一、智能溫室系統(tǒng)介紹

農(nóng)業(yè)智能溫室環(huán)境監(jiān)測及設(shè)備控制管理系統(tǒng)是結(jié)合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化大趨勢，將多年來在環(huán)境監(jiān)測技術(shù)上的技術(shù)積累與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相結(jié)合，而專門為實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供的技術(shù)方案。智能溫室系統(tǒng)是將環(huán)境要素監(jiān)測、設(shè)備控制、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用集于一體的面向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的自動化系統(tǒng)。整套系統(tǒng)采用多項先進(jìn)技術(shù)，如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算等。系統(tǒng)通過采集溫室內(nèi)空氣溫度、濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照、二氧化碳等環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)農(nóng)作物生長需要進(jìn)行智能控制，自動打開或者關(guān)閉指定的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備，種植企業(yè)或種植戶可通過互聯(lián)網(wǎng)隨時了解溫室的環(huán)境信息及完成遠(yuǎn)程控制。

通過該系統(tǒng)，可以為農(nóng)業(yè)生態(tài)信息自動監(jiān)控及對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行自動控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)和有效手段，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收目標(biāo)的實現(xiàn)提供現(xiàn)代化技術(shù)保障。該系統(tǒng)除完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)測和現(xiàn)場控制外，還可將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)睫r(nóng)業(yè)主管部門，可在省或地區(qū)級農(nóng)業(yè)部門形成全區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)溫室生態(tài)狀況監(jiān)測。

二、系統(tǒng)構(gòu)成

整個智能溫室系統(tǒng)由溫室生態(tài)信息監(jiān)測與控制系統(tǒng)、企業(yè)級數(shù)據(jù)收集與控制中心、省市級區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)控制中心三個子系統(tǒng)構(gòu)成。

溫室生態(tài)信息監(jiān)測與控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的硬件核心，其安裝在農(nóng)業(yè)種植企業(yè)或種植戶的溫室內(nèi)，一個種植企業(yè)可在所屬的每個溫室內(nèi)安裝一套，并建立企業(yè)級的數(shù)據(jù)收集與控制中心，完成對所屬所有溫室環(huán)境要素的監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制。溫室生態(tài)信息監(jiān)測與控制系統(tǒng)也可通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)直接上報給省市級區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)控制中心，以完成更高級別上的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、模型分析、氣象預(yù)警、氣象為農(nóng)服務(wù)等更高級別的統(tǒng)籌功能。

三、溫室生態(tài)信息監(jiān)測與控制系統(tǒng)

溫室生態(tài)信息監(jiān)測與控制系統(tǒng)主要完成溫室內(nèi)環(huán)境要素監(jiān)測、圖像監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通訊、伺服控制等五大功能。硬件上分別由采集模塊（C）、圖像模塊（R）、主控模塊（M）、伺服模塊（S）、通訊模塊（T）完成對應(yīng)功能。

采集模塊（C）主要完成溫室內(nèi)環(huán)境要素數(shù)據(jù)的采集，主要包括空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照、二氧化碳等與作物生長密切相關(guān)的要素，一個溫室監(jiān)測系統(tǒng)可包含多個采集模塊，采集模塊將數(shù)據(jù)通過zigbee或RS-485總線傳輸給主控模塊。

主控模塊（M）負(fù)責(zé)收集實時環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)及接收圖像數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)查詢、后續(xù)數(shù)據(jù)分析及決策，對溫室內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行管理操控，如控制照明、加熱、通風(fēng)、灌溉設(shè)備。

伺服模塊（S）主要是完成對現(xiàn)場溫室中的各種設(shè)備進(jìn)行管理控制，可控制包括照明、加熱、澆灌、通風(fēng)、卷簾等設(shè)備，其與主控模塊通過485總線連接，通過內(nèi)置的CPU接收主控模塊發(fā)來的控制指令，按照控制指令完成四路強電設(shè)備的開關(guān)控制，并監(jiān)測控制設(shè)備的執(zhí)行狀態(tài)，將控制指令執(zhí)行情況上報給主控模塊。

圖像模塊（R）主要完成溫室內(nèi)圖像數(shù)據(jù)的采集，其與通訊模塊（T）一般是集成在一起；通訊模塊（T）可采取zigbee、GPRS、3G幾種方式與遠(yuǎn)程中心鏈接，如果需要圖像傳輸，由于通訊帶寬的限制只能采取3G通訊方式。通訊模塊的選擇可以根據(jù)實際應(yīng)用靈活配置，如果有企業(yè)級監(jiān)控中心，各個溫室系統(tǒng)可通過zigbee網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到企業(yè)中心，也可通過2G、3G廣域網(wǎng)絡(luò)直接將數(shù)據(jù)上報到省市級區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)控制中心。

四、企業(yè)級數(shù)據(jù)收集與控制中心

企業(yè)中心負(fù)責(zé)接收企業(yè)所屬各個溫室的監(jiān)測數(shù)據(jù)，收集實時環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)及接收圖像數(shù)據(jù)；并提供數(shù)據(jù)查詢、后續(xù)數(shù)據(jù)分析及決策；根據(jù)測量數(shù)據(jù)對溫室內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行管理操控，如控制照明、加熱、通風(fēng)、灌溉設(shè)備；通過多種方式分發(fā)溫室監(jiān)測數(shù)據(jù)及提供實時圖像監(jiān)控，客戶可通過多種手段如電腦網(wǎng)頁、手機APP、平板電腦APP等方式來獲取數(shù)據(jù)。企業(yè)中心也可通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上報給省市級區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)控制中心。

五、省市級區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)控制中心

省市級區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)控制中心可以為區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)主管部門獲取區(qū)域內(nèi)各農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單位的生產(chǎn)狀態(tài)提供數(shù)據(jù)支持、從而為區(qū)域主管部門為各生產(chǎn)單位提供包括：作業(yè)指導(dǎo)、氣象預(yù)警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、模型分析、氣象預(yù)警、氣象為農(nóng)服務(wù)等更高級別的統(tǒng)籌功能。

六、關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

A.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

溫室內(nèi)觀測設(shè)備采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可實現(xiàn)多達(dá)幾百個節(jié)點的組網(wǎng)觀測，觀測范圍可覆蓋上百個溫室；同時系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計，可通過蓄電池+太陽能充電方式進(jìn)行供電，無需市電，解決了在農(nóng)田溫室里的走線問題。

B.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)  

采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使用戶能夠在任何時間任何地點通過手機、電腦等方式訪問系統(tǒng)，了解系統(tǒng)運行狀態(tài)，查看實時環(huán)境數(shù)據(jù)及圖像數(shù)據(jù)，并能遠(yuǎn)程操作灌溉、通風(fēng)等設(shè)備。

C.云計算技術(shù)

采用云技術(shù)，將服務(wù)器中心放在網(wǎng)絡(luò)云端，可大大降低系統(tǒng)成本，節(jié)約用戶開支，用戶不需要部署系統(tǒng)運行所需的軟硬件環(huán)境。

D.模塊化設(shè)計

各觀測單元獨立，可通過靈活的加減配置，實現(xiàn)大規(guī)模集群觀測。

應(yīng)用案例

武清設(shè)施農(nóng)業(yè)基地溫室監(jiān)測項目--智能園區(qū)模式

在天津?qū)幒愚r(nóng)科院基地部署了溫室衛(wèi)士，構(gòu)建了一個園區(qū)觀測系統(tǒng)，能夠?qū)�空氣溫濕度、土壤溫度、土壤水分、光照強度、二氧化碳濃度進(jìn)行監(jiān)控。12套設(shè)備通過無線方式組建觀測網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)上傳到中心站。

 運行狀況：目前系統(tǒng)運行穩(wěn)定，無線網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定可靠，滿足客戶需求。

單點視頻及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

該系統(tǒng)產(chǎn)品可以完成農(nóng)業(yè)溫室內(nèi)現(xiàn)場氣象要素采集和視頻、圖像數(shù)據(jù)采集，滿足用戶的實景觀測需求。氣象要素數(shù)據(jù)和圖片視頻數(shù)據(jù)可直接通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)绞〖壴O(shè)施農(nóng)業(yè)氣象為農(nóng)服務(wù)中心。

西青、寧河育苗溫室采集與光熱控制系統(tǒng)

我們在天津西青、寧河育苗溫室各部署了一套CAWS2000溫室環(huán)境要素監(jiān)測與加熱補光控制系統(tǒng)，根據(jù)溫室內(nèi)環(huán)境要素的變化，按照預(yù)設(shè)的控制算法進(jìn)行溫度、光照控制，以保證育苗生產(chǎn)的順利進(jìn)行。