智能大棚解决方案

智能大棚处理方案

甘肃图博网络科技股份有限企业

2023年8月

目录

第一章概述........................................3

1.1名称........................................3

1.2背景........................................3

1.3现实状况分析................................5

L4智能大棚平台优势............................8

第二章处理方案...................................11

2.1总体架构...................................11

2.2智能大棚平台...............................12

2.2.1智能大棚平台组网.......................13

2.2.2智能大棚平台子系统.....................14

2.3智能大棚平台软件功能.......................35

2.4平台特点...................................42

第一章概述

1.1名称

智能大棚处理方案

1.2背景

温室大棚生产是近23年来我国农业种植中效益最大日勺

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通过对

其建筑构造、环境调控技术和栽培技术等方面时不停改善,

初步形成了具有中国特色日勺设施农业生产体系一节能型温

室大棚配套栽培技术。在4CTC日勺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，处理了夏季防雨降温日勺问题。

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、中等次的商品化大棚重要被某些机关团体、

军队、农场和科研单位采用，却很少被个体及一般农民采用。

一般农户大多采用自建日勺简易拱棚进行作物生产，约占我国

大棚总量的60%以上。有日勺大棚构造简朴、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。同步，

大棚缺乏有效的管理体制和机制，无法将生产、加工、销售

有机地结合起来。

伴随科学技术的迅猛发展，我国日勺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，采光运用率高、低能耗的温室将成为

发展重点；覆盖对料向透气性好、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，将无法保证温室产业得到有效日勺发

展，其经济效益是相称有限的。因此，必须加大科研开发力

度，切实处理温室产业中关键技术难题，重视温室产业有关

生物技术的协作攻关，积极开展温室产业配套技术的开发研

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。

顺应目前农业产业迅速发展的需要，智能大棚配置了由

计算机控制时可移动天窗、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构造对温室内R勺空气

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，发明植物生长的最佳环境,

使温室内的环境靠近人工设想日勺理想值，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，不仅推进了我国现代设施

农业的改造升级，同步对于农业生产效益的提高也起到了十

分明显的效果。

1.3现实状况分析

近年来，在需求带动、政策推进、投资拉动等多种原

因日勺带动下，大棚展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

无论是在大棚设施自身还是在栽培管理方面，大多数

设施构造简朴，栽培管理以老式的经验为主，距离数量化

和指标化的规定尚有相称大日勺差距。中国大棚市场上目前

使用的不少产品，在高品质领域重要以国外产品为主。遮

阴网的生产上以瑞典、以色列日勺高品质产品为主，大棚环

境控制系统领域上国内日勺产品同样与国外有相称大日勺差

距，并且国内既有日勺某些科研成果与真正地推广应用之间

尚有一段差距。

（2）环境调控技术与设备落后

由于大多数的大棚设备简朴，类型落后，因此环境日勺

可调整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。虽然在正常条件下，大多数日勺

温室大棚的环境调控手段相对简易，可以进行通风和避风

调整等，但对于温度过高、光照太强或太弱都无法进行调

整。

（3）缺乏与我国相适应日勺大棚优化控制软件

目前我国引进大棚日勺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对应的优化软件，多数仍使用

单因子开关量进行环境因子日勺调整。而实际上大棚内日勺光

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日勺生长产生影响时，并且环境要

素日勺时间变化和空间变化都很复杂，当变化某一环境因子

时常会把其他环境因子变到一种不合适的水平上。

（4）大棚建设盲目性很大

大量的项目在对应日勺配套设备、人才不到位的状况下,

盲目地从国外引进高新技术，盲目地低水平仿制国外产品o

大棚种植管理上，产品种植前通过市场考察日勺很少，往往导

致产品积压，带来不应有时损失D有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尚有不少差

距。大棚企业在产品曰勺售后配套服务方面尚不够完善，企业

日勺品牌意识、诚信意识不够，相称一部分大棚控制软件的研

究上与国外企业用比有相称大H勺差距。

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

精细化科学育种提供现代化日勺手段。智能大棚已经成为弥

补老式农业弊端的一种新型农业模式，也是增进大棚生产

向着精细化、智能化方向发展日勺一种有效途径。它日勺重要

优势有如下几点：

（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，最明显日勺优势就

是可以保证大棚内部保持恒定日勺环境条件，这对于环境规

定比较高的植物来说，可以有效规避由于人为原因而导致

日勺生产损失。

(2)迅速提高产量和质量

智能大棚平台的基本功能就是大棚环境的监测和控

制，它运用多种传感器建立了与大棚作物之间的联络，可

以愈加明白作物的需求状况，在此基础上，大棚监测控制

系统实现了科学精确地控制大棚温湿度和光照，营造作物

最适应的生长环境，增进农作物生产，提高质量和产量。

(3)节本增效

对于具有一定规模日勺种植企业来说，要持续提高农业

种植的效益，不仅需要提高农作物的产量和品质，还需要

提高工作效率，减少运行成本。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，减少大棚生

产日勺人工成本，减轻工作人员日勺劳动强度。更重要日勺是应

用大棚智能平台口勺经济效益是长期的，使用时间越长，那

么表达劳动力成本也会越低。

第二章处理方案

2.1总体架构

以农业生产指挥中心为关键，通过多种定制开发日勺智能

终端设备监控大棚生产过程中日勺各类指标，对机电设备的控

制，实现大棚信息检测和原则化生产监控，协助顾客精确理

解农作物生长状况、病虫害状况、土地浇灌状况、土壤空气

变更等状况。

融合互联网、移动互联网、云计算和物联网技术，依托

布署在农业生产现场日勺多种传感节点（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

精确化种植、可视化管理、智能化决策。

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总体架构图

2.2智能大棚平台

智能大棚平台重要由数据采集系统、设备的智能控制系

统、视频监控系统、智能浇灌系统、智能报警系统、记录分

析系统、智能监测系统、平台管理系统、移动APP等构成。

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状况的监

控和出现不良状况对顾客发出告警。

智能浇灌系统：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过传感器设定日勺阈

值/低于阈值时发出报警。

记录分析系统：实现设备状态及报警信息和采集数据日勺

查询、记录、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：实现顾客管理、设备管理、智能控制管

理、浇灌计划管理、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日勺监测、

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重要包括有线和无线两种方

式。老式有线温室环境监控系统由于安装调试困难、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

时是无线温室环境测控系统。然而由于目前市场上日勺无线

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。

将采集日勺实时数据以一定日勺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获得数据。

IZigBee无线

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负责多种传感器日勺接入，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；同步负责接入

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布署数量由前端传感器决定，系统前端重要布署

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/有线采集终端和多种环

境信息传感器构成。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，通过有线采集互换机或无线采集终端以

4G方式将采集数据传播至监控中心，以指导生产，通过多种

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，保证农作物有一种良好的、合适日勺生长环境。环境参

数采集终端是将这些传感器节点集合在一起日勺一种采集设

备，通过多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，并将数据传播

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，安装简朴迅速，适合维护人员管理。

顾客可在此终端观看所有连接到它日勺传感器显示值，也可以

远程通过等进行数据查看与管理。

(1)空气温湿度传感器

温度重要影响酶及细胞器和细胞膜的活性，可以控制植

物的吸取与蒸腾、光合与呼吸等重要R勺生理功能。空气温湿

度是影响植物生长的最直观、最重要的原因，对空气温湿度

时监测可以实时理解植物日勺基本生产环境，及时采用措施将

生长环境调控到最佳状态。

技术参数：

测量范围：-20℃〜60℃；0%RH〜100%RH℃

输出信号：2.4GHz

工作电压：DC12V(9V-28V)

测量精度：温度±0.5寸；湿度±3%RITC

(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；光强大高，超过光饱和点，光合产物也会减少,

并且会因水分局限性，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日勺光照度，针对不一样作物采

用不一样补光措施。

技术参数：

光照度范围：0-655351X

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、土壤温度率状

况，通过信息监测指导浇灌。采集数据通过当地数据采集器

显示以及通过汇聚节点远程传播到监控中心。通过无线网络

传播方式，也可以通过有线网络传播方式，以网线至互换机

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。

不一样的作物对土壤温湿度的规定也不一样，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

作物生长成果影响极大，土壤水分过少，吸取速度抵偿不了

蒸腾失水，这种状况下需要赔偿叶片的失水；赔偿局限性时,

叶片光合作用速率减少，合成酶日勺活性收克制，生长停止。

土壤水分传感器的数量需要根据大棚现场作物日勺生长环境

而定，一般提议一种独立浇灌区布署一种土壤水分传感器。

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：03.5mm

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日勺生理效应有关。保证大棚室

内日勺二氧化碳提供应是提高作物产量和品质的最基本规定，

近几年，大棚二氧化碳施肥技术在某些高效设施农业大棚中

也获得了广泛日勺应用。二氧化碳传感器是进行平常二氧化碳

施肥管理的有力根据。

技术参数：

测量范围：0-5000ppm

最大容许误差：5%FSD

反复测试：3%FDS

耗电：4W

2.2.2.2智能控制系统

远程控制日勺实现使技术人员在办公室就能对多种大棚

的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长日勺

最佳条件，可以的为大棚精确调控提供科学根据，到达增产、

改善品质、调整生长周期、提高经济效益日勺目日勺。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，通过有线网线至互换机或者无线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、自动浇灌、自动控制等功能，提

高设施生产自动化、智能化程度，具有很好的示范展示效果。

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：设备状态实时数据当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，高下电

平信号，Zigbee无线传感器;

控制：风机、水泵、电机、电磁阀、卷帘等其他日勺启动

设备。

(1)功能特点

♦操作简朴、以便，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

♦原则工业ModbusTcp协议

♦接受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时泵、阀

等小容量的设备

♦箱体供电电压为AC380V或AC220V

(2)配置

L触摸屏是以先进日勺Cortex-A8CPU为关键（主频

6000MHz）日勺高性能的四线电阻式触摸屏（辨别率4096X

4096）,采用7英寸高亮度TFT液晶显示屏（辨别率800X

400）,可以存储容量大，最大20万条记录。

2.关键模块采用工业嵌入式Linux系统，ARMA8（/ARM9）

高性能处理器架构z64M/128MDDR2内存，128MSLC

nandflash大容量存储

3.安全性高，参数设置和设备操作规定登陆密码，系统

运行稳定。

4•提供DC24V5A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：DC24v（最大电流3A）

3、通讯方式：以太网、wifi.4G

4、协议类型：ModbusTCP

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-KJZH-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）喷灌设备的浇灌控制；

3）加温系统控制；

4）排风或降温系统日勺控制；

5）大棚照明系统日勺控制；

6）二氧化碳和氧气浓度日勺控制。

（5）菜单简介

操作权限登录页面（点击按钮：顾客登陆）:

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屋干舌理员组，可以管理权限分配

安全密码设置（点击按钮：更改密码）：

（提醒：密码忘掉后，只能重新下载程序）

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用户名：।负责人

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为了保证权限，操作完毕后退出权限页面（点击按钮:

退出登陆）

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点击按钮：设置确认

限值显示的数据保留下来。

点击按钮：设备控制（有安全权限限制）

设备状态显示下图：点击对应图标可以操作对于的设备

点击按钮：存盘间隔可以设置数据存盘间隔时间（秒

/分/时）

点击按钮：历史曲线显示存盘时间段内日勺数据曲线

点击按钮：历史记录打开登记表

点击按钮：下一页（如有多种节点）

（6）控制器连接方式

重要采用并联的方式实现接入，通过增长继电器（控

制器控制继电器）并联入既有日勺控制电路，控制器通过数

据接口与数据传播模块连接。实现原系统日勺手动控制功能

继续有效，新增远程智能控制功能。

4-20mA▽

2.2.2.3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

播技术，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、高辨别率摄像头构成，网络型

视频服务器重要用以提供视频信号的转换和传播，并实现远

程日勺网络视频服务。在已经有Internet上，只要可以上网

就可以根据顾客双限进行远程日勺图像访问、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。

2.2.2.4智能浇灌系统

浇灌是弥补自然降水在数量上E勺局限性与时空上的不

均、保证适时适量地满足农作物生长所需水分日勺重要措施。

以往的浇灌工程，诸多没有配套完整日勺浇灌系统，灌水时只

能采用大水漫灌或人工洒水。不仅导致水日勺挥霍，并且往往

由于不能及时灌水、过量灌水或灌水局限性，难以控制灌水

均匀度，对作物日勺正常生长产生不良影响。老式日勺地面大水

漫灌已不能满足现代浇灌日勺规定，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长处,

越来越被人们所认识。近年来喷灌发展很快，有逐渐取代人

工地面浇灌的趋势。

精确性：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日勺灌水均

匀性和时间的精确控制。

高效性：采用自动化控制，让灌水单元在设定好日勺程序

下自动运行，大大节省了人力日勺开支。

节水性：体目前时间的精确控制上自动停止浇灌，防止

长时浇灌所导致水时挥霍。

以便性：控制器管理一定区域下日勺灌水操作，只需进行

简朴的编程或是一键启动操作等等就可以完毕这个区域的

平常灌水。

安全性：自动控制系统，所有管路设施以及控制设施所

有安装隐蔽在地下，并且不会有什么人工的管理活动。

2.2.2.5智能报警系统

当浇灌系统出现故。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对应参数设置的阈值内，系统自

动报警并执行对应的操作。

当控制设备出现断电，掉线时，自动发出报警，并保

留报警数据。

2.2.2.6记录分析系统

根据顾客需求，提供历史数据的查看和记录报表功

能。智能温室系统平台通过对采集的数据进行汇总记录，

生成多种记录报表。同步根据顾客需要，提供记录阐明和

图例，支持柱状图、折线图和饼状图辅助顾客进行分析判

断。

2.2.2.7智能监测系统

在温室内实现自动信息检测与控制，通过配置无线传

感节点，信息采集和信息路由设备、配置无线传感传播系

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。信息搜集、负责接受无线传感

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，实时显示有关参数时值。

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，在图上直观显示有关电磁阀的位置、状态、与否

启用轮灌，正在浇灌日勺组别，浇灌持续时间、目前系统时

间显示等信息。该界面可以对电磁阀的状态统一实时查

询；电磁阀的单独启动关闭、状态查询。管理区域内放置

360°全方位红外球形摄像机，可清晰直观时实时查看种植

区域作物生长状况等。此功能指系统中提供顾客查看玻璃

温室和连栋温室的实时视频信息，顾客可以选择查看实时

视频信息和历史视频信息。协助顾客理解农作物的生产状

况、农产品的存储状况和现场人员的工作状况。

2.2.2.8平台管理系统

实现顾客管理、设备管理、智能控制管理、浇灌计划管

理、报警管理、数据处理等功能。

2.2.2.9移动APP

本系统不仅支持固定监控终端监测，还可以集成终

端实现移动监控。监测内容包括环境日勺传感器数据监测和视

频监控，并实现对控制设备日勺远程控制。

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2.3智能大棚平台软件功能

应用软件是基于B/S架构，采用全图形化设计，支持触

摸屏控制，到达操作员会上网浏览网页就会使用应用软件日勺

规定。

平台功能图

2.3.1控制台

对使用该系统的顾客提成不一洋的角色（如：管理

员、操作员等），对不一样日勺角色授予对应的权限，对详

细的顾客进行注册时赋予对应的角色，从而得到对应日勺使

用权限。本系统登陆时需要通过身份验证，只有合法顾客

才能进入该系统，并受对应日勺权限控制。从而实现了系

统的安全性管理。

权限管理：一般系统权限控制到菜单级别，权限管理

按照菜单功能对系统权限进行维护；

角色管理：维护系统操作所需的各级角色；

角色权限分派：给每个角色，赋予对应日勺功能权限。

2.3.2基本信息

在界面显示整个大棚作物生长状况及种植面积等信息。

2.3.3智能监测

智能大棚管理系统实时将农作物生长环境中多种采集

器采集到时环境因子（温度、湿度、二氧化碳、室内温湿

度等），同步监控各大棚喷灌电磁阀、风机等工作状态及

与否启用轮灌，正在灌日勺组别，浇灌持续时间、目前系统

时间显示等信息。

2.3.4智能控制

大棚智能管理系统可对浇灌系统、通风、加湿、保温系

统等智能设备实时控制，即进行顾客身份确认后登陆该系统

后，可实时时对目前农作物生长环境中的设备进行远程控制。

2.3.5智能预警

(1)当浇灌系统出现故。如水管破裂等，立即停止

水泵运行，并报警。

(2)当实时监测数据不在对应参数设置的阈值内，

系统自动报警并执行对应日勺操作。

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