大棚天眼 AI 监测系统—自动化大棚智能控制系统全方位监测

圣启科技农业大棚环境的智能化监测和调控需结合传感器技术、通信技术、数据分析与执行设备，实现对温湿度、光照、气体浓度、土壤参数等环境因子的精准感知与自动控制。以下是具体技术及应用场景：

一、智能监测技术

通过各类传感器实时采集大棚环境数据，为调控提供依据。

无线传感器网络（WSN）

技术原理：通过 Zigbee、LoRa、NB-IoT 等短距离无线通信技术，将分散的传感器节点组成网络，实现数据自组网传输。

优势：

灵活部署：无需布线，适应大棚复杂结构（如拱形棚、连栋棚）。

低功耗：节点电池寿命可达 3-5 年，减少维护成本。

高扩展性：可随时增加或更换传感器类型。

应用案例：在大棚内每隔 5-10 米部署温湿度节点，角落部署气体节点，通过网关将数据汇聚至云端平台。

二、智能化调控技术

基于监测数据，通过自动化设备实现环境因子的精准调节。

1.通风与温控系统

技术实现：

电动卷膜器：根据温湿度数据自动开启/关闭侧窗、顶窗，调节自然通风。

湿帘-风机降温系统：当温度＞30℃且湿度＜70% 时，自动启动湿帘风机，降低棚内温度（降温幅度 5-8℃）。

电加热/热风机：冬季低温时（＜10℃）自动开启，配合保温被维持夜间温度。

联动逻辑：温度＞设定上限→先开顶窗通风→若温度持续升高→启动湿帘风机；温度＜设定下限→关闭通风口 + 开启加热。

2.光照调控系统

技术实现：

补光设备：

LED 植物灯：根据光照强度数据（＜20000 Lux）自动开启，补充红蓝光谱（促进开花结果）。

遮阳网：光照＞80000 Lux 时自动展开，防止强光灼伤作物。

光谱调节：通过可变色温LED 灯，模拟不同季节光照（如冬季增加红光比例，促进早熟）。

3.水肥一体化系统

技术实现：

智能灌溉：根据土壤湿度（＜田间持水量 60%）和作物需水模型，自动触发滴灌 / 喷灌系统。

精准施肥：通过土壤 EC 值和作物生育期，自动配比水溶肥（如苗期高氮，花期高磷钾），施肥精度 ±5%。

pH 调控：实时监测灌溉水 pH 值，自动添加酸碱调节剂（如磷酸或氢氧化钾），维持 pH 5.5-6.5。

典型场景：草莓大棚中，土壤湿度＜50% 时启动滴灌，同时根据 EC 值（＜1.2 mS/cm）自动添加高钾水溶肥。

4.气体调控系统

CO₂施肥：

当棚内 CO₂浓度＜300 ppm（白天光合作用旺盛期），自动释放 CO₂气肥（钢瓶释放或化学反应法），提升至 800-1000 ppm，增强光合效率。

有害气体控制：

监测到 NH₃浓度＞5 ppm 时，自动开启通风并减少氮肥施用，防止气害（如黄瓜叶片焦枯）。

三、数据处理与智能决策技术

通过算法分析监测数据，实现自动化或半自动化决策。

1.物联网平台与云计算

数据存储与分析：

将传感器数据实时上传至云端平台（如阿里云 IoT、腾讯云农业大脑），存储历史数据。

基于机器学习算法，建立环境-产量模型（如温度与番茄坐果率的相关性分析），预测最佳调控阈值。

应用案例：通过分析历年数据，系统自动调整冬季夜间温度阈值（如从 8℃提升至10℃），使草莓提前 7 天成熟。

2.人工智能（AI）与机器学习

智能预警：

基于图像识别算法，自动检测叶片病害（如黄瓜霜霉病），准确率＞90%，并推送预警信息至农户手机。

通过时间序列预测（如 LSTM 神经网络），提前 24 小时预警高温 / 低温天气，提醒农户提前开启调控设备。

自适应控制：

3.远程监控与移动应用

多终端控制：

农户通过手机 APP（如 “大棚管家”）实时查看环境数据，手动 override 自动控制（如临时开启补光灯）。

电脑端管理平台提供可视化大屏，支持多棚区集中监控（如园区管理者同时查看 50 个大棚状态）。

虚拟现实（VR）：

通过 360°摄像头构建大棚 VR 模型，用户可远程 “沉浸式” 查看棚内细节（如植株长势、设备运行状态）。

四、关键技术集成方案

以连栋温室大棚为例，技术集成路径如下：

底层感知层：部署温湿度、光照、CO₂、土壤湿度传感器，每 100㎡不少于 3 个监测节点。

网络传输层：采用 LoRaWAN 无线组网，数据通过网关接入 5G 网络，传输至云端平台。

应用层：

系统根据预设规则（如温度＞28℃且光照＞50000 Lux），自动联动遮阳网 + 风机 + 喷雾降温。

每周生成环境报告，对比历史数据并推荐施肥方案（如建议下周增施钙肥预防脐腐病）。

五、未来技术演进方向

边缘计算本地化：在大棚现场部署边缘计算节点，实现数据实时分析与控制（如毫秒级响应病虫害预警），减少对云端依赖。

能量自给系统：集成太阳能板 + 锂电池，为传感器和小型设备供电，实现 “无市电” 大棚监测。

生物传感器融合：开发微生物传感器，监测根际土壤微生物活性，指导生物菌剂施用（如枯草芽孢杆菌防根腐病）。

通过上述技术组合，农业大棚可实现从“经验管理” 到 “数据驱动” 的转型，提升资源利用率（节水 30%-50%、节肥 20%-40%）和作物产量（增产 15%-30%），同时降低人工成本 50% 以上。