摘要
本文系统阐述智能玻璃温室大棚监控系统的技术架构与功能实现。系统集成环境监测、土壤墒情、遮阳通风、湿帘降温、水肥一体化、补光调控、CO₂管理、视频监控等八大子系统，通过多协议通讯网络与边缘计算技术，实现温室环境的精准感知、智能决策与自动化控制。配套手机APP、PC平台、监控大屏、LED显示屏等多终端管理界面，支持远程控制与现场手动双重保障，为现代农业提供可复制、可推广的工厂化种植模式，显著提升农产品品质与经济效益。
一、玻璃温室大棚发展与应用价值
随着我国设施农业基础设施建设的持续推进和国家对高效种植业的投入加大，智能玻璃温室大棚在农业生产基地与示范园区得到广泛应用。玻璃温室具有外观美观、档次高的视觉优势，采用全钢架结构设计，抗风雪能力强，使用寿命可达25年以上。其内部操作空间大，支持大面积连栋布局，适宜开展工厂化、规模化生产作业，可实现全自动化管理监控。
南北区域应用差异化明显：北方地区主要作为育苗温室、无土栽培、高端药材种植、花卉培育、生态餐厅及观光旅游综合体；南方地区则作为全年果蔬生产型温室使用。玻璃温室的高透光性为作物生长提供充足光照，但也带来夏季过热、冬季保温的挑战，亟需智能化监控系统实现环境精准调控。
二、系统整体架构与配套设备
智能玻璃温室大棚监控系统采用分层分布式架构，集成九大功能模块：温室环境监测系统、土壤墒情监测系统、遮阳系统、通风管理系统、湿帘降温系统、水肥一体化系统、补光系统、CO₂调控系统、视频监控系统。
核心配套设备包括：
- 环境监测传感器：空气温湿度、光照度、CO₂浓度传感器（支持有线485或无线LORA通讯）
- 土壤传感器：土壤温湿度、PH、EC传感器，多点分布式部署
- 执行机构：内外遮阳电机、顶/侧通风窗、湿帘水泵、风机、水肥一体机、补光灯、CO₂发生器
- 控制核心：物联网智能监控柜，内置PLC逻辑控制器与边缘计算模块
- 显示终端：手机APP、PC监控平台、监控中心大屏、现场LED显示屏
系统通过聚英农业云平台实现数据汇聚与策略下发，最大限度提高机械化与智能化程度，实现农业生产工艺的可复制性，构建工厂化种植经济模式。
配图建议：系统架构图。中央为核心玻璃温室3D模型，四周辐射状连接九大子系统图标，每个子系统标注关键设备。底部为"智能监控柜"，向上通过4G/5G/WiFi连接"云平台"。整体呈星型拓扑，背景为现代化农业园区航拍图。
三、环境监测子系统详解
温室环境监测采用工业级物联网传感器，关键指标包括：
- 温度范围：-40℃~80℃，精度±0.5℃
- 湿度范围：0~100%RH，精度±3%
- 光照度：0-200000Lux，精度±5%
- CO₂浓度：0-5000ppm，精度±50ppm
传感器分布于温室内部各监测区域，通过LORA无线或RS485有线方式与监控柜通讯，数据实时传输至云平台。数据刷新频率3秒/次，存储频率1分钟/次，形成完整的环境数据库。
系统支持35个节点同时监测，覆盖不同高度（冠层、中层、地面）与位置（南侧、北侧、中央），为精细化分区调控提供数据支撑。
四、土壤墒情监测与水肥联动
土壤墒情监测是精准灌溉的核心依据，系统配置三类传感器：
- 土壤温湿度传感器：监测耕层含水量，防止干旱或积水
- 土壤PH传感器：监测酸碱度，指导肥料配比调整
- 土壤EC传感器：监测电导率，反映盐分含量与肥力状况
传感器按每500㎡部署1套的标准分布，数据通过水肥一体机实现联动：
- 当土壤湿度低于设定阈值（如40%），自动开启电磁阀灌溉
- 当PH/EC值偏离作物适宜范围，自动调整施肥机配比
- 支持循环浇灌模式，避免单次过量灌溉
系统实现全天候不间断监测，数据通过GPRS/4G远程传输至监控中心数据库，为土壤质量保护与提升提供科学依据。
五、遮阳与通风管理系统
遮阳系统是玻璃温室夏季降温的关键：
- 外遮阳：采用黑色遮阳网，可阻挡70-85%太阳辐射，降低室内温度3-5℃
- 内遮阳：采用铝箔反射幕，冬季夜间反射红外线，减少热量散失，节能30%以上
系统根据室外光照度传感器与室内温湿度自动调控：
- 夏季光照>50000Lux且温度>30℃时自动展开
- 冬季夜间自动闭合保温，白天根据光照需求调整开度
- 支持冬夏定时模式，实现全自动化
通风管理系统包括顶窗、侧窗两种方式：
- 自然通风：利用热压差原理，顶部开窗排出热空气，侧窗补充新鲜空气
- 强制通风：配合湿帘系统，风机负压抽风，实现快速换气
系统支持雨天自动关窗、大风天自动锁定，保护温室结构安全。
六、湿帘降温与水肥一体化系统
湿帘降温系统利用水蒸发吸热原理，是夏季高效降温方案：
- 工作原理：水泵将水送至湿帘顶部，水沿波纹状纤维表面下流，风机负压抽风，热空气穿过湿帘时水分蒸发吸热，降温效率可达70-80%
- 联动控制：当温度>35℃且湿度<70%时自动启动，温度降至28℃自动停止
- 节能优势：相比空调制冷，能耗降低80%以上
水肥一体化系统实现精准水肥管理：
- 精准配比：根据土壤EC/PH值与作物生长阶段，自动调配氮磷钾比例
- 定时定量：支持按时间、按流量、按面积多种灌溉模式
- 循环过滤：配置砂石过滤器与网式过滤器，防止滴灌带堵塞
系统支持手动按键、触摸屏、远程APP三种控制方式，确保灵活性与应急能力。
七、补光与CO₂调控系统
补光系统用于光照不足季节的产量保障：
- 光源选择：LED植物生长灯（红蓝光谱配比可调），节能60%以上
- 智能控制：根据光照度传感器与作物光周期需求自动开关
- 时段设置：可设定日出前、日落后的补充照明时长，支持光周期调控
CO₂调控系统提升光合效率：
- 浓度目标：维持800-1200ppm，可提升光合速率30-50%
- 调控方式：CO₂发生器或钢瓶供气，与通风系统联动避免浪费
- 安全保护：当浓度>2000ppm自动报警并启动强制通风
两系统协同工作，阴雨天自动补光+增施CO₂，保障作物持续高效生长。
八、视频监控与多端显示系统
视频监控系统实现生产可视化：
- 摄像头部署：出入口、关键设备区、作物生长区全覆盖
- 品牌兼容：支持海康威视、萤石云主流网络摄像头接入
- 功能融合：在监控界面分屏显示视频画面与环境数据，实现"数据+视频"双重验证
监控显示方式多样：
- 手机APP：随时随地远程监控，支持多账号管理，权限分配灵活
- PC监控平台：WEB端适用于监控中心，可投放大屏，减少交互操作，示范效果好
- 监控中心大屏：清晰查看实时数据与视频画面，适合园区级集中管理
- LED显示屏：温室外部或内部高处悬挂，防尘防雨，示范显示效果好
所有终端数据多端同步刷新，确保信息一致性。
九、远程控制与现场手动双重保障
系统提供三级控制模式，确保可靠性与灵活性：
1. 远程控制：通过手机APP或电脑监控平台实时查看环境数据，手动控制风机、湿帘、天窗、水泵等设备的开关启停。支持批量控制与定时任务设置，降低人工管理成本。
2. 现场手动控制：保留传统人工控制方式，便于应急管理与巡更。智能监控柜提供：
- 8寸组态屏触摸控制：图形化界面，一键操作
- 手动按键控制：物理开关，确保极端情况下可靠控制
控制范围覆盖所有被控设备：阀门、水泵、天窗、湿帘、卷帘、风机、灯光等。
3. 自动控制工艺：系统以农作物生产工艺为指导，基于PLC智能自控功能与物联网平台，实现全生长阶段的无人化自动调控。控制策略包括：
- 时间触发：按作物生长周期设置季节模式
- 阈值触发：传感器数据超限自动响应
- 组合逻辑：多条件判断实现复杂工艺
十、云平台管理核心功能
1. 组态场景展示：平台通过实际场景动态展示水肥过程每个环节，数据与动画结合，生动真实。用户可自定义工艺图，上传现场布局，实现"数字孪生"。
2. 数据记录分析：所有环境参数与设备状态数据自动存储三年，曲线可放大缩小，支持分钟级精度查询，为工艺改进提供数据支撑。
3. 数据报表导出：支持按日/周/月生成报表，可导出Excel格式，便于存档与分析。
4. 设备集中监控管理：GIS地图显示所有温室位置与状态，支持一键进入单棚监控界面，实现百棚级集中管理。
5. 智能报警通知：环境参数超限、设备故障、通讯中断时，通过APP推送、微信公众号、监控平台语音等方式主动通知管理员，支持多级报警与责任人分配。
6. 用户权限管理：支持"一对多管理"（一个用户管多个大棚）、"多对一协作"（多用户管一个大棚），提供管理员、操作员、观察员三级权限，责任划分明确。
十一、生产数字模型与工艺可复制性
系统核心目标是生成农作物栽培工艺文件，实现规模化复制：
- 数据采集积累：记录作物全生育期环境数据与水肥控制参数
- 工艺模型提炼：通过大数据分析，提炼最优生长曲线与控制策略
- 标准化输出：生成包含温度、湿度、光照、CO₂、水肥配方的工艺文件
- 规模化推广：将工艺文件批量下发至新温室，快速复制成功经验
该模式使农业生产从"经验依赖"转向"标准驱动"，大幅提升新园区投产速度与产品一致性。
十二、系统核心优势与实施效益
核心优势：
- 全自动化：从监测到控制全链路无人值守
- 高可靠性：IP68防护+断网脱机运行+手动备份三重保障
- 工艺可复制：数字模型实现快速规模化推广
- 灵活扩展：模块化设计，节点可随时增加
- 多端协同：手机/PC/大屏/LED数据实时同步
实施效益：
- 增产10-20%：最优环境控制提升光合效率
- 节水节肥30-40%：精准灌溉与施肥减少浪费
- 节电25-35%：智能遮阳与通风降低能耗
- 人力成本降低60%：远程集中管理减少现场人员
- 风险损失减少70%：实时预警避免极端天气损失
- 投资回报周期2-3年：综合效益显著高于传统温室
