在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型背景下，傳統(tǒng)大棚種植面臨 “環(huán)境調(diào)控難、人力成本高、資源浪費(fèi)大” 等痛點(diǎn)。智能農(nóng)業(yè)大棚控制系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、云平臺(tái)等技術(shù)，構(gòu)建 “感知 - 決策 - 執(zhí)行” 全閉環(huán)管控體系，實(shí)現(xiàn)溫濕度、光照、水肥等環(huán)境因素的精準(zhǔn)調(diào)控，讓種植從 “經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)” 轉(zhuǎn)向 “數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”，適配番茄、黃瓜、生菜等各類(lèi)作物種植需求。

一、方案核心需求分析

1.種植端核心痛點(diǎn)

環(huán)境調(diào)控精準(zhǔn)度低：傳統(tǒng)依賴人工觀察，溫濕度、光照等參數(shù)誤差大，導(dǎo)致作物病蟲(chóng)害頻發(fā)、產(chǎn)量波動(dòng);

人力成本高企：1 名農(nóng)戶僅能管理 2-3 個(gè)大棚，灌溉、通風(fēng)、卷簾等操作需 24 小時(shí)輪班，人工成本占比超 25%;

資源浪費(fèi)嚴(yán)重：漫灌澆水導(dǎo)致水資源利用率不足 60%，盲目施肥造成土壤板結(jié)，能耗浪費(fèi)超 30%;

管理效率低下：分散大棚難以集中管控，故障響應(yīng)滯后，極端天氣易造成不可逆損失。

2.方案核心目標(biāo)

精準(zhǔn)調(diào)控：環(huán)境參數(shù)控制精度達(dá) ±0.5℃(溫度)、±3%(濕度)，水肥按需供給;

降本增效：1 人管理 10-15 個(gè)大棚，人力成本降低 70%，節(jié)水 30%-50%，節(jié)電 18%-25%;

提質(zhì)增收：作物產(chǎn)量提升 10%-25%，優(yōu)質(zhì)品率提升 20%-30%，減少病蟲(chóng)害損失;

便捷管理：支持手機(jī) / 電腦遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)控，故障實(shí)時(shí)預(yù)警，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)值守。

二、系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用 “感知層 - 傳輸層 - 平臺(tái)層 - 執(zhí)行層” 四層架構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，支持靈活擴(kuò)展，適配溫室大棚、日光大棚等多種場(chǎng)景：

1.感知層：環(huán)境與作物數(shù)據(jù)采集

作為系統(tǒng) “神經(jīng)末梢”，負(fù)責(zé)采集大棚內(nèi)關(guān)鍵參數(shù)，為調(diào)控決策提供數(shù)據(jù)支撐：

溫濕度傳感器:監(jiān)測(cè)空氣溫度、濕度，溫度 ±0.5℃，濕度 ±3%，觸發(fā)通風(fēng)、加濕、保溫動(dòng)作;

土壤墑情傳感器：土壤含水量、EC 值，傳感器插入到作物根系區(qū)(20-30cm)，輔助精準(zhǔn)控制灌溉量;

光照傳感器：獲取光照強(qiáng)度信息，±5% FS(0-20 萬(wàn) lux)，棚頂中部無(wú)遮擋處，控制補(bǔ)光燈、遮陽(yáng)網(wǎng);

CO?傳感器：采集二氧化碳濃度，監(jiān)測(cè)精度為±50ppm(0-5000ppm)，大棚中部通風(fēng)處，聯(lián)動(dòng) CO?發(fā)生器，提升光合效率;

網(wǎng)絡(luò)攝像頭(可選)：監(jiān)測(cè)棚內(nèi)高點(diǎn)全景覆蓋，可視化監(jiān)測(cè)作物狀態(tài);

2.傳輸層：穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸通道

支持采用 LoRa+4G/5G 雙傳輸模式，適配大棚分散、遠(yuǎn)距離、高濕環(huán)境，確保環(huán)境數(shù)據(jù)、控制指令傳輸安全，避免篡改。

3.平臺(tái)層：智能決策核心

云平臺(tái)是系統(tǒng) “大腦”，支持多終端訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、智能決策、遠(yuǎn)程控制等功能：

數(shù)據(jù)可視化管理：實(shí)時(shí)顯示大棚內(nèi)溫濕度、土壤墑情、光照等參數(shù)，用 “綠(適宜)、黃(預(yù)警)、紅(緊急)” 三色標(biāo)注狀態(tài);

數(shù)據(jù)管理：歷史數(shù)據(jù)可追溯 3-12 個(gè)月，生成日 / 周 / 月趨勢(shì)報(bào)表，支持導(dǎo)出分析;

遠(yuǎn)程控制功能：

手動(dòng)控制：手機(jī) APP / 電腦端一鍵啟停風(fēng)機(jī)、濕簾、補(bǔ)光燈、灌溉泵等設(shè)備;

自動(dòng)控制：根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)自動(dòng)執(zhí)行調(diào)控動(dòng)作，支持 “場(chǎng)景模式” 一鍵切換(如 “育苗模式”“膨果模式”);

預(yù)警通知功能：

異常參數(shù)(如溫度超 35℃、土壤過(guò)干)、設(shè)備故障(如水泵停機(jī))時(shí)，通過(guò) APP 推送、短信、聲光報(bào)警三重提醒，確保及時(shí)響應(yīng)。

4.執(zhí)行層：精準(zhǔn)執(zhí)行調(diào)控動(dòng)作

接收平臺(tái)指令，聯(lián)動(dòng)大棚現(xiàn)有設(shè)備完成環(huán)境調(diào)控，無(wú)需大規(guī)模改造即可適配：

風(fēng)機(jī) + 濕簾：溫度>28℃或濕度>85% 時(shí)啟動(dòng)，降溫除濕;

卷簾機(jī) + 保溫簾：溫度<15℃時(shí)關(guān)閉遮陽(yáng)網(wǎng)、啟動(dòng)卷簾保溫;光照<5 萬(wàn) lux 時(shí)掀開(kāi)卷簾;

補(bǔ)光燈：光照<3 萬(wàn) lux 且處于作物光合作用時(shí)段(6:00-18:00)時(shí)啟動(dòng);

智能灌溉泵 + 滴灌帶：土壤含水量<閾值時(shí)啟動(dòng)，按作物需求精準(zhǔn)灌溉，避免漫灌;

CO?發(fā)生器：濃度<800ppm 時(shí)啟動(dòng)，提升作物光合效率;

施肥機(jī)(可選)：結(jié)合墑情數(shù)據(jù)，自動(dòng)配比水肥濃度，實(shí)現(xiàn)水肥一體化;

三、核心功能亮點(diǎn)

1.多環(huán)境參數(shù)精準(zhǔn)調(diào)控

溫度調(diào)控：高溫時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī) + 濕簾 + 遮陽(yáng)網(wǎng)，低溫時(shí)啟動(dòng)卷簾機(jī) + 保溫簾 + 加熱管(可選)，控溫精度 ±0.5℃;

濕度調(diào)控：濕度過(guò)高聯(lián)動(dòng)通風(fēng)機(jī)除濕，過(guò)低啟動(dòng)噴霧加濕設(shè)備，維持適宜濕度環(huán)境，減少病蟲(chóng)害;

水肥一體化：根據(jù)土壤墑情、作物生長(zhǎng)期，精準(zhǔn)計(jì)算灌溉量和施肥比例，通過(guò)滴灌系統(tǒng)均勻供給，節(jié)水節(jié)肥 30% 以上;

光照調(diào)控：自動(dòng)補(bǔ)光與遮陽(yáng)協(xié)同，確保作物光合作用需求，避免強(qiáng)光灼傷或光照不足導(dǎo)致的徒長(zhǎng)。

2.靈活組網(wǎng)與擴(kuò)展

支持 “一平臺(tái)多大棚” 集中管理，適配 10 畝以下散戶、百畝以上規(guī)?；瘓@區(qū);

端口預(yù)留擴(kuò)展功能，可新增土壤 pH 值傳感器、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)設(shè)備、智能放風(fēng)閥等，滿足個(gè)性化需求;

兼容傳統(tǒng)大棚設(shè)備改造，無(wú)需更換現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、水泵，僅需加裝智能控制器即可接入系統(tǒng)。

3.低功耗與穩(wěn)定運(yùn)行

傳感器采用低功耗設(shè)計(jì)，電池續(xù)航 2-5 年，減少更換維護(hù)成本;

工業(yè)級(jí)硬件選型，設(shè)備防護(hù)等級(jí) IP65，耐受 - 40℃~85℃寬溫、高濕、粉塵環(huán)境，適配戶外大棚;

斷電記憶功能，恢復(fù)供電后自動(dòng)恢復(fù)之前的調(diào)控模式，避免作物因突發(fā)斷電受影響。

四、方案效益分析

1.經(jīng)濟(jì)效益

人力成本降低：1 人管理 10 個(gè) 1000㎡大棚，年節(jié)省人工成本 10-15 萬(wàn)元;

資源成本節(jié)?。汗?jié)水 30%-50%(每畝年節(jié)水 100-200 立方米)，節(jié)肥 20%-30%，節(jié)電 18%-25%，單棚年節(jié)省資源成本 2000-3000 元;

產(chǎn)量品質(zhì)提升：作物平均產(chǎn)量提升 10%-25%，優(yōu)質(zhì)品率提升 20%-30%，1000㎡大棚年增收 1-3 萬(wàn)元(高附加值作物如有機(jī)番茄增收可達(dá) 5 萬(wàn)元以上);

投資回報(bào)周期：基礎(chǔ)配置單棚投資 1.5-2.5 萬(wàn)元，投資回收期 6-12 個(gè)月。

2.社會(huì)效益

推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化：實(shí)現(xiàn)種植從 “經(jīng)驗(yàn)型” 向 “精準(zhǔn)型” 轉(zhuǎn)型，助力智慧農(nóng)業(yè)落地;

節(jié)約水資源：緩解農(nóng)業(yè)用水緊張問(wèn)題，符合綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展理念;

降低勞動(dòng)強(qiáng)度：減少農(nóng)戶田間巡檢、手動(dòng)操作頻次，吸引年輕群體參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

五、適用場(chǎng)景

規(guī)?；瘻厥掖笈飯@區(qū)，如蔬菜、水果、花卉種植;

高附加值作物種植，如有機(jī)蔬菜、育苗、多肉植物等經(jīng)濟(jì)作物;

分散式農(nóng)戶大棚，支持多棚集中管理;

氣候條件復(fù)雜地區(qū)，如北方冬季保溫、南方夏季降溫除濕。

六、部署實(shí)施流程

1.前期調(diào)研(1-3 天)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件調(diào)整傳感器部署位置、傳輸方式選型。

現(xiàn)場(chǎng)勘查：了解大棚結(jié)構(gòu)、現(xiàn)有設(shè)備、種植作物類(lèi)型及生長(zhǎng)期;

需求確認(rèn)：明確調(diào)控參數(shù)、設(shè)備聯(lián)動(dòng)邏輯、管理終端(手機(jī) / 電腦)偏好;

2.設(shè)備安裝(3-5 天)：連接傳感器、控制器與執(zhí)行設(shè)備，測(cè)試線路連通性。

傳感器部署：按作物分布均勻安裝，避免遮擋、貼近地面等數(shù)據(jù)失真情況;

網(wǎng)關(guān)與控制柜安裝：網(wǎng)關(guān)安裝在大棚制高點(diǎn)(確保信號(hào)覆蓋)，控制柜固定在通風(fēng)干燥處;

3.調(diào)試上線(1-2 天)

平臺(tái)配置：注冊(cè)賬號(hào)、添加大棚設(shè)備、導(dǎo)入作物參數(shù)庫(kù)、設(shè)置閾值;

聯(lián)動(dòng)測(cè)試：模擬溫濕度超標(biāo)、土壤干旱等場(chǎng)景，驗(yàn)證設(shè)備自動(dòng)調(diào)控效果;

人員培訓(xùn)：指導(dǎo)農(nóng)戶使用 APP 查看數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制、處理預(yù)警信息。

4.售后維護(hù)(長(zhǎng)期)

質(zhì)保服務(wù)：硬件質(zhì)保 3 年，平臺(tái)免費(fèi)升級(jí);

技術(shù)支持：7×12 小時(shí)在線客服;

智能農(nóng)業(yè)大棚控制系統(tǒng)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控、資源高效利用、管理便捷省心，既解決了傳統(tǒng)大棚種植的核心痛點(diǎn)，又為農(nóng)戶帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)收益。該方案兼具靈活性與實(shí)用性，可根據(jù)種植規(guī)模、作物類(lèi)型、預(yù)算需求靈活調(diào)整，是推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、實(shí)現(xiàn) 提質(zhì)增效、綠色發(fā)展 的理想選擇。

審核編輯 黃宇