智能大棚综合解决方案

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平板

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目录

第一章概述...................................................................2

1.1名称......................................................................2

1.2背景......................................................................2

L3现状分析.................................................................4

1.4智能大棚平台优势.........................................................6

第二章解决方案...............................................................8

2.1总体架构.................................................................8

2.2智能大棚平台............................................................9

2.2.1智能大棚平台组网.................................................10

2.2.2智能大棚平台子系统...............................................11

2.3智能大棚平台软件功能...................................................29

2.4平台特点...............................................................36

第一章概述

L1名称

智能大棚处理方案

L2背景

温室大棚生产是最近我国农业种植中效益最大产业。现在我

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，北方地域约占整个大棚面积80%以

±o我国北方地域温室大棚经过对其建筑结构、环境调控技术和

栽培技术等方面不停改进，初步形成了具备中国特色设施农业生

产体系一节能型温室大棚配套栽培技术。在40C高寒地域可实

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

国北方地域得到广泛应用，南方地域则大力推广塑料大棚和遮阳

网栽培，处理了夏季防雨降温问题。

现在，我国商品化大棚普及率依然较低，受生产成本等条件

制约，高、中等次商品化大棚主要被一些机关团体、军队、农场

和科研单位采取，却极少被个体及通常农民采取。普通农户大多

采取自建简易拱棚进行作物生产，约占我国大棚总量60%以上。

有大棚结构简单、设备简陋，难以实现环境综合调控，生产管理

和运行水平比较低下。同时二大棚缺乏有效管理体制和机制，无

法将生产、加工、销售有机地结合起来。

伴随科学技术迅猛发展，我国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靠。没有科技含量或科技

含量低温室产业，将无法确保温室产业得到有效发展，其经济效

益是相当有限。所以，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，重视温室产业相关生物技术协作攻关，主动

开展温室产业配套技术开发研究，因地制宜地研制和开发具各自

主知识产权温室产业设备，建立温室产业技术创新体系。

顺应该前农业产业快速发展需要，智能大棚配置了由计算机

控制可移动天窗、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

取计算机集散网络控制结构对温室内空气温度、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，创造植物生长最好环境，使温室内环境靠近人工构想理想

值，以满足温室作物生长发育需求。能够说智能温室大棚经过智

能化控制系统能够实现对温室内环境精准控制，不但推进了我国

当代设施农业改造升级，同时对于农业生产效益提升也起到了十

分显著效果。

1.3现实状况分析

近年来，在需求带动、政策推进、投资拉动等多个原因带

动下，大棚展现出前所未有发展势头，面积快速扩大。然而其

在发展过程中存在很多问题：

（1）科技含量低

不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，栽培管理以传统经验为主，距离数量化和指标化要

求还有相当大差距。中国大棚市场上现在使用不少产品，在高

品质领域主要以国外产品为主。遮阴网生产上以瑞典、以色列

高品质产品为主，大棚环境控制系统领域上国内产品一样与国

外有相当大差距，而且国内现有一些科研结果与真正地推广应

用之间还有一段差距。

（2）环境调控技术与设备落后

因为大多数大棚设备简单，类型落后，所以环境可调整程

度和控制技术都比较有限，塑料大棚往往受到自然灾害影响而

无法生产。即使在正常条件下，大多数温室大棚环境调控伎俩

相对简易，能够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）缺乏与我国相适应大棚优化控制软件

现在我国引进大棚控制系统大多运行费用过高，而自行研

制控制系统又缺乏对应优化软件，多数仍使用单因子开关量进

行环境因子调整。而实际上大棚内光照、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环境中对作物生长产

生影响，而且环境要素时间改变和空间改变都很复杂，当改变

某一环境因子时常会把其余环境因子变到一个不宜水平上。

（4）大棚建设盲目性很大

大量项目在对应配套设备、人才不到位情况下，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查极少，往往造成产品积压，带来不应有

损失。相关种植管理方面研究距离理论化、科学化、系统化地指

导生产实践还有不少差距。大棚企业在产品售后配套服务方面尚

不够完善，企业品牌意识、诚信意识不够，相当一部分大棚控制

软件研究上与国外企业相比有相当大差距。

L4智能大棚平台优势

智能大棚平台依靠传感技术、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、光照等环境参数全程监控与管理，为精细化科学育

种提供当代化伎俩。智能大棚已经成为填补传统农业弊端一个

新型农'也模式，也是促进大棚生产向着精细化、智能化方向发

展一个有效路径。它主要优势有以下几点:

(1)种植作物几乎零损失

采取智能大棚平台来进行智慧种植，最显著优势就是能够

确保大棚内部保持恒定环境条件，这对于环境要求比较高植物

来说，能够有效躲避因为人为原因而造成生产损失。

(2)快速提升产量和质量

智能大棚平台基本功效就是大棚环境监测和控制，它利用

各种传感器建立了与大棚作物之间联络，能够愈加明白作物需

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，营造作物最适应生长环境，促进农作物

生产，提升质量和产量。

(3)节本增效

对于具备一定规模种植企业来说，要连续提升农'业种植效

益，不但需要提升农作物产量和品质，还需要提升工作效率，

降低运行成本。应用智能大棚平台实现远程控制之后，能够大

大提升大棚劳动效率，降低大棚生产人工成本，减轻工作人员

劳动强度。更主要是应用大棚智能平台经济效益是长久，使用

时间越长，那么表示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，经过各种定制开发智能终端设

备监控大棚生产过程中各类指标，对机电设备控制，实现大棚信

息检测和标准化生产监控，帮助用户精准了解农作物生长情况、

病虫害情况、土地浇灌情况、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，依靠布署

在农业生产现场各种传感节点（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智能感知、智能预警、

智能分析、智能决议，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、

智能化决议。

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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、设备智能控制系统、视

频监控系统、智能浇灌系统、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、

湿帘等设备控制。

视频监控系统：实现整个大棚内农作物生长情况监控和

出现不良情况对用户发出告警。

智能浇灌系统：依照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查询、

统计、分析、汇总，并以曲线和报表等多个形式显示。

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、

浇灌计划管理、报警管理、数据处理等功效。

移动APP：经过移动APP实现对大棚环境各项指标监测、远程

控制设备、视频监控等应用。

2.2.1智能大棚平台组网

现在温室环境监控系统主要包含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步被淘汰，取而代之是无线温室环境

测控系统。然而因为现在市场上无线传感器在供电、采集速

率、价格等方面尚不能尽如人意，所以本方案我们选择有线和

无线结合网络架构。

将采集实时数据以一定周期采集到数据采集器RTU,经过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，经过登陆智能大棚平台取得数据。

生产指挥中心

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，将采集到数据经过有线网络

/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、水阀等控制设备远程控制。RTU布署数量由前

端传感器决定，系统前端主要布署四种类型传感器来监测大棚室

内环境指数。

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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，经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，经过各种仪器仪表实时显示

或作为自动控制参变量参加到自动控制中，确保农作物有一个良

好、适宜生长环境。环境参数采集终端是将这些传感器节点集合

在一起一个采集设备，经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采集值，此终端采取

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

此终端观看全部连接到它传感器显示值，也能够远程经过手机等

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活性，能够控制植物吸收

与蒸腾、光合与呼吸等主要生理功效。空气温湿度是影响植物生

长最直观、最主要原因，对空气温湿度监测能够实时了解植物基

本生产环境，及时采取方法将生长环境调控到最好状态。

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:一度±0.5℃;湿度±3%RH℃

(2)光照传感器

光照对植物生长、发育和品质都有主要影响。以光强、光质

和日照时间长短而植物产生生态效应。强光太低，光合效率低;

光强太高，超出光饱和点，光合产物也会降低，而且会因水分不

足，气孔关闭，光合受阻，作物开始受害。经过光照传感器采集

大棚室内光照度，针对不一样作物采取不一样补光方法。

技术参数：

光照度范围：0-655351X

传感器内置：16bitAD转换器

测量精度：±2096

(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土壤水分、土壤温度率情况，经过信

息监测指导浇灌。采集数据经过当地数据采集器显示以及经过汇

聚节点远程传输到监控中心°经过无线网络传输方式，也能够经

过有线网络传输方式，以网线至交换机能够供按需选择，能够实

现传感器与大棚内环境设施集中处理、我动及远程控制，数据接

入物联网平台，实现对大棚内各类信息存放、分析和管理。

不一样作物对土壤温湿度要求也不一样，通常以营养生长早

期和果实开始快速生长久为水临界期，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，’尝不了蒸腾失水，这种情

况下需要赔偿叶片失水；赔偿不足时，叶片光合作用速率降低,

合成酶活性收抑制，生长停顿。土壤水分传感器数量需要依照大

棚现场作物生长环境而定，通常提议一个独立浇灌区布署一个土

壤水分传感器。

技术参数:

量程：0〜100%

单位：%(m3/m3)

测量精度：±3%

交换精度：＜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

作物增产效果与光合二氧化碳同化有直接关系，瓜果类增产

与二氧化碳较广泛生理效应关于。确保大棚室内二氧化碳提供给

是提升作物产量和品质最基本要求，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取得了广泛应用。二氧化碳传

感器是进行日常二氧化碳施肥管理有力依据。

技术参数：

测量范围：0-5000ppm

最大允许误差：5%FSD

重复测试：3%FDS

耗电：4W

2.2.2.2智能控制系统

远程控制实现使技术人员在办公室就能对多个大棚环境进

行监测控制。采取无线网络来测量取得作物生长最好条件，能够

为大棚精准调控提供科学依据，达成增产、改进品质、调整生长

周期、提升经济效益目标。大棚、连栋大棚控制设备包含风机、

湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备，经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。经过传感器检测空

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

制等功效，提升设施生产自动化、智能化程度，具备很好示范展

示效果。

控制设备

通讯：带RS485接口设备，Zigbee无线传感器，带以太网接

口设备；

设置：报警限值设定，存放间隔设置，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~20niA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、卷帘等其余开启设备。

（1）功效特点

♦操作简单、方便，数据显示显著，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AC380Y、10A电机，卷帘机等设

备

♦2〜16路、直接控制电压为DC24V或AC220V、5A泵、阀等小

容量设备

♦箱体供电电压为AC380V或AC220V

（2）配置

1.触摸屏是以先进Cortex-A8CPU为关键（主频6000MHz）

高性能四线电阻式触摸屏（分辨率4096X4096）,采取7英寸高

亮度TFT液晶显示器（分辨率800X400）,能够存放容量大，最

大20万条统计。

2.关键模块采取工业嵌入式Linux系统，ARMA8（/ARM9）高

性能处理器架构z64M/128MDDR2内存,128MSLCnandflash

大容量存放

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以下，均为可选项:

1）保温被或塑料薄膜卷动控制；

2）喷灌设备浇灌控制；

3）加温系统控制；

4）排风或降温系统控制；

5）大棚照明系统控制；

6）二氧化碳和氧气浓度控制。

（5）菜单介绍

操作权限登录页面（点击按钮：用户登陆）:

用a登录

用户名：|负责人:]

密闻r

屋干百理员组，可以管理权限分归

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安全密码设置（点击按钮：更改密码）:

（提醒：密码忘记后，只能重新下载程序）

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为了确保权限，操作完成后退出权限页面（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）

设备状态显示下列图：点击对应图标能够操作对于设备开/

停

点击按钮：存盘间隔能够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数据曲线

点击按钮：历史统计打开统计表

点击按钮：下一页（如有多个节点）

（6）控制器连接方式

主要采取并联方式实现接入，经过增加继电器（控制器控

制继电器）并联入现有控制电路，控制器经过数据接口与数据

传输模块连接。实现原系统手动控制功效继续有效，新增远程

智能控制功效。

2.2.2.3视频监控系统

作为数据信息有效补充，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情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

以提供视频信号转换和传输，并实现远程网络视频服务。在已经

有Internet上，只要能够上网就能够依照用户权限进行远程图

像访问、实现多点、在线、便捷监测方式。能够实时查看大棚内

农作物长势。

2.2.2.4智能浇灌系统

浇灌是填补自然降水在数量上不足与时空上不均、确保适时

适量地满足农作物生长所需水分主要方法。以往浇灌工程，很多

没有配套完整浇灌系统，灌水时只能采取大水漫灌或人工洒水。

不但造成水浪费，而且往往因为不能及时灌水、过量灌水或灌水

不足，难以控制灌水均匀度，对作物正常生长产生不良影响。传

统地面大水漫灌已不能满足当代浇灌要求，采取高效灌水方式势

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

浇灌趋势。

精准性：自动化控制不但能够实现整个系统每组灌水单元精

准启闭时间控制，从时间上确保了整个区域灌水均匀性和时间准

确控制。

高效性：采取自动化控制，让灌水单元在设定好程序下自动

运行，大大节约了人力开支。

节水性：表现在时间精准控制上自动停顿浇灌，防止长时浇

灌所造成水浪费。

方便性：控制器管理一定区域下灌水操作，只需进行简单编

程或是一键开启操作等等就能够完成这个区域日常灌水。

安全性：自动控制系统，全部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，立刻停顿水泵运

行，并报