一、智能溫室系統介紹

農業智能溫室環境監測及設備控制管理系統是結合農業現代化大趨勢，將多年來在環境監測技術上的技術積累與農業物聯網應用相結合，而專門為實現現代農業提供的技術方案。智能溫室系統是將環境要素監測、設備控制、網絡化應用集于一體的面向現代農業的自動化系統。整套系統采用多項先進技術，如無線傳感器網絡、物聯網技術、云計算等。系統通過采集溫室內空氣溫度、濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照、二氧化碳等環境參數，并根據農作物生長需要進行智能控制，自動打開或者關閉指定的環境調節設備，種植企業或種植戶可通過互聯網隨時了解溫室的環境信息及完成遠程控制。

通過該系統，可以為農業生態信息自動監控及對農業生產設施進行自動控制和智能化管理提供科學依據和有效手段，為現代農業增產增收目標的實現提供現代化技術保障。該系統除完成現場數據監測和現場控制外，還可將監測數據通過互聯網絡傳輸到農業主管部門，可在省或地區級農業部門形成全區域內的農業溫室生態狀況監測。

二、系統構成

整個智能溫室系統由溫室生態信息監測與控制系統、企業級數據收集與控制中心、省市級區域農業生產狀態控制中心三個子系統構成。

溫室生態信息監測與控制系統是整個系統的硬件核心，其安裝在農業種植企業或種植戶的溫室內，一個種植企業可在所屬的每個溫室內安裝一套，并建立企業級的數據收集與控制中心，完成對所屬所有溫室環境要素的監視和遠程控制。溫室生態信息監測與控制系統也可通過遠程網絡將數據直接上報給省市級區域農業生產狀態控制中心，以完成更高級別上的數據統計、模型分析、氣象預警、氣象為農服務等更高級別的統籌功能。

三、溫室生態信息監測與控制系統

溫室生態信息監測與控制系統主要完成溫室內環境要素監測、圖像監測、數據處理、數據通訊、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）完成對應功能。

采集模塊（C）主要完成溫室內環境要素數據的采集，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的要素，一個溫室監測系統可包含多個采集模塊，采集模塊將數據通過zigbee或RS-485總線傳輸給主控模塊。

主控模塊（M）負責收集實時環境監控數據及接收圖像數據，并提供數據查詢、后續數據分析及決策，對溫室內的設備進行管理操控，如控制照明、加熱、通風、灌溉設備。

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

圖像模塊（R）主要完成溫室內圖像數據的采集，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實際應用靈活配置，如果有企業級監控中心，各個溫室系統可通過zigbee網絡將數據發送到企業中心，也可通過2G、3G廣域網絡直接將數據上報到省市級區域農業生產狀態控制中心。

四、企業級數據收集與控制中心

企業中心負責接收企業所屬各個溫室的監測數據，收集實時環境監控數據及接收圖像數據；并提供數據查詢、后續數據分析及決策；根據測量數據對溫室內的設備進行管理操控，如控制照明、加熱、通風、灌溉設備；通過多種方式分發溫室監測數據及提供實時圖像監控，客戶可通過多種手段如電腦網頁、手機APP、平板電腦APP等方式來獲取數據。企業中心也可通過互聯網絡將數據上報給省市級區域農業生產狀態控制中心。

五、省市級區域農業生產狀態控制中心

省市級區域農業生產狀態控制中心可以為區域內農業主管部門獲取區域內各農業生產單位的生產狀態提供數據支持、從而為區域主管部門為各生產單位提供包括：作業指導、氣象預警、數據統計、模型分析、氣象預警、氣象為農服務等更高級別的統籌功能。

六、關鍵技術應用

A.無線傳感器網絡技術

溫室內觀測設備采用無線傳感器網絡技術，一個網絡內可實現多達幾百個節點的組網觀測，觀測范圍可覆蓋上百個溫室；同時系統采用低功耗設計，可通過蓄電池+太陽能充電方式進行供電，無需市電，解決了在農田溫室里的走線問題。

B.物聯網技術  

采用物聯網技術，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，了解系統運行狀態，查看實時環境數據及圖像數據，并能遠程操作灌溉、通風等設備。

C.云計算技術

采用云技術，將服務器中心放在網絡云端，可大大降低系統成本，節約用戶開支，用戶不需要部署系統運行所需的軟硬件環境。

D.模塊化設計

各觀測單元獨立，可通過靈活的加減配置，實現大規模集群觀測。

應用案例

武清設施農業基地溫室監測項目--智能園區模式

在天津寧河農科院基地部署了溫室衛士，構建了一個園區觀測系統，能夠對空氣溫濕度、土壤溫度、土壤水分、光照強度、二氧化碳濃度進行監控。12套設備通過無線方式組建觀測網絡，數據上傳到中心站。

 運行狀況：目前系統運行穩定，無線網絡運行穩定可靠，滿足客戶需求。

單點視頻及數據采集系統

該系統產品可以完成農業溫室內現場氣象要素采集和視頻、圖像數據采集，滿足用戶的實景觀測需求。氣象要素數據和圖片視頻數據可直接通過3G網絡傳輸到省級設施農業氣象為農服務中心。

西青、寧河育苗溫室采集與光熱控制系統

我們在天津西青、寧河育苗溫室各部署了一套CAWS2000溫室環境要素監測與加熱補光控制系統，根據溫室內環境要素的變化，按照預設的控制算法進行溫度、光照控制，以保證育苗生產的順利進行。