随着设施园艺的迅速发展,智能化温室(通常简称连栋智能温室或者现代温室)随之而生,它是设施农业种的高级类型,拥有综合环境控制系统,利用该系统可以直接调节室内温、光、水、肥、气等诸多因素,可以实现全年高产、稳步精细蔬菜、花卉,经济效益好。
一、什么是智能温室 智能温室也称作自动化温室,是指配备了由计算机控制的可移动天窗、遮阳系统、保温、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,基于农业温室环境的高科技“智能”温室。智能温室的控制一般由信号采集系统、中心计算机、控制系统三大部分组成。
二、智能温室核心控制系统 智能温室的“中枢系统”即智能温室监控系统。它由传感器、自动化控制系统、通讯、计算机技术与专家系统于一体,通过预装多种作物生长所需的适宜环境参数,搭建温室智能化软硬平台,实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳、营养液等因子的自动监测和控制。
温室大棚内温度、湿度、光照强弱以及土壤的温度和含水量等因素,对温室的作物生长起着关键性作用。温室自动化控制系统是以PLC为核心,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。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。是高科技成果为规模化生产的现代农业服务的成功范例。
计算机操作人员根据种植作物所需求的数据及控制参数输入计算机,系统即可实现无人自动操作,计算机采集的各项数据准确的显示、统计,为专家决策提供可靠依据。控制柜设有手动/自动切换开关,必要时可进行手动控制操作。
三、智慧温室控制系统如何工作 智能温室控制系统的使用,可以为植物提供一个理想的生长环境,并能起到减少人的劳动强度、提高设备利用率、改良温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。
简单的说温室控制系统就是依据温室内外装设的温湿度传感器、光照传感器、CO2传感器、室外气象站等采集或观测的信息,通过控制设备(如控制箱、控制器、计算机等)控制驱动/执行机构(如风机系统、开窗系统、灌溉施肥系统等),对温室内的环境气候(如温度、湿度、光照、CO2等)和灌溉施肥进行调节控制以达到栽培作物的生长发育需要。温室自动控制系统分为数字式控制仪控制系统、控制器控制系统和计算机控制系统。
1、计算机控制系统计算机控制系统有两类,一类由控制器控制系统与计算机系统构成,这类系统的控制器可以单独控制,将控制系统的大脑设置在计算机的主机中,计算机需完成监控和数据处理工作,温室管理者可以利用微机进行文字处理及其他工作;另一类计算机作为控制系统的大脑,不能用它从事其他工作。
2、智能温室控制系统根据驱动/执行机构的不同,可细分为开窗控制系统、风机控制系统、拉幕控制系统、风机湿帘水泵控制系统、补光控制系统、灌溉施肥控制系统、CO2施肥控制系统、充气泵控制系统(双层充气膜温室用)等。
3、农场内主要通过这些节点实时采集环境参数,这些数据通过无线网络传到控制柜,进行自动灌溉等控制作业,通过软件也可以实现异地查看和控制并带手机报警功能。
4、采用分布式控制结构,依据分散采集数据。集中操作管理,相对单独的设计思想,综合运用计算机网络通信和模糊控制技术,实现了单个温室的智能控制以及多个温室的联网监控。控制系统可根据温室内温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等参数的变化,按照预先设定的条件对风机、水泵、卷帘机、开窗机、加热、灌溉、二氧化碳发生器等设备进行全自动控制,也可以根据需要实现手动控制。智能温室控制系统具有功能较强、性能较好、配置灵活、安全稳定等优点。
四、环境控制系统工作原理 温室大棚自动化控制系统是根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度等传感器采集到的信息,利用RS485总线将传感器信息送给485转232的转换器,接到上位计算机上进行显示,报警,查询。监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储,然后将其与设定的报警值相比较,若实测值超出设定范围,则通过屏幕显示报警或语音报警,并打印记录。
与此同时,监控中心可向现场控制器发出控制指令,监测仪根据指令控制风机、水泵等设备进行降温除湿等操作,以保证温室内作物的生长环境。监控中心也可以通过报警指令来启动现场监测仪上的声光报警装置,通知温室管理人员采取相应措施来确保温室内的环境正常。
五、物联网技术在智能温室中的应用 实际上,物联网技术是将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用。
在温室环境里,单栋温室可利用物联网技术,成为无线传感器网络一个测量控制区,采用不同的传感器节点和具有简单执行机构的节点,如风机、低压电机、阀门等工作电流偏低的执行机构,构成无线网络,来测量基质湿度、成分、pH值、温度以及空气湿度、气压、光照强度、二氧化碳浓度等,再通过模型分析,自动调控温室环境、控制灌溉和施肥作业,从而获得植物生长的最佳条件。
对于温室成片的农业园区,物联网也可实现自动信息检测与控制。通过配备无线传感节点,每个无线传感节点可监测各类环境参数。通过接收无线传感汇聚节点发来的数据,进行存储、显示和数据管理,可实现所有基地测试点信息的获取、管理和分析处理,并以直观的图表和曲线方式显示给各个温室的用户,同时根据种植植物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息,实现温室集约化、网络化远程管理。
随着物联网技术普及应用,普通用户可以通过计算机或手机随时接收各种实时采集的精确传感器数据,还可以通过遥控温室内的视频传感器,观察温室的全面情况。产品出库后,可以由对应的条形码,随时检索到其流通过程。业界普遍认为,物联网农业智能监控系统将在设施农业中得到更广泛应用。
六、农业生产经营体制创新,加速智能温室普及应用 面对农村劳动力大量外流的现状,国家颁布一号文件提倡创新农业生产经营体制,发展田园综合体、休闲农业园区、现代科技示范园,种植大户、新型农民合作组织,支持龙头企业通过兼并、重组、收购、控股等方式组建大型企业集团。
创建农业产业化示范基地,促进龙头企业集群发展。推动龙头企业与农户建立紧密型利益联结机制,采取保底收购、股份分红、利润返还等方式,让农户更多分享加工销售收益。鼓励和引导城市工商资本到农村发展适合企业化经营的种养业。增加扶持农业产业化资金,支持龙头企业建设原料基地、节能减排、培育品牌。
不难看出,田园综合体、休闲农业园区、现代科技示范园,必将加速智能温室这种先进技术在农业方面的推广应用。因为这些新的农业经济体有资金、有技术、有人才,有能力利用智能温室新技术提升土地的单位产出值,实现园区的效益最大化。
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