智慧农业项目方案： 种植大棚数字化改造提升

对种植大棚进行数字化改造提升，进行设备多方位的智能化升级，主要包含设施环境采集系统、设施图像监控系统、设施智能补光系统、设施绿色防控系统、设施智能化控制系统。实现对大棚的环境信息，温度信息的实时采集，生产过程的数字化管理，同时实现对大棚的智能化控制，提高温室大棚的数字化生产和管理能力的提升。

1. 环境采集系统

在种植大棚建设环境采集系统，配置无线空气温湿度传感器、无线光照强度传感器和无线二氧化碳传感器，实现环境数据的采集、分类、分时管理和维护，支持对不同数据类型的模块化维护，监测模块主要负责采集种植生产环境信息，包括：土壤盐分、土壤温湿度、空气温/湿度、光照强度传感器、二氧化碳传感器等诸多环境信息，上传至服务器并控制相关设备。墒情信息可以实时直观展现在行政区划地图上，方便管理人员通过列表、图表的方式查看详细墒情信息，也可以定时将采集到的各种数据通过无线网络发送到监测平台上，方便指导农业生产并有效形成气象灾害预警，以便及时采取措施，降低灾害损失。

1.1 无线空气温湿度传感器

• 传感器主要芯片采用进口，含采集器常供电，主机防潮。
• 无线传输，空旷无线传输距离大于 800m，可扫描二维码读取数据。本传感器可与本系统平台对接。
• 采集器结构：为保证在恶劣环境中使用，采集器除传感器位置外，不出现壳体开孔情况，采用非接触式磁铁开关。
• 工作电压：常供电
• 工作温度范围：-5℃~70℃
• 工作湿度范围：<99.9%

1.2 无线光照强度传感器

• 传感器主要芯片采用进口，含采集器常供电，主机防潮。
• 无线传输，空旷无线传输距离大于 800m，可扫描二维码读取数据。本传感器可与本系统平台对接。
• 采集器结构：为保证在恶劣环境中使用，采集器除传感器位置外，不出现壳体开孔情况，采用非接触式磁铁开关。
• 工作电压：常供电
• 范围：0-200000Lux、精度：±20Lux、分辨率：1Lux；
• 重量：200g；工作温度：-20~80°C；接口：Wireless433M
• 电压型：0~5VDC、电流型：4~20mA；
• 测量稳定时间：2 秒、响应时间：＜1 秒。

1.3 无线二氧化碳传感器

• 传感器主要芯片采用进口，含采集器常供电，主机防潮。
• 无线传输，空旷无线传输距离大于 800m，可扫描二维码读取数据。本传感器可与本系统平台对接。
• 采集器结构：为保证在恶劣环境中使用，采集器除传感器位置外，不出现壳体开孔情况，采用非接触式磁铁开关。
• 工作电压：常供电
• 范围：0~2000ppm 或 0~5000ppm；
• 精度：±（50ppm+测量值×3%）；
• 分辨率：1ppm。

1.4 土壤温湿盐传感器

• 传感器主要芯片采用进口，含采集器常供电，主机防潮。
• 内置 GPS 模块，实时采集 GPS 信息，设备信息上传到本系统地图中。
• 为保证在恶劣环境中使用，采集器除传感器位置外，不得出现壳体开孔情况，须采用非接触式磁铁开关。
• 土壤水分量程：0-100%，分辨率 0.1%，准确度±2%
• 土壤温度量程：-20℃-100℃ 精确度±0.5℃ 分辨率 0.1℃
• 土壤盐分量程：0-23ms/Cm，分辨率：0.01ms/Cm，精度：±2％

2. 图像监控系统

在种植大棚建设图像采集系统，包括球机监控和枪机监控，进行大棚全方位监测，采集现场作物生长情况和农事情况等，实现图像数据的采集、分类、分时管理和维护，支持对不同数据类型的模块化维护，图像监测模块通过可视化监控设备，实时采集现场作物生长情况，通过高清视频了解作物的生长态势来判断作物的整体发育与生长是否良好，并且提供定时拍照功能，将每个特定时期的作物长势图片拍照并上传至数据中心，以备后期的作物长势分析提供依据。

该系统由高清摄像头、网络型视频服务器组成，摄像头通过光纤与服务器进行通讯，保证视频传输质量与稳定；网络型视频服务器用于转换和传输视频信号；用户通过 Web 端和 APP 端即可远程获取监控影像，支持对摄像头的远程控制。

3. 智能化补光系统

在种植大棚中建设补光系统，充足的光照时间是保证植物健康、快速成长的重要因素。对于阴天大棚内光线阴暗或冬季日照时间不足的情况，适当增加辅助照明，弥补光照度的不足。通过自动控制系统中的照度自动调节室内光照，保证充足的光照时间。将农作物的光线强度调节到最适宜的生产环境。

4. 水肥药综合管理系统

在种植大棚中建设设施水肥药综合管理系统，灌溉方式可采用滴灌或喷灌方式，同时考虑种植温室大棚园区内水质碱度问题，进行水池和首部建设。智能灌溉系统由水肥一体化灌溉设备，农业环境感知设备，一体化管理平台，以及配套的通信设备，手机 APP 端等软硬件构成。整套系统实现了自动感知，自动上传，自动分析，自动管理等功能，是物联网技术与农业管理的完美结合。

以控制单元为核心，结合传感监测、微处理器等现代信息技术的高性能、自动化的精量灌溉施肥机具。一套完整的水肥一体化系统可细分为注肥系统、混肥系统、控制系统、检测系统、管道系统。注肥系统将肥料吸入混肥系统内，混合均匀后注入灌溉管道中，通过 EC、PH、流量、压力调控以达到更好的施肥效果。

水肥一体化系统通过精准灌溉，减少了水分的下渗和蒸发，有效控制了土壤湿度，在很大程度上抑制了土传病害传播和杂草生长，减少了农药的使用和防治病害的人力投入。

5. 设施绿色防控系统

在种植大棚内布设大棚杀虫灯，大棚杀虫灯是专门用于诱杀温室大棚和农场害虫的杀虫灯。利用昆虫的趋光趋色性，采用光和色诱两种方式诱杀昆虫。光控功能可最大限度的根据天气变化情况开光灯以诱虫并对害虫进行捕杀。

6. 智能化控制系统

在种植大棚内建设智慧化控制系统，实现农场管理人员在办公室就能对大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。温室控制设备包括外遮阳、风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备，测控系统由平板电脑、测控模块、各种传感器、电磁阀、配电控制柜及安装附件组成，通过无线 WIFI 或 GPRS 模块与综合控制中心连接。通过传感器检测空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度及二氧化碳等参数，构建测控点实现日光温室环境获取、自动灌溉、自动控制等功能，提高设施生产自动化、智能化程度，具有很好的示范展示效果。

（一）温度自动调节系统

温度自动调节系统采用了计算机技术和最先进的数字温度传感器技术，克服了传统模拟式温度传感器（如热敏电阻、铂电阻等）的不稳定、误差大、容易受干扰、需要定期校准等严重缺陷，测量数据稳定，精度高，抗干扰能力强。

温度自动调节系统的原理：当发现某个空气温度传感器监测到环境内温度超过系统预设的适合作物的温度阀值时，控制系统会自动启动相对应的风机和天窗进行排风，同时也会启动湿帘给温室降温，直至温室温度值达到预设的区间，同时发送预警信息和自启动信息。通过室内、外的温度对比，当室内温度高于室外温度时，启动风机进行空气交换，对室内降温；当室内湿度高于室外湿度且湿度较大时，启动风机通风排湿，营造舒适的温湿度环境。

（二）光照强度调节系统

在建设的温室大棚内布置光照强度传感器，分别对应管理环境的外遮阳系统和补光灯系统，只要光照传感器监测的数据与系统内设的数据发生了偏差，系统会自动启动遮阳或补光灯系统进行干预调节，直到棚内光照满足作物所需，同时发送预警信息和自启动信息。

7. 生理生态系统

通过作物生长变化、茎杆微变化、叶片湿度、叶片温度等各种植物生理传感器来获取植物的生长信息，诊断它们的生长状态，分析其营养信息，研究其病变、老化、枯死、生长变异等生理生态规律。提升整体植物栽培的有效管理、生长障碍的防治、分析环境的影响、促进作物生产按需管理、提升农业生产效能具有重要意义。技术参数如下：

7.1 无线作物茎秆微变化传感器

1. 传感器主要芯片采用进口，含采集器常供电，主机防潮。
2. 空旷无线传输距离大于 800 米，可扫描二维码读取数据。本传感器可与系统平台对接。
3. 采集器结构：为保证在恶劣环境中使用，采集器除传感器位置外，不出现壳体开孔情况，采用非接触式磁铁开关。
4. 测量范围：0–5mm；
5. 适用的茎杆直径：4 到 25mm；
6. 分辩率：±0.001mm；
7. 工作电压：10-30VDC；
8. 尺寸大小：90×30×25mm。

7.2 无线叶面温度传感器

1. 无线传输，传感器主要芯片采用进口，含采集器常供电，主机防潮。
2. 无线传输，空旷无线传输距离大于 800 米，可扫描二维码读取数据。本传感器可与系统平台对接。
3. 采集器结构：为保证在恶劣环境中使用，采集器除传感器位置外，不出现壳体开孔情况，采用非接触式磁铁开关。
4. 工作电压：常供电；
5. 测量范围：0~100℃；
6. 输出电流：4~20mA；
7. 精度：±0.2%；
8. 内置电源或外接 220VAC；
9. 传感器直接夹在叶片上，不影响叶片生长，重量 10g。

8. 土壤重金属检测设备

土壤重金属检测仪用于测定大田土壤、沙粒、污泥、固体废弃物、泥土、泥浆中的重金属元素，如：钾、钙、钛、钒、铬等 34 种标准元素，仪器使用简易且响应快、效率高，可直接对土壤进行测定，测定数据实时分析。仪器便捷携带，配置电池。存储内存达 32G，耗电量小，可实现全天工作。

9. 土壤养分速测设备

土壤养分速测仪可测定作物生长所需的微量元素如：铵态氮、速效磷、有效钾、有机质、PH、盐分，使用仪器时需对土壤进行采样。数据远程传输至计算机中。

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为充分发挥大田的整体效益，深化传感器、大数据、智能识别等先进成熟技术的应用，围绕农作物生长状态及关键影响因素的监测，开展大田四情监测点建设，在大田中（大棚外）建设虫情测报系统、气象监测系统。

10. 智能虫情测报系统

智能虫情测报灯是新一代图像式虫情测报工具，内置 2000W 像素工业级高清摄像头，实时采集虫情照片并可上传至云平台进行自动识别计数，对虫害的发生进行分析和预测。可实现无人监管。设有防雨百叶及大雨棚，内置虫雨分离功能，晴雨天均可工作。

11. 综合气象监测系统

气象监测系统利用各种高科技手段，通过研究环境气象条件与农业生产的相互关系，预测环境气象条件的演变趋势，估算其对农业生产的影响，对复杂多变的农业气象环境和农业生产过程进行动态、准确的监测。本项目拟通过农业气象监测站的建设，构建农田气象监测网络，为农事生产、灾害防御提供决策依据，实现种植区均产量的最大化。

气象监测站可实时采集空气中温湿度、光照强度、风速风向、降雨量等农业气象参数，自带数据管理云平台，可通过网页查看数据。

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本文来源于一个真实的项目案例，系我国某农业大省某农牧基地的建设方案，原方案生产厂商为浙江托普云农，方案提供下载，见智慧农业项目方案：项目背景及建设目标。