供电电压： AC380V/220V

2、对外供电： DC 24V （最大电流 3A）

3、通讯方式：以太网、 wifi 、4G

4、协议类型： Modbus TCP

5、通讯端口： 10M/100M 以太网端口、 USB

6、输入信号方式：

JKZD-Zxx-x : 接入 ZigBee 信号

JKZD-Hxx-8 : 接入 4mA ? 20mA 、0V ? 5V、电平信号

7、环境参量：

JKZD-Zxx-x : 可接入 JZH-0、 JZH-1 、 JZH-5、JZH-P、JZH-G、 JZH-V 系列无线传感器。 JKZD-Hxx-8 :8 路模拟量信号传感器（4mA? 20mA /0V? 5V/电平信号）

8、继电器负荷电流： 5A

9、接触器负荷电流： 10A

（4）控制器控制项目

大棚控制器控制项目内容如下 , 均为可选项：

1）保温被或塑料薄膜卷动控制；

2）喷灌设备的灌溉控制；

3）加温系统控制；

4）排风或降温系统的控制；

5）大棚照明系统的控制；

6）二氧化碳和氧气浓度的控制

（5）菜单介绍

操作权限登录页面（点击按钮：用户登陆）：

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安全密码设置（点击按钮：更改密码）：

（提示：密码忘记后，只能重新下载程序）

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I(6) 控制器连接方式

主要采用并联的方式实现接入，通过增加继电器 ( 控制器控制继电器)并联入现有的控制电路，控制器通过数据接口与数据传输模块连接。实现原系统的手动控制功能继续有效，新增远程智能控制功能。

2.2.3 视频监控系统

作为数据信息的有效补充 , 基于网络技术和视频信号传输技术，对农作物内部作物生长状况进行全天候视频监控。该系统由网络型视频服务器、高分辨率摄像头组成，网络型视频服务器主要用以提供视频信号的转换和传输，并实现远程的网络视频服务。在已有 Internet 上，只要能够上网就可以根据用户权限进行远程的图像访问、实现多点、在线、便捷的监测方式。可以实时查看大棚内农作物长势。

2.2.4 智能灌溉系统

灌溉是弥补自然降水在数量上的不足与时空上的不均保证适时适量地满足农作物生长所需水分的重要措施。以往的灌溉工程，很多没有配套完整的灌溉系统，灌水时只能采用大水漫灌或人工洒水。不但造成水的浪费，而且往往由于不能及时灌水、过量灌水或灌水不足，难以控制灌水均匀度，对作物的正常生长产生不良影响。传统的地面大水漫灌已不能满足现代灌溉的要求，采用高效的灌水方式势在必行。喷灌 , 以其节水、节能、省工和灌水质量高等优点 , 越来越被人们所认识。近年来喷灌发展很快 , 有逐步取代人工地面灌溉的趋势。

精准性：自动化控制不仅可以实现整个系统每组灌水单元精确的启闭时间控制，从时间上保证了整个区域的灌水均匀性和时间的准确控制。

高效性：采用自动化控制，让灌水单元在设定好的程序下自动运行，大大节省了人力的开支。

节水性：体现在时间的精准控制上自动停止灌溉，避免长时灌溉所造成水的浪费。

方便性：控制器管理一定区域下的灌水操作，只需进行简单的编程或是一键开启操作等等就可以完成这个区域的日常灌水。

安全性：自动控制系统，所有管路设施以及控制设施全部安装隐蔽在地下，而且不会有什么人工的管理活动。

2.2.5 智能报警系统

当灌溉系统出现故。如水管破裂等，立即停止水泵运行，并报警。当实时监测数据不在相应参数设置的阈值内，系统自动报警并执行相应的操作。

当控制设备出现断电，掉线时，自动发出报警 , 并保存报警数据。

2.2.6 统计分析系统

根据用户需求，提供历史数据的查看和统计报表功能。智能温室系统平台通过对采集的数据进行汇总统计，生成各种统计报表。同时根据用户需要，提供统计说明和图例，支持柱状图、折线图和饼状图辅助用户进行分析判断。

2.2.7 智能监测系统

在温室内实现自动信息检测与控制，通过配备无线传感节点，信息采集和信息路由设备、配备无线传感传输系统，每个基点配置无线传感节点，每个无线传感节点可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。信息收集、负责接收无线传感汇聚节点发来的数据、存储、显示和数据管理，实现所有基地测试点信息的获取，实时显示相关参数的值。

设备监控界面按照现场监控站温室控制系统绘制温室分布图，在图上直观显示相关电磁阀的位置、状态、是否启用轮灌，正在灌溉的组别，灌溉持续时间、当前系统时间显示等信息。该界面可以对电磁阀的状态统一实时查询电磁阀的单独开启关闭、状态查询。管理区域内放置 360 ° 全方位红外球形摄像机，可清晰直观的实时查看种植区域作物生长情况等。此功能指系统中提供用户查看玻璃温室和连栋温室的实时视频信息，用户可以选择查看实时视频信息和历史视频信息。帮助用户了解农作物的生产情况、农产品的存储情况和现场人员的工作情况。