智能温室建设方案
1、智能温室建设的必要性
随着科技的进步，原有农业种植方式已经不能满足社会发展的需要，必须对传统的农业进行技术更新和改造。经过多年的实践，人们总结出一种新的种植方法——温室农业，即“用人工设施控制环境因素,使作物获得最适宜的生长条件,从而延长生产季节,获得最佳的产出”。这种农业生产方式最大的特点是不受环境的限制，可以在任何条件下按照人们事先设计的方式生产，从而可以取得高产、高效的效果。温室农业主要用于瓜果、蔬菜、花卉等农产品的超季节培育，使冬春两季也能生产供应，尤其在寒冷的北方地区，该技术已成为农业发展的一项必需的必然选择。
在北方寒冷地区，温室大棚作为温室农业发展的重要组成部分，它可以在不适宜植物生长的季节为其提供生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等，在农业农村经济发展中也发挥着日趋重要的作用。但是随着经济的发展，过去的传统温室大棚往往只是起到保温的效果，并不能完全满足温室作物对温室环境的需要，因此其产生的产量和品质还是会受到一定的制约。而随着互联网技术的发展，人们将物联网技术应用于传统温室大棚，实现温室种植的高效和精准化管理，智能温室大棚应运而生。
顺应当前农业产业快速发展的需要，智能温室配备了由计算机控制的可移动天窗、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结构对温室内的空气温度、土壤温度、相对湿度、CO2浓度、土壤水份、光照强度、水流量以及PH值、EC值等参数进行实时自动调节检测，创造植物生长的最佳环境，使温室内的环境接近人工设想的理想值，以满足温室作物生长发育的需求。智能温室适用于种苗繁育、高产种植、名贵珍稀花卉培养等场地，以增加温室产品产量，提高劳动生产率。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，不仅推动了我国现代设施农业的改造升级，同时对于农业生产效益的提升也起到了十分明显的效果，可以说是现代高科技成果为规模化生产的现代农业服务的成功案例。
2、智能温室方案
2.1智能温室优势
智能温室通过在温室大棚的内部安装摄像头及控制云台和各类数据传感器，并实时远程获取温室大棚内部的空气温度、湿度、光照强弱、土壤温度和含水量、叶面湿度、露点温度等环境参数及视频图像，通过模型分析，自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备，保证温室大棚内的环境最适宜作物生长，不仅可以有效减轻人员的劳动强度、降低人工成本，更重要的是可以提高农作物的产量，改善农作物的质量，增加种植户的收入水平。
智能大棚温室环境远程监控系统依托传感技术、无线技术、宽带技术、SIP 技术、视频技术、智能控制技术，做到对温室土壤、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、科学养殖提供现代化的手段。智能温室已经成为弥补传统农业弊端的一种新型农业模式，也是促进温室大棚生产向着精细化、智能化方向发展的一种有效途径。它的主要优势有以下几点：（1）种植作物几乎零损失
采用智能温室来进行智慧种植，最明显的优势就是可以保证温室大棚内部保持恒定的环境条件，这对于环境要求比较高的植物来说，能够有效规避由于人为因素而造成生产损失。
（2）迅速提升产量和质量
温室大棚监测控制系统的基本功能就是温室环境的监测和控制，它利用各种传感器建立了与温室作物之间的联系，能够更加明白作物的需求情况，在此基础上，温室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，营造作物最适应的生长环境，促进农作物生产，提高质量和产量。
（3）节本增效
对于具备一定规模的种植企业来说，要持续提升农业种植的效益，不仅需要提升农作物的产量和品质，还需要提高工作效率，降低运营成本。应用智能温室监控系统实现远程控制之后，可以大大提高温室劳动的效率，降低温室生产的人工成本，减轻工作人员的劳动强度。更重要的是应用温室智能控制系统的经济效益是长期的，使用时间越长，那么表示劳动力成本也会越低。
（4）水肥一体化
水肥一体化的最大好处就是节水节肥，同时还能满足作物生长的需要，提高水肥的利用率。温室大棚监测控制系统的控制功能将灌溉与施肥融为一体，通过可控管道系统使主要根系土壤始终保持适宜的含水量和养分，保证了温室作物的健康成长，也能起到增产增效的目的。
2.2智能温室系统组成
使用智能温室可以达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的，主要归功于该系统的以下几个组成部分：
（1）智能温室信息采集模块：实现大棚内环境（包括二氧化碳、光照度、温湿度和土壤参数）的环境信号检测、传输、接收。
（2）智能视频监控模块：实现大棚内的视频监控，同时提供对大棚的视频监控和安防功能。
（3）智能化设备控制模块：结合采集信息，对大棚内集中控制设备，如风机、湿帘、遮阳帘等实现远程手动或自动控制。
（4）智能温室平台管理模块：实现对采集自大棚的各路信息的存储、分析、管理；提供阈值设置功能；提供智能分析、检索、告警功能；提供大棚内视频的展示插件和管理接口；提供平台帐号与权限管理功能；提供驱动大棚控制系统的管理接口。
2.3智能温室产品方案
2.3.1智能温室主体结构
（1）主体框架系统
温室主体主要由钢结构组成，温室主骨架采用国产热镀锌钢管及钢板，顶覆盖材料采用聚碳酸酯中空板。屋面排水采用双端排水，雨槽坡度为0.25%。
（2）内遮阳系统
内遮阳保温系统可从多方面改善温室的生态环境。夏季遮阳幕能反射部分阳光，并使阳光漫射进入温室，均匀照射植物，保护作物免遭强光灼伤，同时使温室温度下降4-6℃；通过选用不同的幕布，可形成不同的遮阳率，满足不同作物对阳光的需求；冬季夜间，内遮阳保温系统可以有效地阻止红外线外逸，减少地面辐射热流失，减少加热能源消耗，大大降低温室运行成本。主要由控制箱及电机、齿条副、传动部分、幕线、幕布构成。
（3）外遮阳系统
外遮阳系统夏季能将多余阳光挡在室外，形成荫凉，保护作物免遭强光灼伤，为作物创造适宜的生长条件。遮阳幕布可满足室内控制湿度及保持适当的热水平，使阳光漫射进入温室种植区域，保持最佳的作物生长环境。主要由外遮阳构架、传动机构、幕线、控制部分、幕布构成。
（4）自然通风系统
自然通风是一种比较经济的通风方式。它是利用温度差来实现温室内外空气交换，达到降低温室内温度和湿度的目的。在没有CO2施肥系统的情况下，还可利用自然通风来达到补充温室内CO2的作用。温室的两侧及屋顶采用手动卷膜开窗,手动卷器带有自锁装置。
顶通风：温室设有顶开窗。
侧通风：湿帘温室后端面安装1.5m高长度大约175米湿帘4组。
（5）配电系统
本系统主要对温室的外遮阳系统所有电气设备进行电气控制，由配电箱、电线等组成。
①配电箱
温室内所有电气设备应经配电箱进行供电与控制，配电箱面板上装有各种指示灯及按纽、开关，标示清楚、准确，安装有序。指示灯、按钮开关等电气产品均选用国优质产品。
②电机装有限位保护装置，要求线位准确。
③控制系统应具有正常的过载过流保护装置。
④电线、电缆的选型和敷设符合国家标准。
2.3.2智能温室控制系统
（1）信息采集模块
在智能大棚系统中，RTU负责各种传感器的接入，周期性的采集传感器数据，然后向上连接数传模块，将采集到的数据通过CDMA网络发送到智能大棚监控业务平台；同时负责接入控制器，实现对风机、天窗等控制设备的远程控制。RTU 部署数量由前端传感器决定，系统前端主要部署五种类型的传感器模块来监测温室内的环境指数：空气温度、空气水分、光照、CO2、土壤水分五种类型的传感器。
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，可以控制蔬菜的吸收与蒸腾、光合与呼吸等重要的生理功能。空气温湿度是影响蔬菜生长的最直观、重要的因素，对空气温湿度的监测可以实时了解蔬菜的基本生产环境，及时采取措施将生长环境调控到最佳状态。
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。光以光强、光质和日照时间的长短对蔬菜产生生态效应。光强太低，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。因此本方案建议通过光照传感器采集温室中的光照度，以为开关遮阳等光照调控方法提供参考。
3）土壤含水量传感器
蔬菜对土壤水分的要求，一般以营养生长初期和果实开始迅速生长期为需水临界期，这时缺水对蔬菜生长结果影响极大。土壤水分过少，吸水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，合成酶的活性受抑制，生长停顿。土壤水分传感器的数量需要根据大棚现场蔬菜的生长环境而定，一般建议一个独立灌溉区部署一个土壤水分传感器。
4）CO2传感器
叶菜类蔬菜的增产效果与光合CO2同化有直接关系，瓜果类蔬菜的增产与CO2的较广泛的生理效应有关。保证温室大棚内的CO2供给是提高蔬菜产量和品质的最基本要求。近几年，大棚CO2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。CO2传感器是进行日常CO2施肥管理的有力依据。
（2）智能控制设备
系统通过控制器与温室现有的控制系统实现对接，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，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。
（3）监控终端
本系统支持多种监控终端的联机监测。可根据业主需求进行选择。
①监控电脑
智能大棚平台的主要使用方式是通过办公电脑登陆智能大棚平台网站，实现对温室环境的传感数据监测和视频监测，并实现对控制设备的远程控制。
②液晶墙
为了便于大棚工作人员和管理人员随时直观的巡查温室内的环境数据，同时方便外来人员参观大棚成果，可以部署一定尺寸的液晶屏，动态显示每一个大棚最新的温湿度等环境参数和大棚现场监控图像。
液晶电视屏使用无特殊要求，只需要有视屏输入即可显示。
③彩色LED屏
为了方便大棚务工人员和管理人员随时直观的巡查温室内的环境数据，本方案建议在基地园区部署一个LED屏，动态显示每一个大棚最新的温湿度等环境
参数和当日天气情况。通过主控中心的上位机用无线方式来更改大棚号和名称。同时也可智能大棚平台监测到的大棚温度湿度等参数实时显示在LED屏上。
④手机
本系统不仅支持固定监控终端监测，还可以集成手机终端实现移动监控。监测内容包括境的传感数据监测和视频监测，并实现对控制设备的远程控制。
3、智能温室平台
智能化建设是利用自动化技术对温室大棚实现实时采集温室内的土壤和空气温度、土壤和空气湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数，以直观的数据、图标或曲线方式显示给用户，并可以根据种植作物的需求提供各种声光报警信息。
智能温室的控制一般有信号采集系统、信息处理系统和控制系统三大部分组成。本系统从功能上分为信号采集系统、控制执行系统和信息处理系统，系统构成图如下。
（1）信号采集系统
该部分主要是各种传感器组成，包括空气温度湿度传感器、土壤温度湿度传感器、二氧化碳传感器、氧浓度传感器、光照强度传感器。由于温室大棚一般面积都比较大，这些传感器在安装时必须考虑到分布问题，在大棚的阳面和阴面都要适当设置传感器，并根据大棚的长度以10～20m距离为单位设置传感器。在选择传感器时要选择抗干扰能力好、传输距离远的传感器。
温室信息采集系统主要由无线传感器节点群、无线汇聚节点和优化控制站部分软件（主要包括无线传感器网络分析与管理软件系统）构成。每个传感器节点负责采集自身周围的环境、土壤和作物生理生态信息，并采用无线自组网多跳路由方式，把采集数据传输到无线汇聚节点。无线汇聚节点对接收的多个节点数据进行融合处理后，通过中长距离无线数传模块，把融合后的数据发送到优化控制站点；同时接收来自优化控制站的控制指令，向WSN 节点或温室无线控制节点转发。基于PC 机的优化控制站集成了无线传感器网络分析与管理软件系统，具有数据存储、查询、网络状态监控、网络拓扑动态显示、采样间隔参数及实时查询
设置等功能，并以图表化方式显示数据处理结果。
（2）信息处理系统
信息处理是整个建设方案的核心部分，主要由上位机和下位机组成。上位机是一台PC 机，主要功能是保存和处理下位传回的数据并进行分析，对下位机做出设置和控制，实现系统监测，完成数据管理和历史数据统计。下位机是单片机或专用的温室大棚控制器，它通过RS485接口与上位机通信，把各种传感器采集的数据(如湿度、温度、光照强度、CO2浓度等)转换成数字信号传给上位机，并根据上位机下传的数据和预先设定的参数，对各种执行系统进行控制，确定各执行系统的运行状态，实现对温室的智能化调控。
信息处理系统的核心是数据综合管理系统，其主要功能有两部分。数据库中保存各种传感器的数据、操作记录、控制记录等，知识库中存放栽培作物的植物属性、日照要求、温湿度要求、CO 和氧气浓度要求等最佳气候参数。一部分功能是用于与下位机的通讯、设置温室环境参数，并把采集的数据存于管理数据库中，实现数据的存储、查询、统计、打印，以备决策系统调用；另一部分为决策系统，功能是根据知识库和采集的数据及时为用户提供各
种作物生长所需要的最佳气候参数，并能自动生成最佳控制方案。
该综合管理系统还应具有不同作物的生长方案，只需提前选择好方案，整个系统就会根据预先设定的参数进行室内调节。在作物的整个生长过程中还应把各传感器传来的数据进行定时保存，并按要求打印，便于以后观察和分析，由此形成一个专家系统。
（3）控制执行系统
该子系统包含内容较多，控制也最复杂，各执行部件把下位机传来的控制信号执行后，再把执行后的状态反馈给下位机，下位机再把这些状态暂存于自己的缓存中，同时上传到上位机，以保证各执行部件能按事先制定的策略完成任务。
智能温室控制执行系统通过无线传输，连接控制室与控制柜，操作控制室内中控台，即可一键式控制温室大棚内的风机、外遮阳、内遮阳、喷滴灌、侧窗、湿帘或大田内的水肥喷灌等，实现远程化管理。
3、智能温室案例