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    解決方案
    NEWS

    智能溫室大棚控制系統解決方案

    時間:2022-06-23 18:12:35     瀏覽:

    一、項目背景

    鄉村振興與脫貧戰略

    十九大:構建現代農業產業體系、生產體系、經營體系,完善農業支持保護制度,發展多種形式適度規模經營,培育新型農業經營主體,健全農業社會化服務體系,實現小農戶和現代農業發展有機銜接。促進農村一二三產業融合發展,支持和鼓勵農民就業創業,拓寬增收渠道。

    2017年12月,中央農村工作會議指出:到2020年,鄉村振興取得重要進展,制度框架和政策體系基本形成;到2035年,鄉村振興取得決定性進展,農業農村現代化基本實現;到2050年,鄉村全面振興,農業強、農村美、農民富全面實現。

    “互聯網+”行動計劃

    2015年3月,李克強總理在第十二屆全國人民代表大會上提出:“制定‘互聯網+’行動計劃,推動移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等與現代制造業結合,促進電子商務、工業互聯網和互聯網金融健康發展?!?/span>

    傳統農業與智慧農業

    我國傳統農業是靠天吃飯,自然環境對農業生產的影響很大。傳統農業在生產過程中,無論是農作物的種植還是水產、畜禽的養殖,多憑農牧漁民的經驗和感覺進行生產,這不僅會造成作業效率低下、肥水藥的嚴重浪費,還使得農產品品質與安全難以保證,很難做到精準化和利益最大化。智慧農業通過智能硬件、物聯網、大數據等技術對傳統的農業大棚進行升級改造,構建全程智能化的高效監測控制管理體系,實現科學指導生態輪作,保證作物的高產、優質、生態、安全;建立線上運營和溯源系統,提高農戶經濟收益和品牌效益。對比傳統農業生產,產量卻可達常規種植的3-5倍;環境的控制、灌溉和施肥無需人工勞作,而由水肥一體化灌溉系統精準完成,比大田漫灌節水70%-80%;種植空間不只限于平面,還可垂直立體,土地節約高達80%;打農藥有無人機,大棚采摘有機器人,耕地、收割、曬谷、大米加工全程機械化……等等。

    發展機遇

    農業經過歷史長河的發展進程,發展到一定程度后,大多數會走多元化多功能的發展道路。隨著人工智能技術和自動控制技術的快速發展,智慧大棚應運而生,在現代化技術的應用下,農業大棚中布置了大量的數據監測、數據傳輸、分析處理、自動控制裝置,能夠將傳統人工作業的經驗與現代化的邏輯判斷、自動操控相結合,達到大棚環境實時監測、生產工序自動執行的效果。智能溫室大棚能有效提供單位土地投入產出比,高效利用各種資源能源,切實促進農業生產勞動效益的提升。

     

    二、解決方案

    1、系統組成及技術介紹
           智能溫室大棚控制系統充分利用現代信息技術,集成軟件、智能控制、物聯網技術、音視頻技術、3S技術、無線通訊技術及專家智慧與知識,實現大棚控制各關鍵環節的信息化、標準化,是云計算、物聯網、地理信息系統等多種信息技術在大棚控制中綜合、全面的應用,實現更完備的信息化基礎支撐、更透徹的農業信息感知、更集中的信息資源、更廣泛的互聯互通、更深入的智能控制、更貼心的公眾服務。

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           智能溫室大棚系統包含環境監測子系統、智能控制子系統、視頻監控子系統、數據分析和管理子系統等四大部分組成。另外還可以根據客戶需求進行系統擴展,例如擴展農作物生長監測子系統、智能施肥灌溉子系統(水肥一體化控制系統)、大棚補溫系統、補氣系統等。

    2、環境監測子系統

    溫室大棚環境參數監測子系統是智能溫室大棚控制系統的核心部分,通過安裝溫度、濕度、光照度、CO2濃度等傳感器,對溫室大棚內的環境參數進行實時監測。監測數據通過無線傳輸技術發送至中心控制器,形成一份詳細的溫室大棚環境參數報告。

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           數據中心根據前端智能硬件上傳的數據可以實時監測環境數據和查看植物生長分析曲線圖,也為后續的自動控制提供服務。

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    3、智能控制子系統

    溫室大棚智能控制子系統是基于監測子系統的數據,通過將傳感器與控制器(聯動設備)相連,控制器可以根據環境參數的變化,通過中心控制器,對溫室大棚內的溫度、濕度、光照等參數進行調節和控制,以保持最適宜的生長環境。此外,還可以自定義規則,讓整個溫室設備隨環境參數變化自動控制,比如當棚內溫度過高時,溫室卷膜和通風系統開始自動打開。還可以通過將傳感器與灌溉和施肥設備相連,控制器根據土壤環境參數的變化,自動調整灌溉和施肥的量和時間,以保持最佳的生產環境和肥料施用效果。

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    (1)大棚自然通風系統(卷膜、側窗天窗系統)

    溫室內的自然通風可通過卷膜器通風系統實現通風換氣,卷膜器通風系統是通過卷/鋪塑料膜以達到開啟或關閉通風口,實現通風換氣。卷膜系統一般由電動卷膜器、卷膜桿、壓膜卡和卷膜搖柄、繩子、軸承座等組成,卷膜器工作時帶動卷膜軸轉動,將塑料膜卷在軸上,由此形成溫室大棚的通風。

    卷膜器系統一般有側窗通風、天窗通風兩類??梢酝ㄟ^手動和自動兩種模式來控制卷膜器的正轉和反轉,實現塑料卷膜的打開和關閉。自動模式下可以通過棚內溫度上下限和設置時間節點來控制卷膜器的正反轉,實現自動化控制。

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    (2)強制降溫通風系統(風機、濕簾系統)

    濕簾安裝在溫室的北端面,風機安裝在溫室的南端面,當需要降溫時,啟動風扇,將溫室內的空氣強制抽出,造成負壓,同時,水泵將水打在對面的濕簾墻上,室外空氣被負壓吸入室內時,以一定的速度從濕簾的縫隙穿過,導致水分蒸發、降溫,吸收室內熱量后,經風扇排出,從而達到降溫的目的。

    濕簾外側配備電動外開窗,安裝防蟲網,防止飛蟲、飛絮等堵塞濕簾。

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    (3)大棚卷簾控制系統

    智能溫室大棚卷簾控制系統,可以通過手動和自動兩種模式來控制卷簾機的正轉和反轉,實現棉被的打開和關閉。自動模式下可以通過設置時間節點來控制卷簾機的正反轉,實現自動化控制。棉被上限位,實行三重保護防止過卷,棉被下限位帶有延時功能,防止反卷。大大減少了大棚種植戶人工成本的投入。

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    (4)大棚補光系統

    植物補光燈是依照植物生長的自然規律,根據植物利用太陽光進行光合作用的原理,使用燈光代替太陽光來提供植物生長發育所需光源的一種燈具。植物生長燈的主要用途是在自然光照不充足的情況下進行光照的補充,合理使用植物生長燈,可有效的提高大棚蔬菜產量和縮短生長周期,提高經濟效益。

    溫室大棚補光系統同樣也可以通過手動和自動兩種模式來控制補光燈的打開和關閉。自動模式下可以通過棚內光照度的上下限和設置時間節點兩種模式來達到自動化控制。

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    4、視頻監控子系統

    視頻監控子系統主要用于監視棚內的實時環境以及植物的生長狀態。系統通過視頻監控管理云平臺實現遠程監控、視頻采集、錄像回放和智能運維,并為智能硬件數據傳輸提供服務。

    5、數據分析和管理子系統

    數據分析和管理子系統主要用于對溫室大棚的生產數據進行分析和處理。通過將中央控制系統與云計算平臺相連,可以對溫室大棚內的環境參數、土壤墑情數據、灌溉和施肥數據進行分析和處理,提供生產效率的統計數據和趨勢分析,以幫助農民制定最佳的生產計劃和決策。


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    系統主要功能:

    溫室大棚環境數據實時查看:通過電腦或手機遠程查看溫室的實時環境數據,包括空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照度、CO2濃度等;用戶可以直觀查看溫室環境數據的實時曲線圖,及時掌握溫室農作物生長環境。

    遠程自動控制:遠程、自動化控制溫室內環境設備,提高工作效率,如自動灌溉系統、風機、卷簾、側窗等;可以自定義規則,讓整個溫室設備隨環境參數變化 自動控制,比如當土壤濕度過低時,溫室灌溉系統自動開始澆水;提供PC端和移動端,客戶可以在任意地點遠程控制溫室的所有設備。

    智能報警:系統可以靈活的設置各個溫室不同環境參數的上下閥值。一旦超出閥值,系統可以根據配置,通過手機短信、系統消息等方式提醒相應管理者;報警提醒內容可根據模板靈活設置,根據不同客戶需求可以設置不同的提醒內容,滿足客戶個性化需求;可以根據報警記錄查看關聯的溫室設備,更加及時、快速遠程控制溫室設備,高效處理溫室環境問題;可及時發現不正常狀態設備,通過短信或系統消息及時提醒管理者,保證系統穩定運行

    歷史數據分析:系統可以通過不同條件組合查詢和對比歷史環境數據;支持列表和圖表兩種不同方式查看,用戶可以更直觀看到歷史數據曲線;與農業生產數據建立統一的數據模型,系統通過數據挖掘等技術可以分析更適合農作物生長、能提高農作物產量的環境參數,輔助決策。 

    視頻監控:遠程實時查看溫室大棚監控視頻,并可以保存錄像文件,防止農作物被盜等狀況出現。

    6、擴展系統

    (1)農作物生長監測子系統

    農作物生長監測子系統主要用于監測植物的生長狀態,例如生長速度、葉片顏色、葉面積等。通過將傳感器放置在植物周圍,可以實時監測植物的生長狀態,并根據結果調整生產環境和肥料施用,以提高植物的生長速度和質量。

    (2)水肥一體化控制系統

    水肥一體化系統通過土壤濕度傳感器來監測土壤中的水分,當系統監測到土壤水分低于標準值的時候,系統可以自動打開灌溉系統,為農作物進行灌溉,當土壤水分達到標準以后,系統又可以自動關閉灌溉系統,用戶只需要提前設定好土壤水分的標準數據,就能實現自動化灌溉。另外水肥一體化系統對于施肥的控制也是根據傳感器監測的,通過土壤養分傳感器,監測土壤中的氮磷鉀含量,當檢測到土壤中的養分低于標準值,系統可以自動打開施肥系統,為土壤施肥,從而實現自動化施肥。

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    (3)大棚補溫系統

    為了保持溫室大棚內完美的保溫效果,采取的措施一般都是在溫室室內頂部和四周安裝保溫被,或者在室內安裝加熱風機,或者還可以在室內安裝加熱管道(暖氣),通過供熱系統的熱水進出來達到保溫的作用。

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    4)大棚補氣系統

    寒冷的冬季,由于大棚內空間相對封閉,CO2變化很大,白天室內可降至150ppm,夜間則高達450-500ppm(植物正常光合作用的CO2濃度為300ppm)。將CO2的濃度增加到400-1000ppm或更高,能促進作物生長,有效提高作物的產量和改善作物品質。

    燃氣式二氧化碳發生器,可以應用于溫室、大棚,有效提高農作物品質、促進早熟、抵御病害、減少農藥使用量等功效。

     

    三、案例展示

    1、運城市臨猗縣國家級有機旱作產業園智慧農業項目

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    2、山西農業大學霍州市馮南垣村特色產業提檔升級示范園區項目 

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