一、應(yīng)用背景

隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)大棚已成為反季節(jié)種植、高品質(zhì)作物培育的核心載體，而溫度作為大棚內(nèi)影響作物生長的關(guān)鍵環(huán)境因子，直接決定了作物的發(fā)芽率、生長周期、產(chǎn)量及品質(zhì)。傳統(tǒng)大棚溫度管理依賴人工巡檢、手動調(diào)控，存在響應(yīng)滯后、調(diào)控精度低、人力成本高、數(shù)據(jù)無追溯性等痛點(diǎn)，尤其在規(guī)模化大棚種植中，人工管理模式難以滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，易因溫度波動導(dǎo)致作物減產(chǎn)、品質(zhì)下降，甚至引發(fā)病蟲害滋生。

智能農(nóng)業(yè)大棚溫度監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，依托物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、智能控制、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，構(gòu)建一套“感知-傳輸-分析-調(diào)控-追溯”一體化的智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)大棚溫度的實時監(jiān)測、自動調(diào)控、異常報警、數(shù)據(jù)溯源，推動大棚種植從“經(jīng)驗化管理”向“智能化、精準(zhǔn)化管理”轉(zhuǎn)型，降低種植成本，提升種植效益，助力設(shè)施農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展與鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略落地。

本方案適用于各類農(nóng)業(yè)大棚種植場景，包括但不限于：蔬菜大棚(番茄、黃瓜、生菜等)、水果大棚(草莓、葡萄、櫻桃等)、育苗大棚、花卉大棚，可適配散戶小型大棚(1-2畝)、中型種植戶(10-50畝)、合作社及企業(yè)規(guī)?；笈?50畝以上)等不同規(guī)模種植需求，尤其適合對溫度調(diào)控精度要求較高的高品質(zhì)、高附加值作物種植。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

感知執(zhí)行層：應(yīng)用高精度傳感器、智能控制器等設(shè)備，分層監(jiān)測溫度梯度獲取大棚的實時情況;

傳輸層：支持LORA、4G/5G、RS485等通訊方式，確保24小時全天候穩(wěn)定傳輸;

應(yīng)用控制層：提供電腦、手機(jī)APP端的可視化控制窗口，具備數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程調(diào)溫/報警推送/語音控制等功能，多棚集中管理，自動生成種植優(yōu)化報表;

三、核心功能

1、實時溫度監(jiān)測

- 24小時不間斷采集大棚內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位的溫度數(shù)據(jù)，采集周期可靈活設(shè)置(10秒-10分鐘可調(diào))，默認(rèn)每10分鐘采集1次，確保數(shù)據(jù)實時性。

- 傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)現(xiàn)場控制器校準(zhǔn)后，通過傳輸層實時上傳至應(yīng)用控制層，云端平臺、移動端APP、PC端同步顯示各點(diǎn)位溫度數(shù)據(jù)，支持查看實時溫度、歷史溫度(按小時、天、周、月查詢)。

- 數(shù)據(jù)可視化展示：采用折線圖、柱狀圖、數(shù)字儀表盤等形式，直觀展示大棚內(nèi)溫度變化趨勢、各區(qū)域溫度差異，工作人員可快速掌握大棚溫度狀況，發(fā)現(xiàn)溫度異常隱患。

- 數(shù)據(jù)校準(zhǔn)功能：系統(tǒng)支持手動校準(zhǔn)與自動校準(zhǔn)，定期對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，修正誤差，確保溫度數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，避免因傳感器漂移導(dǎo)致的調(diào)控失誤。

2、智能溫度調(diào)控

系統(tǒng)核心功能，實現(xiàn)溫度的自動調(diào)控，無需人工干預(yù)，根據(jù)作物生長需求精準(zhǔn)維持大棚內(nèi)溫度穩(wěn)定，具體功能如下：

- 閾值設(shè)置：工作人員可根據(jù)不同作物(如番茄、草莓)、不同生長階段(發(fā)芽期、幼苗期、生長期、結(jié)果期)的溫度需求，在應(yīng)用控制層設(shè)置溫度上限、下限閾值(如番茄結(jié)果期溫度設(shè)置為23-25℃)，支持分時段設(shè)置不同閾值(如白天、夜間溫度差異化設(shè)置)。

- 自動聯(lián)動調(diào)控：當(dāng)傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)上限時，系統(tǒng)自動下發(fā)指令，聯(lián)動降溫設(shè)備(風(fēng)機(jī)、濕簾、噴霧設(shè)備)啟動運(yùn)行，直至溫度降至閾值范圍內(nèi)，自動停止設(shè)備;當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)下限時，自動聯(lián)動升溫設(shè)備(熱風(fēng)機(jī)、地暖)啟動運(yùn)行，直至溫度升至閾值范圍內(nèi)，實現(xiàn)“升溫-降溫”自動切換。

- 手動調(diào)控備份：支持手動控制模式，當(dāng)工作人員需要臨時調(diào)整溫度、檢修設(shè)備時，可通過移動端APP、PC端管理軟件、現(xiàn)場控制器手動啟停升溫、降溫設(shè)備，手動調(diào)控優(yōu)先級高于自動調(diào)控，確保調(diào)控靈活性。

- 分階段溫控策略：針對作物不同生長階段優(yōu)化調(diào)控邏輯，育苗期溫度控制在25-28℃(發(fā)芽階段)、22-25℃(幼苗階段)，確保晝夜溫差穩(wěn)定在5-8℃;生長期根據(jù)作物需求動態(tài)調(diào)整，正午光照強(qiáng)時啟動遮陽網(wǎng)+風(fēng)機(jī)，避免溫度驟升;休眠期針對低溫作物(如草莓)控制在5-8℃，通過溫控延長休眠，實現(xiàn)錯峰上市。

- 能耗優(yōu)化調(diào)控：系統(tǒng)自動統(tǒng)計溫控設(shè)備能耗(按設(shè)備類型、時段分類)，識別高能耗環(huán)節(jié)，通過AI算法優(yōu)化運(yùn)行策略(如夜間采用保溫被+地暖組合，替代高能耗熱風(fēng)機(jī))，降低能耗。

3、異常報警

針對溫度異常、設(shè)備故障、數(shù)據(jù)傳輸異常等情況，實現(xiàn)多渠道、快速報警，確保工作人員及時處置，減少損失，具體功能如下：

- 溫度異常報警：當(dāng)大棚內(nèi)溫度偏離預(yù)設(shè)閾值(超上限或低于下限)，且持續(xù)時間超過預(yù)設(shè)時長(如5分鐘)，系統(tǒng)立即觸發(fā)報警，通過移動端APP推送、短信提醒、現(xiàn)場聲光報警三種方式同步通知工作人員，報警信息包含異常大棚編號、異常溫度值、異常類型(超溫/低溫)，方便工作人員精準(zhǔn)處置。

- 設(shè)備故障報警：實時監(jiān)測升溫、降溫設(shè)備、傳感器、傳輸模塊的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障(如風(fēng)機(jī)故障、傳感器失靈、傳輸中斷)時，系統(tǒng)立即觸發(fā)故障報警，推送報警信息，明確故障設(shè)備、故障類型，指導(dǎo)工作人員及時檢修，同時啟動備用設(shè)備(如主熱風(fēng)機(jī)故障，切換備用熱風(fēng)機(jī))，確保溫度調(diào)控不中斷。

- 報警記錄與追溯：系統(tǒng)自動記錄所有報警信息(報警時間、報警類型、處置時間、處置人員、處置結(jié)果)，支持查詢、導(dǎo)出，便于后續(xù)追溯、分析，優(yōu)化報警策略，降低異常發(fā)生率。

- 極端天氣報警聯(lián)動：對接氣象部門數(shù)據(jù)，當(dāng)收到臺風(fēng)、暴雪、高溫停電等極端天氣報警時，系統(tǒng)自動下發(fā)指令，關(guān)閉大棚門窗、收起遮陽網(wǎng)，加固通風(fēng)口;高溫停電時，啟用備用發(fā)電機(jī)，優(yōu)先保障溫控與灌溉設(shè)備運(yùn)行，災(zāi)后自動生成環(huán)境恢復(fù)方案。

4、數(shù)據(jù)管理與溯源

- 數(shù)據(jù)存儲：自動存儲溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、調(diào)控記錄、報警記錄等，存儲周期≥1年，支持本地存儲(現(xiàn)場控制器)與云端存儲雙重備份，防止數(shù)據(jù)丟失，數(shù)據(jù)保存格式支持Excel導(dǎo)出。

- 數(shù)據(jù)查詢與分析：支持按大棚編號、時間范圍(小時、天、周、月、年)查詢溫度數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)分析報表，直觀展示溫度變化趨勢、設(shè)備運(yùn)行時長、能耗情況，為工作人員優(yōu)化種植方案、調(diào)整溫度閾值、核算成本提供數(shù)據(jù)支撐。

- 數(shù)據(jù)溯源：完整記錄作物生長周期內(nèi)的所有溫度數(shù)據(jù)、調(diào)控操作，形成“作物生長-溫度調(diào)控”溯源檔案，可用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)溯源，提升農(nóng)產(chǎn)品附加值，助力品牌打造。

5、遠(yuǎn)程管理與多終端協(xié)同

- 多終端協(xié)同：云端平臺、移動端APP、PC端管理軟件數(shù)據(jù)實時同步，工作人員可根據(jù)需求，通過任意終端查看溫度數(shù)據(jù)、控制設(shè)備、接收報警，實現(xiàn)“隨時隨地管大棚”。

- 多大棚統(tǒng)一管理：支持添加多個大棚，對所有大棚進(jìn)行集中管理，在一個終端即可查看所有大棚的溫度狀況、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，批量設(shè)置溫度閾值、批量調(diào)控設(shè)備，適合規(guī)?；N植場景，大幅提升管理效率。

- 權(quán)限管理：支持多角色權(quán)限設(shè)置(管理員、操作員、查看員)，不同角色擁有不同操作權(quán)限(如管理員可設(shè)置閾值、管理權(quán)限，操作員可控制設(shè)備、處置報警，查看員僅可查看數(shù)據(jù))，確保系統(tǒng)管理安全，避免誤操作。

- 遠(yuǎn)程巡檢：減少現(xiàn)場巡檢頻次，從傳統(tǒng)的3次/天降至1次/天，工作人員通過終端即可完成大棚溫度、設(shè)備狀態(tài)的巡檢，節(jié)省人力成本，提升巡檢效率。

四、應(yīng)用目標(biāo)

本方案旨在搭建一套穩(wěn)定、高效、精準(zhǔn)、易落地的智能農(nóng)業(yè)大棚溫度監(jiān)控系統(tǒng)，核心目標(biāo)如下：

- 精準(zhǔn)監(jiān)測：實現(xiàn)大棚內(nèi)溫度的24小時不間斷實時采集，監(jiān)測精度達(dá)到±0.2℃，覆蓋大棚內(nèi)不同區(qū)域、不同高度，消除溫度監(jiān)測盲區(qū)，確保數(shù)據(jù)真實有效。

- 自動調(diào)控：根據(jù)不同作物、不同生長階段的溫度需求，預(yù)設(shè)溫度閾值，系統(tǒng)自動聯(lián)動升溫、降溫設(shè)備，實現(xiàn)溫度的精準(zhǔn)調(diào)控，將溫度波動控制在±0.5℃范圍內(nèi)，無需人工干預(yù)。

- 異常報警：當(dāng)大棚內(nèi)溫度偏離預(yù)設(shè)閾值、設(shè)備出現(xiàn)故障或數(shù)據(jù)傳輸異常時，通過多渠道(APP、短信、聲光報警)及時推送報警信息，響應(yīng)時間≤30秒，確保工作人員快速處置。

- 數(shù)據(jù)溯源：自動存儲溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、調(diào)控記錄等，存儲周期≥1年，支持?jǐn)?shù)據(jù)查詢、導(dǎo)出、可視化分析，為作物生長分析、種植方案優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

- 降本增效：減少人工巡檢、手動調(diào)控的人力成本，降低因溫度不當(dāng)導(dǎo)致的作物損失，推動能耗優(yōu)化(節(jié)能25%以上)，實現(xiàn)作物增產(chǎn)、品質(zhì)提升(優(yōu)品率提升20%以上)。

- 靈活適配：兼容日光溫室、連棟溫室等不同類型大棚，支持新建大棚預(yù)裝與老舊大棚微創(chuàng)改造，適配蔬菜、水果、育苗等多種作物的種植需求，可根據(jù)種植規(guī)模靈活擴(kuò)容。

五、應(yīng)用效益

- 降低人力成本：傳統(tǒng)大棚溫度管理需專人24小時巡檢、手動調(diào)控，1個10畝溫室需2人全職巡檢;系統(tǒng)實現(xiàn)自動化監(jiān)控、自動調(diào)控，1人可管理5個10畝溫室，大幅減少人工投入，每畝年節(jié)省人工成本0.8萬元左右。

- 提升作物產(chǎn)量與品質(zhì)：通過精準(zhǔn)溫度調(diào)控，確保作物始終處于最佳生長環(huán)境，減少因溫度波動導(dǎo)致的減產(chǎn)、品質(zhì)下降，作物產(chǎn)量提升10%-25%，優(yōu)品率提升20%以上。

- 降低能耗成本：系統(tǒng)通過智能算法優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行策略，避免無效能耗，優(yōu)先利用太陽能等清潔能源，能耗降低25%以上，每畝年節(jié)省電費(fèi)、燃油費(fèi)等能耗成本0.2-0.3萬元。

- 減少損失：異常報警功能可快速發(fā)現(xiàn)溫度異常、設(shè)備故障，及時處置，減少因溫度不當(dāng)導(dǎo)致的作物爛根、病蟲害滋生等損失，病蟲害發(fā)生率降低40%，每畝年減少損失0.5-1萬元。

- 提升農(nóng)產(chǎn)品附加值：完整的溫度數(shù)據(jù)溯源檔案，可助力農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)溯源，打造高端品牌，提升農(nóng)產(chǎn)品售價，進(jìn)一步增加種植收益。

- 推動精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展：依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)大棚種植的智能化、精準(zhǔn)化管理，打破傳統(tǒng)經(jīng)驗化種植模式，提升設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展水平，助力農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。

- 保障農(nóng)產(chǎn)品安全：精準(zhǔn)溫度調(diào)控可減少病蟲害滋生，降低農(nóng)藥使用量，同時實現(xiàn)種植過程可溯源，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，滿足消費(fèi)者對高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的需求。

- 帶動就業(yè)與增收：系統(tǒng)實施、運(yùn)維需要專業(yè)技術(shù)人員，可帶動當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)就業(yè);同時，提升作物產(chǎn)量與品質(zhì)，增加種植戶收入，助力鄉(xiāng)村振興

審核編輯 黃宇