薄膜连栋温室大棚智能化监控系统技术白皮书

传感器类型	测量范围	精度	应用场景
CO₂浓度	0-2000ppm	±(50ppm+3%读数)	光合速率评估、通风时机判断
光照度	0-18.8万lux	0.45lux	遮阳网开闭决策、补光控制
空气温度	-40~120℃	±0.3℃	加热/降温系统触发
空气湿度	0-100%RH	±3.0%	病害预警、除湿控制
土壤温度	-30~70℃	±0.2℃	根系活力评估、地热线控制
土壤湿度	0-100%	±2.0%	精准灌溉阈值依据

三、环境调控设备系统详解

3.1 电动卷膜器通风系统

工作原理：通过顶部与侧部卷膜器的升降，实现自然通风换气。夏季排除余热湿气，冬季调节空气成分，稀释有害气体（如氨气、乙烯）。

技术参数：

电机功率：40-60W
卷膜长度：≤120m/套
运行速度：4-6m/min
限位控制：电子行程开关，精度±5cm

控制逻辑：当室内温度高于设定值2℃时，自动开启顶部卷膜器；当湿度超过85%RH时，同步开启侧部通风口，形成对流。

3.2 遮阳网与内遮荫幕系统

外遮阳系统：电机驱动传动轴，带动驱动杆平行移动展开幕布，展开面积达80%时触发限位开关。夏季反射多余阳光，降低室温3-5℃；冬季夜间闭合减少红外辐射散热。

内遮荫幕（保温幕）：

夏季模式：反射型铝箔幕布，遮阳率50-75%，使光照强度降至作物饱和点，避免日灼
冬季模式：闭孔型保温幕布，热阻值0.5-1.0m²·K/W，节能率达30-40%

控制策略：根据光照度传感器实时数据，设定三级开启阈值（如>5万lux开启50%，>8万lux开启75%，>12万lux全开）；结合时间表，在上午10点至下午4点间自动启用。

3.3 湿帘风机强制降温系统

核心原理：利用水蒸发吸热效应，空气流经湿帘时与水膜热湿交换，温度可降低5-12℃。

系统配置：

湿帘：厚度100mm/150mm蜂窝纸芯，过帘风速1.5-2.0m/s
水泵：流量3-5m³/h，每平米湿帘配10L/min水量
风机：流量30,000-50,000m³/h，形成负压区

联动控制：当温度>30℃时启动水泵淋湿湿帘，延迟30秒后开启风机；温度降至26℃时先停风机，再停水泵，避免吹水雾入室内。

。

3.4 移动式雾喷系统

应用场景：育苗温室增湿、降温与叶面追肥。每跨设置2-3趟，电磁阀独立控制。

技术参数：

雾化压力：0.3-0.5MPa
微粒直径：50-100μm
流量：10-30L/h/趟
控制周期：每20分钟喷雾2分钟（可调）

四、智能控制柜核心技术

控制柜作为系统"大脑"，集成以下核心功能：

多协议数据采集：支持Modbus RTU（RS485）、LoRaWAN、4-20mA模拟量输入，可同时接入≥16路传感器。

智能算法引擎：

模糊控制：处理温湿度耦合关系，避免设备频繁启停
预测控制：基于历史数据预测未来2小时温度趋势，提前调节
连锁保护：加热与通风互锁，防止能源浪费

PLC自控功能：内置梯形图编程环境，用户可自定义逻辑，如"CO₂>1200ppm且光照<2万lux时，不开风机"。

手动应急：控制面板保留物理按钮，网络故障时可现场手动操作，确保生产安全。

五、物联网监控平台功能矩阵

5.1 生产工艺数字化管理

核心突破：将资深农艺师的经验转化为可复制的数字模型。

实施步骤：

参数预设：针对不同作物（番茄、黄瓜、草莓等），预置各生长阶段（苗期、花期、果期）的温湿度、光照、CO₂目标值
动态调整：云平台根据积温、光照累积量自动切换工艺阶段
策略复用：模型可一键复制到新温室，实现标准化种植

案例：番茄生产工艺

缓苗期：白天25-28℃，夜间18-20℃，遮光率30%
开花期：白天23-25℃，夜间15-18℃，CO₂施肥至800ppm
膨果期：白天26-30℃，加大温差至8-10℃，光照>3万lux

5.2 可视化监控界面

组态画面：2D/3D温室模型，实时显示各区域传感器数值、设备运行状态（绿色=运行，灰色=停止，红色=故障）
趋势分析：支持多参数同屏对比，如温度曲线与加热器运行状态叠加分析
报表中心：自动生成日报、周报，包含平均温度、累计用电量、设备运行时长等KPI

5.3 多级报警体系

预警规则：

一级报警：温度超过设定值±2℃，APP推送
二级报警：传感器离线>15分钟，短信通知
三级报警：加热器启动后1小时温度未升，电话+微信告警

故障诊断知识库：平台记录故障现象与解决方案，形成案例库，辅助快速排查。

六、应用场景与效益分析

6.1 设施蔬菜种植

痛点：传统大棚依赖人工经验，环境波动大，病害频发。

解决方案：部署智能监控系统后，环境参数波动范围缩小50%，霜霉病发病率降低60%，亩均增产15-20%，能源成本下降25%。

数据示例：山东某黄瓜基地，冬季夜间温度稳定在18±0.5℃，湿度控制在85%以下，结瓜期延长20天。

6.2 育苗工厂

需求：幼苗对环境极为敏感，需精确控制。

配置：增加雾喷系统与补光灯，平台设置"小时级"工艺参数。湿度控制精度±3%RH，温度±0.5℃，成苗率提升至95%以上。

6.3 花卉与中药材种植

应用：蝴蝶兰需昼夜温差>8℃，铁皮石斛需高湿遮阴环境。系统通过"昼夜模式"自动切换参数，满足高端作物严苛要求。

6.4 农业科研与教育

价值：提供长期稳定的环境数据，支持科研实验重复性。数据开放API接口，便于接入高校科研平台。

七、安装部署与运维要点

7.1 传感器布设规范

高度标准：空气温湿度传感器距地面1.5m，CO₂传感器距地面0.5m（作物冠层），光照度传感器置于无遮挡处
密度原则：每500-1000平米部署1套环境传感器，每200平米部署1个土壤墒情点
校准周期：每年至少1次标准器校准，确保数据准确性

7.2 设备维护计划

维护项	周期	操作要点
湿帘清洁	每2周	冲洗水垢，更换循环水
风机轴承	每季度	加注润滑脂，检查皮带张力
传感器表面	每月	软布擦拭，避免遮挡
控制柜除尘	每半年	断电状态下用压缩空气吹扫
系统软件	持续	定期更新固件，修复漏洞

八、经济性评估与生态价值

8.1 投资回报分析

以1公顷连栋温室为例：

项目	金额（万元）	占比
传感器及控制柜	3.5	35%
环境调控设备	4.0	40%
软件平台与安装	1.5	15%
调试与培训	1.0	10%
合计	10.0	100%

收益测算：

增产收益：年增收2-3万元（10-15%增产）
节能收益：年节电约1.5万度，节省1.2万元
节药收益：病害减少，农药成本下降0.5万元
人力节省：减少1名专职管理人员，年省3万元

投资回收期：约2-3年，设备设计寿命>10年。

8.2 生态效益

节水：采用精准灌溉，节水40-50%
减药：环境可控减少病害，农药使用减少30%
节能：优化加热/降温时机，能耗降低25-35%
碳汇：作物生长健壮，固碳能力提升

九、未来发展趋势

9.1 技术演进方向

AI生长模型：深度学习作物光合、呼吸、蒸腾模型，动态优化环境参数，较固定阈值节能10-15%。

数字孪生温室：构建虚拟温室，模拟不同调控策略效果，在数字空间验证后再执行，降低试错成本。

机器人协同：与授粉机器人、采摘机器人共享环境数据，实现"环境-作业"协同调度。

区块链溯源：环境数据上链，不可篡改，支撑绿色农产品认证与品牌溢价。

9.2 标准化与政策支持

符合《设施农业物联网技术规范》（NY/T 4056-2021）
纳入国家数字农业创新应用基地建设项目补贴目录
数据接口标准化，支持接入省部级农业大数据平台

十、实施建议与风险规避

10.1 选型要点

通讯方式：连片温室优先LoRa，分散地块选4G；网络不稳定区域启用本地存储+断点续传
供电保障：关键设备配置UPS，市电+太阳能双电源
扩展预留：控制柜预留20%IO接口，便于后续增加传感器

10.2 风险与对策

风险	影响	对策
传感器漂移	控制偏差	定期校准，设置数据合理性校验
网络中断	失控风险	本地策略固化，手动应急开关
极端天气	设备损坏	IP67防护，结构加固，购买农业保险
操作失误	参数错误	权限分级，关键操作二次确认

结语：开启工厂化种植新时代

薄膜连栋温室智能监控系统通过"数据驱动决策、设备精准执行"，将传统经验种植升级为可量化、可复制、可优化的工厂化生产模式。它不仅提升了作物产量与品质，更推动了农业从劳动密集型向技术密集型转型。随着技术成熟与成本下降，智能温室必将成为保障"菜篮子"安全、推动乡村振兴的核心引擎。

核心价值：让每一株作物都生长在"量身定制"的环境中，让每一份投入都产生最大效益，让农业成为有技术、有数据、有未来的智慧产业。

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