Das Weißbuch über das intelligente Überwachungssystem des Gewächshauses

I. Technologieübersicht: Die digitale Revolution der modernen Landwirtschaft

Das Dünnfilm-Gewächshaus als eine neue Art von Gewächshausstruktur in den letzten zehn Jahren, die sich schnell entwickelt hat, ist dank seines leichten Gewichts, weniger Skelettmaterial, niedriger Abdeckungsrate, Kostenwirtschaft, lange Lebensdauer und anderen bedeutenden Vorteilen zu einer Mainstream-Form der globalen Anlagenlandwirtschaft geworden. Seine Umweltregulierungskapazität hat sich dem Niveau des Glas-Gewächshauses nahe, und die Kosteneffizienz übertrifft letzteres weit.

Auf dieser Grundlage integriert das intelligente Überwachungssystem moderne IoT-Sensortechnologie, drahtlose Kommunikation, intelligente Steuerungsterminal, Umwelt-Regulationsgeräte und Cloud-Management - Plattform, um ein automatisches Management-System zu erstellen, das die gesamte Kette von "Erkenntnis-Transmission - Entscheidungsfindung-Ausführung" abdeckt. Das System kann gemäß den Anforderungen des Wachstumsprozesses verschiedener Pflanzen die Schwellenwerte für Umweltparameter vorinstellen, um den unbeaufsichtigten Betrieb rund um das Wetter zu erreichen und eine optimale Wachstumsmikroumgebung für Pflanzen zu schaffen.

II. Kernstruktur und Zusammensetzung des Systems

2.1 Layered Architecture Design

SensorCO2, Beleuchtung, Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit, Bodenfeuchtigkeit und andere Multi-Parameter - Sensoren, die in Echtzeit Gewächshaus-Mikroumgebungsdaten sammeln, Probenfrequenz 1 - 60 Sekunden einstellbar.

Übertragungsschicht: Unterstützt RS485 Kabel und LoRa drahtlose Dual-Mode - Kommunikation. Die LoRa-Technologie hat eine Sichtweite von bis zu 3 Kilometern, eine starke Durchdringlichkeit und ein einzelnes Gateway kann 32 Endpunkte abdecken, um die Bedürfnisse des großen Gewächshaus-Gruppennetzes zu erfüllen.

Steuerungsschicht: Intelligente Steuerungsschränke mit integriertem PLC-Logic - Controller und Edge-Computing - Modul, unterstützt lokale Richtlinien Offline-Ausführung, kann 72 Stunden automatisch betrieben werden, wenn das Netzwerk unterbrochen ist.

Application-Schicht: Cloud-basiertes visuelles Monitoring-Zentrum, das Multi-End - Zugriff, Datenanalyse, Richtliniekonfiguration und Remote-Diagnose ermöglicht.

2.2 Technische Parameter für wichtige Sensoren

III. Detaillierte Beschreibung der Umweltschutzgeräte

3.1 Elektro-Filmwickler - Lüftungssystem

Arbeitsprinzip: Durch das Heben des oberen und seitlichen Filmwicklers wird eine natürliche Lüftung und Ventilation erreicht. Im Sommer entfernen Sie Abwärme und Feuchtigkeit, im Winter regulieren Sie die Luftzusammensetzung und verdünnen Sie schädliche Gase (wie Ammoniak, Ethylen).

Technische Parameter：

• Motorleistung: 40 - 60W
• Rollfilmlänge: ≤ 120m / Satz
• Betriebsgeschwindigkeit: 4 - 6m / min
• Grenzsteuerung: elektronische Zugschalter, Genauigkeit ± 5cm

Steuerungslogik: Wenn die Innenraumtemperatur 2 ° C über dem Einstellungswert liegt, öffnet der oberste Wickler automatisch; Wenn die Luftfeuchtigkeit 85% RH überschreitet, öffnet die seitliche Lüftung synchron, um Konvektion zu bilden.

3.2 Sonnenschutznetz und inneres Schattenvorhangsystem

äußeres Sonnenschutzsystem: Motor Antriebswelle, Antriebsstange parallel bewegen, um den Vorhang zu öffnen, wenn die Ausbreitung der Fläche bis zu 80% auslöst Limit-Schalter. Im Sommer reflektiert überschüssiges Sonnenlicht und senkt die Raumtemperatur von 3 - 5 ° C; Winternachtsschließung reduziert Infrarotstrahlung.

Schatten im Inneren (Wärmevorhang)：

• Sommermodell: reflektierender Aluminiumfolie Vorhang, Sonnenschutzverhältnis von 50 - 75%, reduzieren Sie die Lichtintensität bis zum Sättigungspunkt der Pflanze, um Sonnenbrennen zu vermeiden
• Wintermodus: geschlossener Isoliervorhang, Wärmewiderstand von 0,5 - 1,0 m2 · K / W, Energieeinsparquote von 30 - 40%

Steuerstrategie: Entsprechend der Echtzeitdaten des Beleuchtungssensors, setzen Sie einen dreistufigen Öffnungs-Schwellenwert (z. B. > 50.000 Lux 50% Öffnen, > 80.000 Lux 75% Öffnen, > 120.000 Lux vollständig Öffnen); kombinieren Sie den Zeitplan, zwischen 10 Uhr und 16 Uhr automatisch aktivieren.

3.3 Zwangskühlsystem für Nassvorhangventilafter

Kernprinzip：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℃。

Systemkonfiguration：

• Nassvorhang: Dicke 100 mm / 150 mm Honigpapierkern, Windgeschwindigkeit 1,5 - 2,0 m / s durch den Vorhang
• Pumpe: Durchfluss 3 - 5 m3 / h, 10 L / min Wassermenge pro Quadratmeter Nassvorhang
• Ventilator: Durchfluss 30.000 - 50.000 m3 / h, Bildung einer Negativdruckzone

Verbindungsteuerung: Wenn die Temperatur > 30 ° C, starten Sie die Pumpe nass Vorhang, Verzögerung 30 Sekunden nach dem Öffnen des Ventilators; Wenn die Temperatur auf 26 ° C sinkt, stoppt der Ventilator zuerst, dann die Pumpe, um zu vermeiden, dass Wassernebel in den Raum blasen.

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3.4 Mobile Nebelsprühsystem

Anwendungsszenario: Befeuchtung, Abkühlung und Blätterdütterung im Gewächshaus für Züchtung. Jede Spannung Set 2 - 3 Schritte, Elektromagnetventil unabhängig gesteuert.

Technische Parameter：

• Zerstäubungsdruck: 0,3 - 0,5 MPa
• Partikeldurchmesser: 50 - 100 μ m
• Durchfluss: 10 - 30L / h / Zug
• Steuerungszyklus: Sprühen 2 Minuten alle 20 Minuten (verstellbar)

IV, Intelligent Control Cabinet Kerntechnologie

Steuerung als System "Hirn", integriert die folgenden Kernfunktionen:

Multi-Protokoll DatenerfassungUnterstützt Modbus RTU (RS485), LoRaWAN, 4 - 20mA Analog-Eingang, kann gleichzeitig ≥ 16 Sensoren zugänglich sein.

Intelligente Algorithmus-Motoren：

• Fuzzy-SteuerungBehandlung der Temperatur-Feuchtigkeit - Kopplung, um häufige An - und Ausstoß der Ausrüstung zu vermeiden
• Predictive Control: Vorhersage des Temperaturtrends in den nächsten 2 Stunden basierend auf historischen Daten, Vorrechnung
• Ketten-Schutz: Heizung und Lüftung miteinander verriegeln, um Energieverschwendung zu vermeiden

PLC-Automatisierung: Eingebaute Trapezoid-Programmierungsumgebung, Benutzer können die Logik anpassen, wie "CO2 > 1200 ppm und Licht < 20.000 Lux, nicht öffnen Sie den Ventilator".

Notfall-ManuelleDas Bedienfeld behält physische Tasten, die bei einem Netzwerkfehler vor Ort manuell betrieben werden können, um die Produktion sicherzustellen.

V. Funktionsmatrix der Internet der Dinge Überwachungsplattform

5.1 Digitalisierung des Produktionsprozesses

Kerndurchbruch: Umsetzen der Erfahrungen von erfahrenen Agronomen in replizierbare digitale Modelle.

Implementierungsschritte：

1. Voreinstellung der Parameter: Für verschiedene Kulturen (Tomaten, Gurken, Erdbeeren usw.), die Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht und CO2 - Zielwerte für die einzelnen Wachstumsphasen (Sämlinge, Blüte, Frucht) vorinstellen
2. Dynamische Anpassung: Cloud-Plattform automatisch wechselt Prozessphase basierend auf der kumulativen Temperatur und Beleuchtung
3. Strategie Wiederverwendung: Modell kann mit einem Klick in ein neues Gewächshaus kopiert werden, um standardisierten Anbau zu realisieren

Fall: Tomaten-Produktionsprozess

• Verzögerungsphasen: 25 - 28 ° C tagsüber, 18 - 20 ° C nachts, 30% Lichtverschützung
• Blütezeit: 23 - 25 °C am Tag, 15 - 18 °C in der Nacht, CO2 Düngung bis 800ppm
• Fruchtblühungsphase: 26 - 30 °C am Tag, Temperaturdifferenz auf 8 - 10 °C erhöhen, Licht > 30.000 Lux

5.2 Visuelle Überwachungsschnittstelle

• Konfigurationsbild: 2D / 3D-Gewächshausmodell, Echtzeit-Anzeige der Sensorwerte in jeder Zone, Betriebszustand der Geräte (grün = Betrieb, grau = Stopp, rot = Ausfall)
• TrendanalyseUnterstützt den Vergleich von mehreren Parametern auf dem Bildschirm, wie z. B. die Überlagerung von Temperaturkurven und Betriebszuständen des Heizers
• Berichtzentrum: Automatische Erzeugung von täglichen und wöchentlichen Berichten, einschließlich durchschnittlicher Temperatur, kumulativer Stromverbrauch, Betriebsdauer und anderen KPI

5.3 Mehrstufene Alarmsystem

Frühwarnregeln：

• Alarm der ersten Stufe:温度超过设定值±2℃，APP推送
• 二级报警: Sensor offline > 15 Minuten, SMS-Benachrichtigung
• Tertiärer Alarm: 1 Stunde nach dem Start des Heizers ist die Temperatur nicht gestiegen, Telefon + WeChat-Alarm

Fehlerdiagnose-WissensdatenbankDie Plattform dokumentiert Fehlerphänomene und Lösungen, bildet eine Case-Bibliothek und unterstützt eine schnelle Diagnose.

6. Anwendungsszenarien und Nutzenanalyse

6.1 Einrichtung Gemüse Anbau

SchmerzpunkteTraditionelle Gewächshaus hängt von künstlicher Erfahrung ab, die Umgebung ist sehr volatile, häufige Krankheiten.

LösungenNach dem Einsatz eines intelligenten Überwachungssystems reduziert sich der Umweltoparameter-Schwankungen um 50%, die Inzidenz von Madenkrankheiten reduziert um 60%, die Produktion pro Hektar erhöht sich um 15 - 20% und die Energiekosten sinken um 25%.

Datenbeispiel: Eine Gurkenbasis in Shandong, die Temperatur in der Nacht im Winter stabil bei 18 ± 0,5 ° C, die Luftfeuchtigkeit unter 85%, die Fruchtzeit verlängert sich um 20 Tage.

6.2 Züchtungsanlagen

Anforderungen: Die Sämlinge sind sehr empfindlich gegenüber der Umwelt und müssen präzise gesteuert werden.

Konfiguration: Erhöhung des Sprühsystems und der Beleuchtung, Plattform-Einstellungen "Stunden-Stufe" Prozessparameter.湿度控制精度±3%RH，温度±0.5℃，成苗率提升至95%以上。

6.3 Blumen und Medizin anzubauen.

Anwendung：蝴蝶兰需昼夜温差>8℃，铁皮石斛需高湿遮阴环境。Das System wechselt die Parameter automatisch durch den "Tag-Nacht - Modus", um die strengen Anforderungen der High-End - Pflanzen zu erfüllen.

6.4 Landwirtschaftliche Forschung und Bildung

Wert: Bereitstellung von langfristigen, stabilen Umweltdaten zur Unterstützung der Reproduzierbarkeit von wissenschaftlichen Experimenten. Die Daten-API - Schnittstelle erleichtert den Zugang zur Forschungsplattform der Hochschulen.

VII. Installation und Instandhaltung

7.1 Sensor-Layout - Spezifikation

• Hohe Standards: Lufttemperatur-Feuchtigkeit - Sensor 1,5 m vom Boden, CO2 - Sensor 0,5 m vom Boden (Kulturdach), Licht-Beleuchtungs - Sensor an einem unverschlossenen Ort
• Dichte-Prinzip: Ein Umweltsensor pro 500 - 1000 Quadratmeter, ein Boden-Einsatzpunkt pro 200 Quadratmeter
• Kalibrierungszyklus: Kalibrierung des Standards mindestens einmal pro Jahr, um die Genauigkeit der Daten zu gewährleisten

7.2 Planung der Ausrüstungswartung

VIII. Ökonomische Bewertung und ökologischer Wert

8.1 Analyse der Investitionsrendite

Beispiel für ein 1 Hektar-Gewächshaus:

Ertragsberechnung：

• Ertragssteigerungjährliche Erhöhung der Produktion von 10 - 15 Prozent (10 - 15 Prozent)
• Energieeinsparerlöse: jährliche Stromeinsparung von ca. 15.000 CW, Einsparung von 12.000 Yuan
• Arzneimitteleinsparerlöse: Krankheiten reduzieren, Pestizidkosten sinken in 500.000 Yuan
• Personaleinsparungen: Reduzierung von 1 Vollzeitmanager, jährliche Einsparung von 30.000 Yuan

Investitionsrückgewinnungszeitraumca. 2 - 3 Jahre, Ausrüstung Designlebensdauer > 10 Jahre.

8.2Ökologische Vorteile

• Wasser sparen: Präzisionsbewässerung, Wasser sparen 40 - 50%
• Medikamentenreduzierung: Umweltkontrollierbare Reduzierung von Krankheiten, Reduzierung von Pestiziden um 30%
• Energieeinsparung: Optimierung des Heiz - / Kühlzeitpunkts, Reduzierung des Energieverbrauchs um 25 - 35%
• KohlenstoffsenkenPflanzen wachsen kräftig, Kohlenstoff speichern Fähigkeit erhöht

IX. Zukünftige Entwicklungstrends

9.1 Technologische Entwicklungsrichtung

KI-Wachstumsmodell: Deep Learning Pflanzen Photosynthese, Atmung, Transpiration Modell, dynamische Optimierung der Umweltparameter, Energieeinsparung von 10 - 15% im Vergleich zu einem festen Schwellenwert.

Digital Twin Greenhouse: Erstellen Sie ein virtuelles Gewächshaus, simulieren Sie die Effekte verschiedener Regulierungsstrategien und führen Sie sie nach der Validierung im digitalen Raum aus, um die Kosten für Versuch und Fehler zu reduzieren.

Roboter-Kooperation: Mit Bestäubernrobotern und Sammelrobotern teilen Sie Umweltdaten, um die "Umgebung-Betrieb" - Kooperation zu erreichen.

Blockchain-Rückverfolgbarkeit: Umweltdaten verknüpft, nicht manipuliert, unterstützt die Zertifizierung von grünen Produkten und Markenprämien.

9.2 Standardisierung und politische Unterstützung

• Entspricht den technischen Spezifikationen für das Internet der Dinge in der Facilities Agriculture (NY / T 4056 - 2021)
• In den Subventionskatalog für den Bau von National Digital Agriculture Innovation Application Base
• Standardisierung der Datenschnittstelle und Unterstützung für den Zugang zu der Big Data-Plattform für die Landwirtschaft auf Provinz - und Ministerialebene

10. Umsetzung von Empfehlungen und Risikovermeidung

10.1 Auswahlpunkte

1. Kommunikationsmethode: LoRa für ein kontinuierliches Gewächshaus bevorzugt, verteilte Parzelle wählen 4G; Netzwerk instabile Gebiete aktivieren lokalen Speicher + Unterbrechungspunkte Weiterleitung
2. Stromversorgungssicherheit: Schlüsselgeräte Konfiguration UPS, Stadtstrom + Solarenergie Dual-Stromversorgung
3. Erweiterung Reservierung: 20% - IO-Schnittstelle für die anschließende Hinzufügung von Sensoren vorgesehen

10.2 Risiken und Maßnahmen

Schlussfolgerung: Starten Sie eine neue Ära des industriellen Anbaus

Das intelligente Überwachungssystem für Dünnfilm-Gewächshaus durch "datengesteuerte Entscheidungsfindung, präzise Ausführung von Geräten" verbessert die traditionelle Erfahrung des Anbaus in ein quantifizierbares, replizierbares und optimierbares Fabrikationsmodell. Es verbessert nicht nur die Ernteerträge und - qualität, sondern fördert auch den Übergang der Landwirtschaft von arbeitsintensiven zu technologieintensiven. Mit der Reife der Technologie und der Senkung der Kosten wird das intelligente Gewächshaus sicherlich der Kernmotor für die Sicherstellung der Sicherheit des "Gemüsekorbs" und die Förderung der ländlichen Revitalisierung sein.

Kernwerte: Jede Pflanze in einer „maßgeschneiderten" Umgebung wachsen lassen, so dass jeder Input maximale Vorteile erzielt und die Landwirtschaft zu einer intelligenten Industrie mit Technologie, Daten und Zukunft macht.