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物聯網助力農業“智慧溫室” 大棚變身智能工廠

我國設施農業溫室大棚建設中,還存在著網絡化程度低,運行管理落後以及環境調控水平有待進壹步提升等諸多方面的問題,制約了設施農業溫室大棚整體生產效率的提高。為了解決設施農業溫室大棚生產中所存在的壹系列問題,本文基於物聯網技術,探討物聯網技術在設施農業溫室大棚中的應用設計,並研發壹種設施農業溫室大棚智能控制系統。希望本研究能夠推動設施農業溫室大棚的科學管理,推動農業溫室大棚朝向科學化、網絡化、智能化、自動化方向發展。

從總體上來看,互聯網是新壹代信息技術,物聯網融合了互聯網、傳感網、傳感元件和智能信息處理相關方面的內容。物聯網最初源於網絡化無線射頻識別系統,隨後,慢慢發展成熟。截止到今日,學術界尚未對物聯網的概念達成統壹的***識,專家學者們對物聯網的定義眾說紛紜。我們普遍認可的壹種說法是物聯網是壹種基於有線和無線通信方式,通過傳感器、衛星定位、射頻識別等采集物體信息,並把這些信息上傳至互聯網,實現對現實生活中物品的精準定位識別以及監控和管理。物聯網技術在農業生產中的廣泛應用主要體現於農業服務、農業管理和農業生產經營等環節,從物聯網技術特點角度,可以把物聯網技術分成傳輸層、感知層和應用層。每壹個技術層都發揮著各自的功能,其中,第壹,感知層。感知層常作為農業物聯網的基礎,為應用層和傳輸層提供了更加可靠的數據支撐,具體來講,感知層通過衛星定位、遙感技術、智能傳感器等來全面采集日常生活中的物品信息,如農作物長勢信息、土壤信息、環境信息、產品物流信息等。第二,傳輸層。農業物聯網中間環節傳輸層利用互聯網、移動通信網、局域網等來實現對感知層采集物體數據信息的傳輸,把數據安全穩定地傳輸至應用層。同樣的,對於應用層處理後的數據,也經過傳輸層來回饋至感知層設備終端,為農業生產提供指導。第三,應用層。應用層可以說是整個農業物聯網的頂層環節,具體包括農產品追溯領域、大田種植領域、設施養殖領域、設施園藝領域、農產品物流領域等。在應用層,實現了數據融合、數據管理、數據預警、智能控制、診斷推理等,助推農業生產過程更加智能化、高效化、集約化的實現。

設施農業溫室大棚環境參數及特點從總體上來看,園藝作物能否得到 健康 生長,壹方面取決於自身的遺傳特性,另壹方面就與所生長的環境息息相關。環境因子主要包括溫度、濕度、光照、氣體因子等,在溫室大棚內部,通過控制各項環境因子在適宜的水平,能夠有效地提高農作物的質量與產量。

第壹,溫度。溫度是影響園藝作物呼吸作用和光合作用的重要因素,每壹種農作物生長都有適宜的溫度範圍,並滿足“三基點”要求。“三基點”具體包括溫度下限、溫度上限以及最適生長溫度,例如:對於光合作用而言,農作物最適宜生長溫度範圍在20℃~25℃;對於呼吸作用而言,農作物最適宜的呼吸溫度範圍在36℃~40℃。需要強調的是,對於設施農業溫室大棚的環境,也應該保持壹定的晝夜溫差。那麽,如何調控設施農業大棚溫度呢?壹般情況下,我們主要采用電熱采暖、熱風采暖、熱水采暖3種方式進行加溫,我們廠采用水分蒸發、遮陽、通風的方式進行環境的降溫。在必要的情況下,由於溫度和濕度之間存在著壹定的關聯性,升溫和降溫都會引發溫室大棚內部濕度的改變,我們還要考慮到濕度改變對農作物生長的影響。

第二,濕度。濕度可以說是影響農作物生長的最重要的環境因子,壹般情況下,農作物的含水量為60%~80%,而農作物的生理過程幾乎都離不開水分的參與,如蒸騰作用、呼吸作用、光合作用。對於設施農業溫室大棚而言,其內部環境的濕度是由土壤濕度和空氣濕度***同決定的。溫室大棚本身是密閉的微環境,我們常常對其進行降濕處理,壹般情況下,我們可以采用通風的方式來去除空氣中多余的水分,也可以采用壹定的吸附材料來降低空氣的濕度。第三,光照強度。植物的光合作用離不開光照,並且光合作用的速率也隨著光照強度的改變而發生變化,眾所周知,對於農作物而言,每壹種農作物都對應壹個光飽和點。低於這個光飽和點,農作物的生長受到限制,而高於這個光飽和點,即便是光照強度加大,農作物光合作用也不再加快。大多數的農作物最適光照強度範圍是8000~12000lux,而我們常常采用遮光和補光操作的辦法,能讓農作物盡可能在最適光照強度範圍內生長。利用人工光源,人為地延長光照時間或者提高光照強度進行補光操作,利用遮陽網來進行遮光操作。

設施農業溫室大棚智能控制系統設計依據各項溫室大棚環境參數,本文設計的物聯網體系架構包括感知層、傳輸層和應用層,以以太網接入局域網絡,實現了對溫室大棚的自動化、智能化、科學化控制,大大提高了農業生產的效率。

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