关于物联网的设施农业温室大棚智能控制系统的研究
摘 要：当前，我国设施农业温室大棚建设中，还存在着网络化程度低，运行管理落后以及环境调控水平有待进一步提升等诸多方面的问题，制约了设施农业温室大棚整体生产效率的提高。为了解决设施农业温室大棚生产中所存在的一系列问题，本文基于物联网技术，探讨物联网技术在设施农业温室大棚中的应用设计，并研发一种设施农业温室大棚智能控制系统。希望本研究能够推动设施农业温室大棚的科学管理，推动农业温室大棚朝向科学化、网络化、智能化、自动化方向发展。
关键词：物联网 设施农业温室大棚 智能控制 系統 研究
1 农业物联网简介
从总体上来看，互联网是新一代信息技术，物联网融合了互联网、传感网、传感元件和智能信息处理相关方面的内容。物联网最初源于网络化无线射频识别系统，随后，慢慢发展成熟。截止到今日，学术界尚未对物联网的概念达成统一的共识，专家学者们对物联网的定义众说纷纭。我们普遍认可的一种说法是物联网是一种基于有线和无线通信方式，通过传感器、卫星定位、射频识别等采集物体信息，并把这些信息上传至互联网，实现对现实生活中物品的精准定位识别以及监控和管理。物联网技术在农业生产中的广泛应用主要体现于农业服务、农业管理和农业生产经营等环节，从物联网技术特点角度，可以把物联网技术分成传输层、感知层和应用层。每一个技术层都发挥着各自的功能，其中，第一，感知层。感知层常作为农业物联网的基础，为应用层和传输层提供了更加可靠的数据支撑，具体来讲，感知层通过卫星定位、遥感技术、智能传感器等来全面采集日常生活中的物品信息，如农作物长势信息、土壤信息、环境信息、产品物流信息等。第二，传输层。农业物联网中间环节传输层利用互联网、移动通信网、局域网等来实现对感知层采集物体数据信息的传输，把数据安全稳定地传输至应用层。同样的，对于应用层处理后的数据，也经过传输层来回馈至感知层设备终端，为农业生产提供指导。第三，应用层。应用层可以说是整个农业物联网的顶层环节，具体包括农产品追溯领域、大田种植领域、设施养殖领域、设施园艺领域、农产品物流领域等。在应用层，实现了数据融合、数据管理、数据预警、智能控制、诊断推理等，助推农业生产过程更加智能化、高效化、集约化的实现。
2 基于物联网的设施农业温室大棚智能控制系统设计
众所周知，我国拥有大规模的设施农业产业，但是，设施农业大棚生产效率却始终不高，这主要是由于技术水平的局限。本文尝试探讨将物联网应用于设施农业温室大棚生产中，具体的实现过程如下。
2.1 设施农业温室大棚环境参数及特点
从总体上来看，园艺作物能否得到健康生长，一方面取决于自身的遗传特性，另一方面就与所生长的环境息息相关。环境因子主要包括温度、湿度、光照、气体因子等，在温室大棚内部，通过控制各项环境因子在适宜的水平，能够有效地提高农作物的质量与产量。本文主要就温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度4项环境因子进行论述。
第一，温度。温度是影响园艺作物呼吸作用和光合作用的重要因素，每一种农作物生长都有适宜的温度范围，并满足“三基点”要求。“三基点”具体包括温度下限、温度上限以及最适生长温度，例如：对于光合作用而言，农作物最适宜生长温度范围在20℃～25℃;对于呼吸作用而言，农作物最适宜的呼吸温度范围在36℃～40℃。需要强调的是，对于设施农业温室大棚的环境，也应该保持一定的昼夜温差。那么，如何调控设施农业大棚温度呢?一般情况下，我们主要采用电热采暖、热风采暖、热水采暖3种方式进行加温，我们厂采用水分蒸发、遮阳、通风的方式进行环境的降温。在必要的情况下，由于温度和湿度之间存在着一定的关联性，升温和降温都会引发温室大棚内部湿度的改变，我们还要考虑到湿度改变对农作物生长的影响。
第二，湿度。湿度可以说是影响农作物生长的最重要的环境因子，一般情况下，农作物的含水量为60%～80%，而农作物的生理过程几乎都离不开水分的参与，如蒸腾作用、呼吸作用、光合作用。对于设施农业温室大棚而言，其内部环境的湿度是由土壤湿度和空气湿度共同决定的。温室大棚本身是密闭的微环境，我们常常对其进行降湿处理，一般情况下，我们可以采用通风的方式来去除空气中多余的水分，也可以采用一定的吸附材料来降低空气的湿度。
第三，光照强度。植物的光合作用离不开光照，并且光合作用的速率也随着光照强度的改变而发生变化，众所周知，对于农作物而言，每一种农作物都对应一个光饱和点。低于这个光饱和点，农作物的生长受到限制，而高于这个光饱和点，即便是光照强度加大，农作物光合作用也不再加快。大多数的农作物最适光照强度范围是8000～12000lux，而我们常常采用遮光和补光操作的办法，能让农作物尽可能在最适光照强度范围内生长。利用人工光源，人为地延长光照时间或者提高光照强度进行补光操作，利用遮阳网来进行遮光操作。
第四，二氧化碳浓度。植物的光合作用离不开二氧化碳的参与，我们常形象地称二氧化碳就是农作物的“粮食”。大多数农作物生长所需的二氧化碳浓度为0.1%，而大气中的二氧化碳浓度仅为0.03%，因此，我们有必要对设施农业温室大棚进行人工补充二氧化碳，但是，二氧化碳浓度也不是越高越好，一旦二氧化碳的浓度很高，就会导致农作物叶面系统关闭，反而不利于光合作用的进行。
2.2 设施农业温室大棚智能控制系统设计
依据各项温室大棚环境参数，本文设计的物联网体系架构包括感知层、传输层和应用层，以以太网接入局域网络，实现了对温室大棚的自动化、智能化、科学化控制，大大提高了农业生产的效率。
3 结语
我国设施农业发展中依然存在着诸多方面的问题，提出解决问题的具体对策势在必行。具体来讲，目前，我国设施农业生产过程中往往需要劳动人员凭借经验进行运行管理，事实上，农业温室大棚受诸多方面影响因素的制约，如环境、生物等。仅仅依靠大量劳动人员的管理经验，很难将农业温室大棚环境控制在最适宜的状态。另外，引进发达国家成套的控制系统，尽管可以对我国设施农业温室大棚起到有效的助推作用，但是购买系统的成本过高，以及所购买的温室控制系统不能完全与我国基本国情相匹配。总之，结合我国的不同地域状况，生产一套技术水平先进的设施农业温室大棚环境控制系统具有十分重要的现实意义。
参考文献
[1] 邢希君.基于多变量控制的设施农业温室大棚智能控制系统的开发[D].太原理工大学，2018.
[2] 何灿隆，沈明霞，刘龙申，等.基于NB-IoT的温室温度智能调控系统设计与实现[J].华南农业大学学报，2018，10(2)：117-124.
[3] 李兴泽，王福平.基于物联网的农业大棚智能管控系统[J].江苏农业科学，2018，46(1)：181-183.
作者：刘璐 刘光伟
摘 要 随着农业现代化程度的不断提高，设施农业已成为当前经济作物种植的主要手段。设施农业温室大棚中种植的作物虽然经济价值高，但面临着生产环境要求严格、农村劳动力日益下降以及设施农业温室大棚智能化程度不高等困难。因此，通过智能控制系统来解决当前设施农业温室大棚生产中面临的问题逐渐受到重视。基于此，通过LoRa无线传感网络阐述设施农业温室大棚智能控制系统的设计与实现。
关键词 LoRa技术;设施农业;温室大棚;智能控制系统
1 设施农业温室大棚智能控制系统设计的关键技术
1.1 LoRa技术简介
LoRa全称为Long Range Radio，即远距离无线电。LoRa联盟于2015年3月宣布成立，是一个开放的、非盈利性组织，其目的在于将LoRa推向全球，实现LoRa技术的商用。该联盟由Semtech牵头，发起成员还有法国Actility，中国AUGTEK和荷兰皇家电信KPN等企业。目前，联盟成员数量达330多家，其中不乏IBM、思科、法国Orange等重量级厂商[1]。
作为LPWAN(Low-Power Wide-Area Network，低功耗廣域网)的典型代表技术之一，LoRa凭借其网络连接的高度可靠性、2 km以上(与环境有关)的连接距离以及独特的信号传输时间测距机制等优势，近年来在多个应用领域获得了蓬勃发展，其特点尤其适合农业物联网的应用场景。
在信号方面，LoRa使用线性调频扩频调制技术，获得了类似于FSK(Frequency-Shift Keying，频移键控)调制相同的低功耗特性，而又明显提高了通信距离并消除了干扰，同时LoRa网络协调器又拥有并行多信道数据处理能力。
1.2 JavaScript简介
JavaScript(Java脚本语言)是一种用来开发Internet上客户与服务器程序的基于对象的弱类型脚本编程语言，是主要用来制作网页前台的技术，在层次上介于HTML与Java语言之间[1]。由于其大部分语法规范取自于Java语法规范，所以取名为JavaScript，是由Netscape公司的Brendan Eich在浏览器上首次设计实现而成。作为一种解释性脚本语言，JavaScript不需要编译，只需嵌入到HTML代码中逐行加载解释执行[2]。
2 智能控制系统软硬件设计
2.1 智能控制系统组网设计
设施农业大棚的智能管理需要对大棚内的空气温度、温度等参数进行监测与控制。智能控制系统在设计时主要采用3种类型的节点，分别为数据采集节点、控制节点和网关节点。采集节点、控制节点与网关之间通过LoRa组网，网关通过4G或WiFi接入Internet。系统组网示意图如图1所示。
2.2 智能控制系统软件功能设计
管理平台以Web方式供不同用户访问。提供前后台两种模式：前台类似信息网站，向所有用户推广智能化农业的特点，以及公司产品的技术优势、应用场景、合作案例等;后台供登录用户使用，以便动态地配置运行参数，监控硬件的运行状态、各种数据报表、与其他第三方平台的集成等。Web后台可进行权限划分，不同角色用户可以看到不同的操作栏目。每个用户只能看到本企业相关的产品数据，可以保护用户数据隐私。各功能模块如图2所示。
2.3 通信协议设计
节点与传感器之间使用modbus协议，modbus基本命令格式为：[设备地址][功能码][起始地址：2字节][数据长度：2字节][CRC16校验]，其意义分别如下。1)设备地址：设备地址范围为1～35;2)功能码：不同的应用需求功能码不同;3)起始地址：查询或操作寄存器起始地址;4)数据长度：读取的长度;5)CRC校验：CRC16校验。
节点与网关之间使用私有的通信协议，协议设计中基本命令格式为包头+数据域+校验。简要功能码如表1所示。
3 系统软件详细设计
3.1 节点程序设计
3.1.1 传感器节点程序设计
传感器节点采用STM8芯片，通过LoRa模块接入网关，主要功能有定时采集传感器数据、主动上传至网关。具体设计如图3所示。
3.1.2 控制节点程序设计
控制节点采用STM8芯片，通过LoRa模块接入网关，主要功能有接收服务器的控制指令、控制电磁阀和电动阀等执行机构、定时检测执行机构的开关状态并上传至网关。具体设计如图4所示。
3.1.3 网关节点程序设计
网关节点采用STM8芯片，通过LoRa模块与节点组网，并通过4G或WiFi接入工控机。主要功能有数据转发、将节点主动上传的数据发送至上位机、将上位机下发的指令发送至节点。具体设计如图5所示。
3.2 关键模块详细设计
3.2.1 数据管理模块
数据管理模块主要负责展示传感器的事实数据、历史数据、设备操作日志、生成数据曲线图等功能。具体实现代码如图6所示(以传感器数据列表为例)。
3.2.2 控制规则设定模块
为了实现设施农业温室大棚的智能化管理，系统提供3种控制方式，分别是手动控制、时间控制、阀值控制。其中阀值控制规则为复杂控制规则，允许用户自定义设备与传感器进行多对多绑定，从而实现自动灌溉、自动加湿、自动抽风等效果。具体实现代码如7所示(以时间控制代码为例)。
4 系统运行效果
基于LoRa的设施农业温室大棚智能化控制系统实现后的运行效果如图8所示。
5 结论
本文设计了一种基于LoRa技术的设施农业温室大棚智能化控制系统，通过传感器实时反馈温室大棚内生产环境数据并按用户需求进行多种生产设备的智能化控制，可以在农业温室大棚推广应用，以取得较好的社会效益与经济效益。
参考文献：
[1] 张惠芬.JavaScript的理论分析及其应用[J].衡水学院学报，2006，8(1)：45-46.
[2] 余起怡.基于JavaScript的三维智慧校园电子地图系统开发[J].黑龙江工程学院学报，2018，32(4)：32-35.
(责任编辑：赵中正)
作者：朱明 曹越
摘要：设施农业的发展是农业现代化的重要标志，也是现代化农业发展的重要建设任务。温室大棚智能控制作为设施农业种植与生产过程中的关键环节，是提高生产效率、保障农作物品质的重要措施，近年来，已成为国内外热门研究课题。温室环境是一种非线性、强耦合性、多干扰性、时滞性的动态环境系统，温室内环境因子与环境因子、植物生长情况与环境因子之间都存在复杂的能量关系。因此，如何高效经济地实现温室内多因子间的复合控制是温室环境控制过程要解决的关键问题。我国的智能温室大棚技术较国外发展晚，在控制方法、控制技术和控制成本等方面都与国外先进技术存在较大差距。为了促进我国设施农业温室大棚智能控制技术的快速发展，推动设施农业领域的技术进步，总结了国内外温室大棚智能控制技术的发展过程，重点对模糊控制、神经网络控制和专家系统控制等温室控制算法进行了分析和比较，展望了设施农业温室大棚智能控制技术的发展方向。
关键词：设施农业;温室大棚;控制方法;智能控制
收稿日期：2017-04-05
基金项目：山西省科技厅重大专项(编号：20131101029);山西省物联网产业发展及应用分析预测(编号：kxkt1605)。
作者简介：邢希君(1991—)，女，山西太原人，硕士研究生，主要从事设施农业温室大棚智能控制技术研究。E-mail：370760959@qqcom。
通信作者：宋建成，博士，教授，博士生导师，主要从事设施农业温室大棚智能控制技术、矿用智能电器、故障诊断与灾害预警技术研究。E-mail：sjc6018@163com。
温室系统是一种多输入、多输出、强耦合的复杂系统[1]。温室中影响作物生长发育的主要环境因子包括温度、水分、光照、土壤、空气(如二氧化碳、氧气等)、生物条件等。这些环境因子都是时变量，其变化没有规律可循且难以进行预判，另外这些环境因子变量是相互作用、相互耦合的，难以用数学模型表述，这些问题都对温室控制带来了很大的难度。其中温湿度的变化对温室植物生长的影响最大，且耦合程度较大，目前，大部分研究集中在温湿度的控制上[2]。
农业温室大棚控制技术总体经历了定值开关控制、PID控制和智能控制3个发展阶段。定值开关控制可以细化分为手动控制和自动控制，是一种不考虑温室控制滞后性和惯性的简单控制方法，在实际控制过程中存在精度低、静态误差大、超调量大、振荡明显、耗能大等问题，从而无法达到理想的调节效果。PID控制是目前应用领域最广泛的控制方法，控制过程包括比例、积分、微分3个环节。一般情况下，温室系统中PID控制方法相比开关控制可以取得较好的调节效果。然而，PID控制对研究对象数学模型要求较高，使得在温室环境控制系统中难以发挥其优势[3]。
智能控制是指使用类似于专家思维方式建立逻辑模型，模拟人脑智力的控制方法进行控制。智能控制具有下列优点：(1)可以不完全依赖工作人员所具有的专业知识水平;(2)可以预测温室环境的变化状态，提前作出预判断，从而尽可能解决温室大滞后的问题;(3)由于其全局统筹控制[4]，可以解决各设备在进行调节时相互协调的问题，进而减少控制系统的超调和振荡;(4)可以实现自适应控制功能，根据作物的生长状态、环境参数的变化状态和各调节单元的运行状态自动调节作物的生长环境，实现最优生长。智能控制最大进步是将先进的控制算法加以应用，进而能够确保控制系统的稳定运行和控制精度，且具有良好的鲁棒性，非常适合解决温室的环境调控问题[5-6]。
自20世纪90年代开始，智能控制成为温室内环境控制的热门研究方向，发展十分迅速。智能控制是传统控制理论高级阶段的产物，虽然其理论体系不如过去简单的控制理论完善，但已经在各个领域的应用上取得了令人瞩目的成果。特别是在传统控制方法难以解决的复杂控制系统方面(如本研究的温室大棚智能控制系统)，其优势非常突出。智能控制方法主要包括模糊控制、神经网络控制、专家控制系统、遗传算法、仿人智能控制等。模糊控制方法、神经网络控制方法及专家控制方法作为设施农业温室大棚智能控制方法相继应用于温室控制系统中[7]。本研究分析设施农业温室大棚智能控制技术的发展现状，分别对模糊控制技术、神经网络控制技术、专家控制技术的控制原理、控制方法、优缺点以及具体案例进行分析，并对其未来的发展方向进行预测。
1模糊控制技术
11模糊控制原理
近30年来，模糊控制一直是智能控制研究和应用领域的热点。模糊控制(fuzzy control)是一种非线性智能控制方法，它不需要获得准确的研究对象模型，而是将人的知识和经验总结提炼为若干控制规律，并转化为计算机语言，从而模仿人的思维进行控制。模糊控制具有较强的知识表达能力和模糊推理能力，经过模糊逻辑推理可以实现类似人的决策过程。模糊控制在模糊规则制定时实际上就隐含了解耦思想，这在不同程度上削弱了温湿度等环境因子相互耦合造成的影响，因此控制效果良好[8-9]。
典型的模糊控制系统由输入端、模糊控制器、执行机构、被控量、输出端和测量装置6个部分构成，其中模糊控制器为整个系统的核心部分，其结构如图1所示。模糊控制分为模糊化、建立规则、模糊推理、去模糊化4个过程。具体过程为被控目标的精确数值经过测量设备的收集，与系统设定值(如设定的温湿度值等)进行比较，将其偏差或偏差变化率输入到模糊化模块，映射为输入论域上的模糊集合，继而转化为模糊量。模糊控制器根据模糊控制规则进行模糊推理，将模糊输入量进行推理、决策，进而得到对应的模糊输出量集合。由模糊集合确定一个最能反映模糊推理结果的精确值，用于控制或驱动执行机构，最后执行机构作用于被控对象。按此过程进行下去，即可實现被控目标的模糊控制[10]。
12模糊控制方法
121基本模糊控制方法
为了解决温室大棚中模型建立难和控制精度低的问题，国内外的研究焦点集中在模糊控制方法上。基本模糊控制是通过总结农业专家经验，提炼为模糊控制规律，并利用计算机程序加以实现，多以温室内外环境参数、设备运行状态和植物生长信息为输入，以温室环境调控设备控制信号为输出。
韩毅等提出了一种温室大棚变结构模糊控制器，通过对采集的空气温湿度进行参数识别，将模糊控制划分为快速控制和精细控制2个过程，并为每种过程设计单独的模糊控制器[11]。试验证明，该方法可以显著提高温室大棚温湿度控制系统的控制精度。Hahn设计一个了模糊控制器来控制温室气候，变量使用太阳辐射、衬底温度和冠层温度[12]。使用模糊控制器后，温室中番茄开裂率下降35%。Azaza等设计了一个基于模糊控制方法的系统，用于对温室中主要变量进行控制[13]。利用二型模糊逻辑控制器改善控制效率、能源使用率和作物产量，通过无线数据监控平台监控智能数据进而增强系统性能。卢佩等设计了基于模糊控制算法和LabVIEW的温室大棚温湿度监控系统[14]，通过引入温湿度解耦参数对温湿度的控制过程进行改善。结果表明，引入温度和湿度解耦参数后，监控系统的稳定性、监测精度和控制效率都得到了显著提升。
122模糊PID控制方法
经典的模糊控制稳态精度不够细腻、控制动作不够精准，为了更好地改善模糊控制的稳态性能和控制精准度，将模糊控制与传统的PID控制相结合，提出了模糊PID控制方法(Fuzzy-PID)。模糊PID控制大致分为2种。(1)为兼具模糊控制和PID控制的双模控制方法，即在误差大时使用模糊控制，误差变化小时切换为PID控制。(2)为利用模糊控制对PID进行自适应整定，即引入模糊逻辑，对PID控制的3个系数进行实时调整和优化，模糊自适应PID控制系统结构见图2，这种控制方法可以提高系统的灵活性，使之具有更强的自适应性和鲁棒性，应用于温室大棚智能控制系统可以同时提升其静态性能和动态性能[15]。
曾庆良等将模糊PID算法与Smith预估器进行组合，利用形成的Smith模糊PID算法对温室温湿度进行调控，一定程[CM(25]度上改善了智能算法在时滞系统控制上存在的问题，系统
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的抗干扰性能和系统的动态静态响应品质也得到了提高[16]。朱伟等设计了一种模糊PID控制器，利用模糊推理，对PID控制器的3个参数进行快速调节，进而控制空调压缩机的运转速率，并通过MATLAB进行仿真，结果表明，该算法相较普通PID算法具有调节时间短、响应速度快的优点[17]。
123基于遗传算法的模糊控制方法
遗传算法(genetic algorithm)，即利用遗传算子对现有个体进行遗传操作，得到后代个体种群，后代个体拥有上一代基本特征，优良的特征会被留下并进行组合，坏的特征则被淘汰，从而算法朝着更优解的方向进化。
遗传算法作为一种随机搜索的全局优化算法，在模糊规则的自动获取过程中表现出了良好的性能。遗传算法以试探的方式，对模糊控制的隶属函数和控制规则进行优化，使模糊控制参数的确定不再单纯依靠专家经验，从而降低模糊控制各个阶段中出现的主观性和随意性[18]。其系统结构见图3。
王君设计了一种两输入三输出的模糊PID控制器，利用遗传算法对这种控制器的三角形隶属函数和模糊控制规则进行优化[19]。相比较常规的模糊PID控制器，响应速度变快，超调量变小。
[HTK]13模糊控制技术的研究进展[HT]
针对模糊控制的研究还在不断深入，模糊控制理论仍在快速发展，模糊控制未来将向着如下方向发展：(1)自校正模糊控制方法。这种方法可以对模糊控制中的模糊控制规则等参数进行实时调整，使模糊控制具有自学习性和自适应性。(2)多变量模糊控制方法。这种方法适用于解决具有多种输入变量和输出变量的强耦合系统，这种系统相较单输入单输出系统更加贴近实际工程项目，多变量间的耦合问题和控制规则的急剧增加是研究的重点。(3)专家模糊控制方法。这種方法灵活应用专家系统，将专家系统对知识的表达方法融入模糊控制，使模糊控制更加智能。(4)智能模糊控制方法。将模糊控制算法与智能优化算法(如遗传算法、蚁群算法等)相结合，可以对模糊控制规则进行在线寻优，大大改善模糊控制的品质[20]。
优化后的模糊控制将具有更好学习和调整能力，可以有效改善相应系统的品质，但其仍是以常规模糊控制器为基础，所以在控制规则、隶属函数等方面的优化、学习能力存在局限性。
2神经网络控制技术
21神经网络控制原理
神经网络控制就是利用物理上可实现的器件或系统，使计算机语言模拟人脑神经的决策方式进行控制。通过调整大量并行互联的节点间的连接关系，以完成对信息的处理，并将这种模拟应用在实际工程问题上[21]。神经网络的工作过程大致分为2个阶段：第一阶段，神经元通过自学习不断调整各计算节点之间的连接权值，同时保持各节点的状态稳定不变;第二阶段，各计算节点间的连接权值不作变化，对各节点的输出进行计算，从而达到预期的稳定状态[22]。
神经网络以结构进行划分主要有2种。(1)前馈型网络，开环无反馈，其结构见图4。主要分3部分，即输入层、隐含层、输出层，每部分由若干神经元组成，典型的代表为径向基函数神经网络(RBF网络)和误差反向传播神经网络(BP网络)。(2)反馈性神经网络，其结构见图5。这种网络中任意2个节点之间都可以进行双向通信，即对于节点计算值既可以输入也可以输出，如Hopfield网络。
作为智能控制的分支之一，神经网络具有很强的自适应性、自学习性、非线性拟合能力以及容错能力。基于这些优点，神经网络技术在设施农业愈发受到重视。
22神经网络控制方法
221基本神经网络控制方法
在温室控制系统中，基本神经网络的作用主要是对系统的辨识和最优预测，其中广泛使用的是BP神经网络。BP神经网络的工作基于最小二乘法理
论，通过梯度搜索技术对各层的权值不断地进行调整，从而使输出值不断接近期望值。利用神经网络控制方法对温室参数和模型的预测可以提高预测精度，加快收敛速度。
李倩等建立了3个温室大棚模拟模型，分别模拟冬季、春季通风时段和春季不通风时段的温、湿度BP神经网络预测模型[23]。结果表明，试验建立的不同自然环境、不同植物类型的BP神经网络模型均可以满足预测要求，且误差较小。程曼等为解决温室中大滞后大惯性的问题，提出一种基于神经网络控制的温室数学模型，该方法将温室内外部环境信息、作物生长信息、设备运行状态，及当地实时天气预测值进行融合，提出全局变量的概念，通过BP神经网络算法对温室未来环境状况进行短期预测，一定程度上改善了系统时滞性[24]。许童羽等提出一种适用于模拟北方温室空气相对湿度的预测模型。对比2种流行的神经网络，得出RBF网络是连续函数的最佳逼近，相比BP网络具有收敛速度快，且可避免局部最优的优点[25]。试验结果表明，该模型的学习过程耗时相对较短，预测误差较小，预测结果良好。
模式识别，即通过对表征事物的各类信息进行处理，进而对事物进行分类和识别。将基本神经网络应用在温室模式识别领域，可以提高识别准确度。Fourati提出了一种温室的复合神经控制策略，利用了ART2神经网络对温室数据库进行识别，进而划分为几个子数据库，从而得到不同的局部温室模型，对应合适的神经控制器与适当的操作模式[26]。仿真结果表明，使用ART2神经控制分类器比单一的神经控制策略具有更小的输出误差。
222模糊神经网络控制方法
模糊神经网络(fuzzy neural network)是当今温室智能控制的研究热点。模糊神经网络控制就是模糊控制与神经网络控制的结合，兼具有神经网络强大的自学习功能和模糊逻辑推理较强的知识表达能力。
通常模糊控制和神经网络控制有以下3种结合方式：(1)模糊神经网络混合控制方法。该方式的控制器为模糊控制器和神经网络控制器共同构成，对输入信号进行判断，选择对应控制器对其进行处理。(2)基于模糊推理的神经网络控制方法。即先对输入信号进行模糊推理，再传递给神经网络进行处理，形成的控制方法主体为神经网络控制方法。(3)基于神经网络的模糊控制方法。即利用神经网络函数调整模糊函数推理系统的隶属度函数和推理规则，其主体为模糊控制方法，这种结合方式最为常用。
Eddine等提出了一种基于自适应神经模糊推理系统的温室气候模型，该模型的输入为环境因子和控制执行机构参数，用来代表番茄植物成长过程中的主要影响因素[27]。利用神经网络进行训练，经过500次迭代后得出最后模型。Khoshnevisan等的研究中，利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)对温室草莓的产量进行预测，并对人工神经网络(ANN)模型和ANFIS模型的预测结果进行对比，结果表明，ANFIS模型相对人工神经网络模型可以更好地预测草莓产量[28]。吴晓强等运用模糊控制理论和专家知识建立温室控制模糊规则，结合BP神经网络控制理论，以温度和湿度作为主要控制变量设计模糊神经网络控制系统[29]。模糊神经网络模型共分4层，最后试验对模糊控制与模糊神经控制的仿真结果进行了对比，证明模糊神经控制超调更小、响应更快、控制效果更好，且具有良好的抗干扰能力。
模糊神经网络控制方法可以将模糊控制方法和神经网络控制方法的优缺点进行互补。如利用神经网络的自学习能力，可以很好地解决传统模糊控制过度依赖专家知识的问题。而模糊控制的加入使神经网络对于知识的表达能力大幅提升。二者的结合是模糊控制领域和神经网络控制领域共同的发展方向，能够解决许多传统控制方法无法解决的复杂问题[30]。
23神经网络控制技术的研究进展
从国内外研究现状可以看出，神经网络技术已经成为多交叉学科融合的前沿技术，将其与多种先进控制方法(如模糊控制、遗传算法、专家系统等)进行融合形成的智能控制方法也已被广泛应用于各个领域并取得了良好的效果。神经网络控制尤其适用于数学模型难以准确建立，或对象机理不明确的应用场景。在设施农业温室大棚的研究中，神经网络灵活应用于产量预测、虫害预测、作物生长状况以及作物生长环境的研究。在运用神经网络对温室系统进行系统辨识和控制时，其网络结构、控制算法、控制结构等的确定将是未来主要研究方向。
3专家系统控制技术
31专家系统控制原理
专家系统控制(Expert Control)的研究起源于20世纪60年代末，作为人工智能中最具实用价值的技术，已经广泛应用于众多生产生活领域。专家系统控制就是以智能的方式利用某一领域的专家知识，是专家系统技术与传统控制理论结合的产物。专家系统是一种具有特定领域专家级知识和经验的智能计算机系统，因其集成了相关领域众多专家的经验和知识，有时甚至超过相同领域的人类专家的水平[31]。
专家系统主要组成部分为专家知识库和推理机，其结构见图6。专家知识库是用来存放某一领域相关知识和规则的数据库，这些知识来自相关领域的常识性知识、已经确定的书本文献的知识以及专家们经过反复实践得出的知识，是推理機工作的知识基础。推理机根据知识库中存放的专业知识为推理基础，根据问题类型选择推理策略和机制，为遇到的现实问题提供解决方案。专家知识库和推理机的设计对专家系统的设计至关重要。
相对于一般的智能控制而言，专家系统控制具有如下基本特点：(1)具有特定领域专家级别的知识;(2)具有启发性，可以进行有效推理;(3)具有灵活性和透明性;(4)具有一定的困难性和复杂性。
32专家系统控制方法
321基本专家系统控制方法
农业专家系统是综合分析各类农业领域相关知识、经验、数据和模型后，通过计算机得出最优的解决方案，用于指导智慧农业生产的一种高新科技[32-33]。当农业专家系统运用在温室大棚时，可以大大提高温室的智能性，使温室系统具有诊断、决策及预测等功能。
王健运用专家系统控制方法建立了温室番茄生长发育专家系统，可以随时调用查询预存的专家知识和经验，从而实现番茄生长发育预测和病虫害的预测诊断。设计了相关的界面，并细化了各个模块的功能[34]。晏江着眼于设施蔬菜生产的整个过程，将计算机控制技术与设施蔬菜栽培专家的经验、知识和解决问题的方法相结合，集成先进的农业技术，开发了一套具有一定先进性的设施蔬菜生产管理专家系统，为温室种植者提供决策辅助[35]。系统具有播前决策功能、田间管理功能、病虫害防治功能、产后决策功能、其他辅助决策功能和知识获取功能，具有很好的实用性。西班牙科学家 Gonzalez-Andujar设计了一种具有蔬菜病虫害防治、杂草鉴别功能的专家系统，方便种植者查询作物种植方面较为全面的指导性建议[36]。系统根据专家知识内容分为病害、虫害和杂草3个子系统，每个子系统拥有各自独立的数据库，提高了决策的针对性及正确性。
322模糊专家系统控制方法
专家系统的规则前件和后件通常都是精确的集合，所以推理范围狭窄，但实际问题的知识概念往往不是很明确的。模糊控制则存在控制器与知识表达结构单一，对复杂问题的启发性问题解决较为困难的问题。将二者结合形成模糊专家系统控制方法，以模糊控制作为最基本的控制规律，由专家系统根据被控目标的特征选择相应的最有效的控制规律，这种算法可以很好地弥补模糊控制和专家系统各自的缺陷和不足。
西班牙的Romeo等提出一种新的专家识别系统，用于区分玉米大麦等作物与杂草，它由决策和识别2个主要模块构成，运用专家系统并加入模糊控制的策略[37]。吴晓辰在温室栽培研究中，在对植物病例分析的部分将模糊控制融入专家系统，推导了一种不完备信息系统的模糊度来进行病症特征的提取的算法，即从人为经验知识归纳得出的知识库中提取病症特征，利用模糊函数对不完备的信息的判断和总结，从而进行病症诊断推理[38]。
323神经网络专家系统控制方法
神经网络和专家系统在控制方面都具有各自的优点，也都具有各自的局限性。专家系统的优势在于规则清晰表达和对推理过程的正确表达，而神经网络的优势在于决策力以及对知识的获取上。将二者结合形成神经网络专家系统，其中神经网络作为专家系统自动获取知识的新途径，专家系统直接改进神经网络的权值问题，也可以间接改善神经网络学习速度，达到了2种控制方法的优势互补。
张洪波等设计了一种基于BP神经网络专家系统控制方法的智能温室大棚控制系统[39]。系统被划分为多个功能模块，分别具有各自的任务和功能。在算法上将神经网络和专家系统进行集成，融合了二者的优点，使系统更加智能。马丽丽等根据已有的专家知识库建立了以温室大棚温湿度为输入的神经网络病害预测模型，并通过此模型结合实时环境数据对未来的病害进行预测[40]。
33专家系统控制技术的研究进展
近20年，农业智能专家系统技术发展迅速[41]。农业智能专家系统运用现代化的手段，将智能技术、计算机技术、3S技术、数据挖掘技术等与专家系统控制技术进行融合，催生了如运用精确化农业信息的精准农业专家系统控制方法、侧重植物形态结构的虚拟作物专家系统控制方法以及深度运用数据挖掘技术的专家系统控制方法等。这些智能专家系统控制方法旨在模拟领域专家的智能思维及行为，为作物提供最适宜的生长环境参数和环境调控方案，将会成为今后农业专家系统的主要发展方向。
温室专家系统控制技术，经过数十年的发展成功应用于温室诊断、预测、咨询、控制等方面，成为设施农业温室智能控制方面的研究热点。
4展望
基于对目前国内外设施农业温室大棚环境控制技术研究现状的分析，结合作者在实验室的基础研究，提出今后温室环境控制技术的发展方向。
41传感网络的无线化
随着无线传感器网络(WSN)的发展，智能温室大棚的无线化将成为必然趋势[42]。传感网络无线化，即数据通过无线网络从众多小型传感器节点发送到信息采集站或集控中心。这种传感网络具有极佳的自愈性和自组织性，相较于传统有线传感网络不仅具有故障少、成本低的优点，而且很好地解决了高温高湿环境下线路易腐蚀老化的难题，非常适合应用在温室大棚控制系统。多传感器的数据融合和传感器节点的节能管理等重点难点将成为无线传感网络的未来研究方向。
42智能控制方法的融合化
模糊控制的优点是鲁棒性优良，知识表达能力强，无需建立精确的模型;缺点是只可实现的是粗略控制且对滞后的问题无法有效解决。神经网络控制具有可训练性和自适应能力，且计算速度快;缺点是结构和类型难以确定，无法保证结果的绝对正确性，算法易陷入局部最优。专家系统的优点在于规则的清晰表达和对推理过程的正确表达;缺点是不具备自学习能力，且知识获取较难，造成了效率的低下。单一的控制方法无法满足温室系统的智能控制，将多种算法进行集成融合，优势互补，取长补短，则可以实現对温室众多环境因子变量更有效控制。
43物联网技术的成熟化
农业物联网即通过部署传感装置、计算设备、执行设备以及信息通信网络，实现“人、机、物”的相互联通。随着物联网在农业方面的应用日趋广泛和成熟，物联网技术将全面渗透到智能温室控制领域，包括对农业对象的信息识别、定位追踪、环境监控和综合管理等。在温室环境智能化监控、产品可追溯和信息融合等方面，物联网技术都体现出了其独有的优势。物联网技术是世界设施农业发展的趋势，也是我国设施农业发展的必经之路。
44专家系统的智能化
专家系统与自动控制技术相结合，并灵活应用数据挖掘技术，可以实现对温室大棚内环境的实时监控。根据不同作物不同时期的生长需求，自动形成最优控制方案，按其所需提供适宜的环境参数和控制建议。这样充分发挥了专家系统在数据处理方面的优势，使系统具有自适应性和自学习性。除了环境调控方面的应用，温室大棚专家系统不断向多层次、多功能的方向发展，逐渐在病虫害防治、作物生产管理、辅助决策、经济分析等多个方面表现出其先进性。专家系统的应用使温室大棚系统控制更智能，方法更简单，效果更明显，食品更安全。
45农产品全程可追溯化
农产品安全追溯系统，即利用网络技术和身份识别技术(如二维码、条形码、电子标签等)将农产品的生产环节、加工环节、储藏环节、运输环节和销售环节打通，形成一个安全追溯闭环。用户可以更便捷地获得农产品的全程可追溯信息，实现设施农业的透明化管理。使消费者获得更加便捷的生活服务，使生产者获得较好的产品推广，使监管部门获得更全面的管理数据，从而更好地保证食品安全。农产品全程安全可追溯已经成为世界农业发展的趋势。
5结论
目前，设施农业温室大棚智能控制技术是多变量、大滞后、强耦合的复杂温室大棚系统最行之有效的控制方法[43-44]。随着设施农业温室大棚智能控制技术的研究，部分智能温室大棚已经可以突破自然环境的制约，按照人类的市场需求，为植物创造出最适宜的生长条件。
本研究分析了设施农业温室大棚智能控制技术的发展历程，研究了模糊控制技术、神经网络控制技术和专家控制技术中标志性智能控制方法的内涵、优缺点以及适用的控制环节。指出现阶段多种智能控制方法百花齐放，没有孰优孰劣之分。合理利用不同智能控制技术的优点，对多种智能控制技术进行集成融合，才能为作物提供更适宜的生存环境。
设施农业温室大棚智能控制技术的发展趋势必然是智能控制、传统控制及诸技术(如无线传感技术、物联网技术、身份识别技术等)的融合。在提高农作物产出率的同时，实现农产品全程安全溯源，实现各个环节智能化，向着高产、高效、环保、节能、安全、透明的方向稳步持续快速发展。作为设施农业的重点发展方向，温室大棚智能控制技术必然具有广阔的研究和应用前景。
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作者：邢希君 宋建成 吝伶艳 田慕琴 李德旺
智能农业温室大棚管理系统项目分析与设计
目 录
第一章 绪论
1.1项目背景
智能温室大棚是农业物联网的一个重要应用领域，是以全面感知、可靠传输和智能处理等物联网技术为支撑和手段，以温室大棚的自动化生产、最优化控制、智能化管理为主要目标的农业物联网的具体应用领域，也是目前应用需求最为迫切的领域之一。温室大棚以日光温室为主，温室结构简易，环境控制能力低。我国温室大棚的技术装备尽管有了较大发展，但是温室大棚种植普遍存在管理粗放、技术设施落实不到位、智能化水平低，导致单位生产效率低、投入产出比不高、农业产品质量安全水平起伏较大的现状，在温室环境、栽培管理技术、生物技术、人工智能技术、网络信息技术等方面和发达国家存在着较大差距。我国建设在南方的大型智能温室以生产花卉为主，北方的则以栽培蔬菜为主，少部分智能温室用于栽培苗木。
四川省成都市温江区响应国家号召，政府投资，在温江区实施高科技农业示范区，示范区位于成都市温江区，当地气候为亚热带季风气候，四季分明，七月份平均气温35℃，平均降雨量400mm,一月份平均气温9℃，平均降雨量300mm。全区占地面积为：24m*32m=768平方米，已经装有混凝土拱架塑料大棚，作为有机蔬菜以及园艺种植区域，产品规格为栋宽12米，间距4米，天沟(雨水槽底部局柱底高度)5米，顶高(屋脊到柱底高度)5.9米，屋面角度25度，外遮阳高度6.4米;排列方式为屋脊走向为：南北12m*4跨=48米，侧墙长(南北)：4米*8榀=32米。现计划在该整片温室大棚种植区域安装基于物联网技术的全方位随时监控管理的智能温室大棚系统，作为农业示范区域，以便以后在整个成都片区实行推广。1.
2现存问题
首先是成本较高。一般来讲，一套智能化的控制系统成本主要包括硬件成本、运行成本和维护成本。硬件成本包括各仪器仪表、通信线缆等。整个系统也不能自由组合或者裁剪应用于不同的对象，使得难以得到推广和普及。同时，由于系统复杂、布线繁多、故障率高而且使得故障后的维修成本极大。另外，系统庞大造成的运行成本也不是一笔小费用。
其次是布线复杂。温室中有大量分散的传感器和执行机构，这些设备可能随着作物的改变而进行调整，同时错综复杂的线缆也需要重新铺设，工作量较大。为了科学、合理地实现大面积温室环境参数的自动检测与控制，电子检测装置和执行机构的设置不仅数量大而且分布广，连接着各个装置与机构的线缆，也因此纵横交错。当温室内生产的果蔬作物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置常常需要调整，连接着各个装置与机构的线缆有时也需要重新布置。这不仅增大了温室的额外投资成本和安装与维护的难度，有时也影响了作物的良好生长。
第三，故障解决难。当数据无法正常接收时，检查人员不知道是线路问题还是节点故障。另外，目前的控制系统多采用基于现场总线的分布式模式，当总线出现故障时，虽然各控制节点尚能正常工作，但是上位机却无法正常管理整个网络，专家控制策略无法实施。
1.2项目意义
(1)实现广范围的测量，需求传感器节点多当前温室生产的首要特点就是监控区域很大，普通单个连栋温室都有几千平方米，而一个园区温室群的面积可能会在几百亩以上，因此需要大量的传感器节点构建传感器网络，在每个温室中采集诸如空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度、营养液EC值、pH值以及室外天气参数等信息，除此以外，目前对作物生理参数的检测也逐渐受到人们的重视，因此将会有更多的传感器节点被用于温室生产。另外，用于驱动温室中执行机构的控制节点的数量也不能忽略。由此可见，温室对其监测与控制系统的首要需求就是网络容量大。
(2)检测点位置灵活变动
温室中大量分散的传感器，但随着作物的生长而需要不断调整位置;或者当温室内生产的作物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置也常常需要调整;另外，温室的利用结构也会经常根据用户需要而不断改变，这就要求系统中各个节点能根据需要随意变换位置而不影响系统工作。
(3)节点数目可随意增减
作物生长阶段不同，环境因子对作物的影响可能也不同，生长初期可能对温度比较敏感，而后期可能对光照比较敏感，这就要求系统可以随意改变节点的类型和数量。除此以外，随着作物的生长，用户可能还需要对植物的生理参数进行监测而需要不断增加传感器节点。在某些科研温室中，也经常需要改变传感器节点的类型和数量，以达到精确监测与控制。上述这些情况都需要所用的监控系统的节点能随意增减。
(4)系统可靠性
系统故障而造成的经济损失不可估量。如果系统出现问题而未能被及时发觉和修复，那么可能对作物造成致命的伤害，尤其在一些恶劣的天气例如高温和寒冷气候条件下，这将直接影响产量和收益。另外，温室内湿度高、光照强、具有一定的酸性，都会导致线缆的腐蚀、老化，从而降低系统的可靠性和抗干扰性，这对于检查系统故障造成困难。例如，当数据无法正常接收时，检查人员不知道是线路问题还是节点故障，这对及时发现和解决故障带来不便。因此，温室测控系统必须要可靠。
2、方案概述
本系统结构及配套设施：主体骨架为热镀锌型组装、覆盖材料、自然通风系统强制通风系统、内遮阳系统、外遮阳系统、环流风机系统、加热系统、补光系统、配电系统、监控系统、智能控制系统。
智能化大棚是一个半封闭系统，依靠覆盖材料形成与外界相对隔离的室内空间，一方面要以通风换气创造植物生长优于室外自然环境的条件;另一方面，室内产生的高温高湿和低二氧化碳浓度，通过通风换气来调控，创造植物生长的最佳环境。
3、系统功能描述
3.1、智能温室大棚物联网感知层
智能温室大棚物联网的应用一般对温室的七个方面进行监测，即通过土壤、气象、光照等传感器，实现对温室的温、水、肥、电、热、气、光进行实时调控与记录，保证温室内的有机蔬菜和花卉生产在良好的环境中。
3.2、智能温室大棚物联网传输层
一般情况下，在温室内部通过无线终端，实现实时远程监控温室环境和作物生长情况。通过手机网络和短信的方式，监测温室传感器网络所采集的信息，以作物生长模拟技术和传感器网络技术为基础，通过常见蔬菜生长模型和嵌入式模型的低成本智能网络终端。通过中继网关和远程服务器双向通信，服务器也可以进一步做出决策分析，对所部署的温室中灌溉等装备进行远程管理控制。
3.3、智能温室大棚物联网智能处理层
通过对获取信息的共享、交换、融合，获得最优和全方位的准确数据信息，实现对智能温室大棚作物的施肥、灌溉、播种、收获等的决策管理和指导。基于作物长势和病虫害等相关图形图像处理技术，实现对大棚作物的长势预测和病虫害监测和预警功能。还可以将监控信息实时地传输到信息处理平台，信息处理平台实时显示各个温室的环境状况，根据系统预设的阈值，控制通风/加热/降温等设备，达到温室内环境可知、可控。
4、系统架构
5、系统网络拓扑
6、各子系统设计
6、1 感知层
(1) 无线传感网络
无线传感器网络(WSN)就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。
Zigbee网络组网
网关 ：Zigbee—3G ZigBee节点是可以组建Mesh网络的，设置一个ZigBee节点为网络协调器，其他每个ZigBee节点都可以当做路由节点来使用，也可以设置为终端节点但是就失去了路由功能。
(2)视频监控
摄像机 ： WIFI传感网络，对检测到的图像信息使用WIFI进行传输 (3)设备供电
设备供电系统由最新的太阳能供电，AC 220V、DC 12V或者太阳能供电。
6、2
传输层
(1)网关：
3G无线网关：将Zigbe信号转化为3G信号进行传输 (2)路由器
交换机
3G无线路由器、交换机，用于传输局域网和广域网的数据 (3) 供电设备： 采用标准220V电源供电
6、3
网络层
(1)终端服务器：采用电脑作为服务器终端 (2)云服务平台：
采用云服务器，对大量的信息进行处理和保存 (3)监控中心：
采用球机型无线WIFI摄像机对温室大棚的情况进行采集 (4)供电方式：
采用220V标准电压供电
6、4
应用层
(1)电脑终端：
采用台式电脑或者笔记本电脑作为应用层终端 (2)手机终端：
采用智能手机作为终端，对采集的信息进行处理 (3)供电方式： 220V标准供电
7、 工程造价表
一、项目背景
近年来，农业温室基础设施发展迅速，但是在自动监控方面仍存在着诸多问题。温室监控区域较大，需要大量的传感器节点构成大型监控网络，通过各种传感器采集诸如温度、空气湿度、光照度、土壤湿度、EC值、pH值等信息，实现自动化监控。传统温室监测与控制系统多采用有线连接，布线复杂，往往造成温室内线缆纵横交错、使用不便、安装维护困难、可靠性差等问题。
无线传感器技术被认为是满足温室应用需求且代替有线连接的最好方式。惠企物联科技结合最新的ZIGBEE无线技术，将传感器整合到无线传送网络中：通过在农业大棚内布置温度、湿度、光照、等传感器，对棚内环境进行检测，从而对棚内的温湿度，光照等进行自动化控制。通过更加精细和动态监控的方式，来对农作物进行管理，更好的感知到农作物的环境，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平。
二、现存问题
首先是成本较高。一般来讲，一套智能化的控制系统成本主要包括硬件成本、运行成本和维护成本。硬件成本包括各仪器仪表、通信线缆等。整个系统也不能自由组合或者裁剪应用于不同的对象，使得难以得到推广和普及。同时，由于系统复杂、布线繁多、故障率高而且使得故障后的维修成本极大。另外，系统庞大造成的运行成本也不是一笔小费用。 其次是布线复杂。温室中有大量分散的传感器和执行机构，这些设备可能随着作物的改变而进行调整，同时错综复杂的线缆也需要重新铺设，工作量较大。为了科学、合理地实现大面积温室环境参数的自动检测与控制，电子检测装置和执行机构的设置不仅数量大而且分布广，连接着各个装置与机构的线缆，也因此纵横交错。当温室内生产的果蔬作物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置常常需要调整，连接着各个装置与机构的线缆有时也需要重新布置。这不仅增大了温室的额外投资成本和安装与维护的难度，有时也影响了作物的良好生长。
第三，故障解决难。当数据无法正常接收时，检查人员不知道是线路问题还是节点故障。另外，目前的控制系统多采用基于现场总线的分布式模式，当总线出现故障时，虽然各控制节点尚能正常工作，但是上位机却无法正常管理整个网络，专家控制策略无法实施。
三、项目意义
(1)实现广范围的测量，需求传感器节点多
当前温室生产的首要特点就是监控区域很大，普通单个连栋温室都有几千平方米，而一个园区温室群的面积可能会在几百亩以上，因此需要大量的传感器节点构建传感器网络，在每个温室中采集诸如空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度、营养液EC值、pH值以及室外天气参数等信息，除此以外，目前对作物生理参数的检测也逐渐受到人们的重视，因此将会有更多的传感器节点被用于温室生产。另外，用于驱动温室中执行机构的控制节点的数量也不能忽略。由此可见，温室对其监测与控制系统的首要需求就是网络容量大。 (2)检测点位置灵活变动 温室中大量分散的传感器，但随着作物的生长而需要不断调整位置;或者当温室内生产的作物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置也常常需要调整;另外，温室的利用结构也会经常根据用户需要而不断改变，这就要求系统中各个节点能根据需要随意变换位置而不影响系统工作。 (3)节点数目可随意增减
作物生长阶段不同，环境因子对作物的影响可能也不同，生长初期可能对温度比较敏感，而后期可能对光照比较敏感，这就要求系统可以随意改变节点的类型和数量。除此以外，随着作物的生长，用户可能还需要对植物的生理参数进行监测而需要不断增加传感器节点。在某些科研温室中，也经常需要改变传感器节点的类型和数量，以达到精确监测与控制。上述这些情况都需要所用的监控系统的节点能随意增减。 (4)系统可靠性
系统故障而造成的经济损失不可估量。如果系统出现问题而未能被及时发觉和修复，那么可能对作物造成致命的伤害，尤其在一些恶劣的天气例如高温和寒冷气候条件下，这将直接影响产量和收益。另外，温室内湿度高、光照强、具有一定的酸性，都会导致线缆的腐蚀、老化，从而降低系统的可靠性和抗干扰性，这对于检查系统故障造成困难。例如，当数据无法正常接收时，检查人员不知道是线路问题还是节点故障，这对及时发现和解决故障带来不便。因此，温室测控系统必须要可靠。
四、项目介绍
4.1 ZIGBEE技术介绍
ZIGBEE技术是IEEE(美国电子和电气工程师协会)研发的新一代无线通讯技术。可应用在固定、便携或移动设备上的，低成本、低功耗的低速率无线连接技术;2001年8月，美国HONEYWELL等公司发起成立了ZigBee联盟，他们提出的ZigBee技术被确认为IEEE 802.15.4标准;现联盟内有众多的成员企业。
ZIGBEE技术现已被非常的应用，诸多的芯片厂家，如TI,三星，飞利浦等等，都生产出了与该协议技术兼容的芯片，并被大量的应用。
ZIGBEE属于微波段2.4GHZ频率，可实现远距离(0~1000米)传送给路由器;一般有3部分组成：ZIGBEE传感器标签、 ZIGBEE路由器、 ZIGBEE协调器组成，需外接2.4~3.7V的电源，当标签检测到现场的数据后，通过电磁波的传导，远距离的无线传输给路由器，路由器在已同样的原理传输给协调器，协调器一方面可以将数据通过串口传送给电脑，以供系统分析控制，一方面可以通过内置的单片系统处理、分析、控制所接受的数据。整个传输过程均通过无线传输，传送速率在250K/s,且在传送过程中对数据的加密保护，实现了快速、安全的现场数据采集。
ZIGBEE在无线传输的过程中，可以自动的实现自组网、多跳、就进识别的功能，当现场的单个路由出现问题时，其他路由会自动的寻找其他的线路，不会耽误系统的运行; 4.2系统简介
温室大棚对环境的要求非常高，温度、湿度、光照、CO
2、等一系列的参数均对其影响重大。优秀的温室大棚管理，即对于以上环境变量的严格管理。
在本系统中，我们采用不同的传感器来实现对环境的监控，像无线温度传感器、无线湿度传感器、无线光照度传感器、无线CO2传感器等。以无线温度传感器为例，该传感器采用3大模块组成：
1、温度传感器模块;
2、单片机系统模块;
3、无线发送模块。温度传感器模块检测到现场的温度数据后，将数据交由单片机处理，单片机通过模拟转数字-数字转模拟的处理，最终驱动无线发送模块将数据无线发出。此无线温度传感器的传输距离可达120米。
无线温度传感器将数据向外发送，安装在室内的或室外的路由器接受该数据，并将数据整理后，发送给ZIGBEE协调器，协调器会将数据整理并通过串口上传电脑，电脑即根据现场的数据，与温度标准值进行比较，如若超出标准值，电脑则控制温室内外的：天窗、侧窗、内遮阳保温幕、外遮阳幕、风机、等开启。同时，温室内的传感器时时检测现场数据，当现场温度达到标准值后，电脑即关闭控制。
4.3系统硬件组成
系统硬件按照控制的流程分3大部分：数据采集部分、数据传输部分、控制部分。
4.3.1数据采集部分
温度传感器：该传感器采用3大模块组成：
1、温度传感器模块，采用美国进口的DS18B20模拟头，精度等级在± 0.5℃;
2、单片机系统模块;
3、无线发送模块。
4、长待机电池。温度传感器模块检测到现场的温度数据后，将数据交由单片机处理，单片机通过模拟转数字-数字转模拟的处理，最终驱动无线发送模块将数据无线发出。每只传感器都带有一个ID号，而此ID号是有24位的字母、数字组成，可以实现无限的序号组合，即可实现全球唯一ID号;每只标签的ID号与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。 此无线温度传感器的传输距离可达120米。
湿度传感器：该传感器采用3大模块组成：
1、湿度传感器模块，采用美国进口的SHT11模拟头，精度等级在± 3%RH;
2、单片机系统模块;
3、无线发送模块。
4、长待机电池。湿度传感器模块检测到现场的湿度数据后，将数据交由单片机处理，单片机通过模拟转数字-数字转模拟的处理，最终驱动无线发送模块将数据无线发出。每只传感器都带有一个ID号，而此ID号是有24位的字母、数字组成，可以实现无限的序号组合，即可实现全球唯一ID号;每只标签的ID号与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。 此无线湿度传感器的传输距离可达120米。
光照度传感器：该传感器采用3大模块组成：
1、温度传感器，采用美国德州仪器的传感器，可测量0~20万lus;
2、单片机系统模块;
3、无线发送模块。
4、长待机电池。光照度传感器模块检测到现场的温度数据后，将数据交由单片机处理，单片机直接将接受到的传感器数字信号处理，并驱动无线发送模块将数据无线发出。每只传感器都带有一个ID号，而此ID号是有24位的字母、数字组成，可以实现无限的序号组合，即可实现全球唯一ID号;每只标签的ID号与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。 此无线光照度传感器的传输距离可达120米。
CO2传感器：该传感器采用美国(Telaire)公司产品，该传感器采用红外光谱形式，0-2000PPM 的量程能满足植物研究的所有需求。传感器对科研型温室高温、高湿不敏感。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。
雨量传感器：本仪器反斗部件翻转灵敏，性能稳定，工作可靠。承雨口采用不锈钢皮整体冲拉而成，光洁度高，滞水产生的误差小。仪器外壳用不锈钢制成，防锈能力强，外观质量佳。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。
降雨感知传感器：探头为美国德州仪器 TI 公司产品，主要用于探测是否有降雨，该产品具有判断降雨和结露的不同情况，具有工作可靠，价格便宜等特点。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。
风速风向传感器：风速风向传感器”选用美国Davis(戴维斯)公司产品(Davis6410)。“风速风向传感器”内部装有精密旋转运动部件，这些机械部件的稳定性非常好，能在恶劣环境下保持传感器的测量精度。，外壳高强度特殊工程塑料具有极好的抗紫外老化作用。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。
土壤湿度传感器：采用水利部认证传感器，该传感器采用先进的“时域反射原理”，杆式设计，感应部分 48cm，适用于测量任何类型土壤的体积含水量，测量精确，性能稳定可靠，此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。
水暖水温传感器与土壤温度传感器：采用美国DALAIS 公司温度传感器，外套“密封不锈钢铠甲”。特性：一致性好，精度高，密封性好，此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。
液面湿度传感器: 主要测量植物表面的叶面蒸发程度及植物表面的湿度情况，适用于高档花卉。例：一品红，该系列传感器适用于农业、园林、气象、环保等领域对温度和湿度的测量，经过绝缘封装等加工工艺，可在高温高湿等恶劣环境中长期稳定地工作。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。
以上的诸多品种传感器，可直接安放在温室内，或温室外。其中最为常用的传感器为温度传感器、湿度传感器、光照传感器，在本系统中针对此3种传感器，我们采用无线的传输方式，用无线模块将数据送至无线路由器。其他种类传感器因考虑用量较少，用无线传输方式成本较高，暂时用有线传输数据。
4.3.2数据传输部分
无线路由器：识读标签;微波2.4~2.5GHz微波频段;吊挂式或固定支架安装，防尘防水，与标签的读写距离0~300米。
无线路由器的信号覆盖到无线传感器的接收范围内时，路由器即能采集到标签过来的数据信息;
因现场需要检测不同位置的环境，会安装较多的传感器，路由器接收的数据具备冗长性，通过数据融合，将多个无线传感器数据整理成更精准的数据，无线发送给协调器;
路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。
无线协调器：识读中继器，接收中继传送过来的信息，并将数据用串口上传工控机;识别距离0~300米可调;微波2.4~2.5GHz频段;吊挂式或固定支架安装，工业RS485串口，防尘防水。
协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。当现场数据较大，较多时，亦不会产生数据的拥堵。
4.3.3控制部分
工控机：采用工业PC机，较强的功能与性能，具备工业级别的串口通讯、I/O口输入输出。
内置强大的软件控制功能：稳定的数据采集、基于实际应用的数据分析、专家数据库、精准的控制逻辑。
PLC控制：采用西门子公司的S7系列PLC;多路稳定的I/O控制、工业级别的串口通讯、精准的控制时序、
驱动控制：电机、气缸、电磁阀
现场执行单元：内遮阳，外遮阳，顶开窗，侧开窗，湿帘外开窗，湿帘水泵，湿帘风机，2组风机，内循环风机，补光灯，喷雾，微喷等设备。(甲方单独配置)
4.4系统软件
本系统软件着重分析了温室中的：空气温度、空气湿度、土壤温度、光照度，4大参数，这是温室环境控制中最重要的4个参数。
4.4.1空气温度控制
4.4.1.1现场数据采集
在温室内安放多个无线传感器，因传感器无线发送数据，所以不用担心布线的繁杂，可以将传感器安放在温室内的任何一个地方，并且可以随意的调整位置。传感器还内存有ID号，每个传感器的ID是全球唯一，是代表该传感器的身份。传感器安放好后，传感器的ID号、采集的数据、所在位置等信息会一并的传给路由。
温度管理一般把一天分为午前、午后、前半夜和后半夜4个时段来进行温度调节。午前以促进光合作用、增加同化量为主;午后光合作用呈下降趋势;日落后以促进体内同化物的运转;夜温以抑制呼吸、减少消耗、增加积累; 传感器内置单片控制系统，因此可以设置传感器检测和外发数据的周期，就可以设置传感器外发数据的周期为1次/小时、1次/分钟、或1次/30秒等，一来可以根据现场的实际需求而定，二来可以为传感器节省电能，使用的时间更长久。
4.4.1.2数据传输
传感器将采集到的数据无线发送给室内的路由器，路由器接收并转化传感器的数据，标签是利用电磁波形式传递数据，路由接收后，解调该数据。 在同一时间会有多个标签向路由发送数据，路由会将接收到的数据进行融合，整理成较精准的数据发出。如：
路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。如图：
协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。工业RS485串口连接电脑，防尘防水。 4.4.1.3控制时序
A、温度高于标准值：每种植物都有不同的温度生长曲线，植物在不同的时间段都会有不同的适宜生长温度，如在每一天中，植物对于温度的需求就有4种，这是因为其处于不同的时段，会有不同的转化机能。当温室内的空气温度高于标准值时，系统会自动比较在某时段标准值与实际值的差异，进而来控制不同设备进行降温。
如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的温度数据为35.4℃时， 数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。
系统为保证该温度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。
系统会调出在该段时间的标准值27℃，并与现场数据比对，判断比现场的温度高8.4℃，即会控制降温设备开启。
控制降温设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前温度值不能降低到目标值时，会顺序开启降温设备;当现场温度与目标温度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。
天窗：分段开启顶开窗系统;通过室外自然温室调整温室内的温度，依此原理，直至顶开窗系统为 100%。
侧窗：再分段开启侧窗通风系统;依此原理，直至侧开窗系统为 100%。
强制降温过程：自然通风不能降低温室内的温度时，系统自动关闭自然通风相关设备，采用强制通风的方式来控制室内温度。延时后，关闭天窗，其次关闭侧窗。 湿帘外翻窗：开启湿帘外翻窗。 一组风机：开启第一组风机。 湿帘水泵：开启湿帘水泵。 二组风机：开启第二组风机。
循环风机：在一定的时间内判断当温室内的温室不均匀时，开启循环风机。 喷林或喷雾：开启屋顶喷淋系统。
报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启温度过高报警，提示用户需增加降温设备。 系统会时时检测现场温度，当现场温度趋于目标温度时，系统即关闭降温设备。
B、温度低于标准值：
如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的温度数据为20℃时， 数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。
系统为保证该温度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。
系统会调出在该段时间的标准值27℃，并与现场数据比对，判断比现场的温度低7℃，即会控制升温设备开启。
控制升温设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前温度值不能升温到目标值时，会顺序开启升温设备;当现场温度与目标温度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。
内遮阳保温幕：拉下内遮阳保温幕，不使室内温度外泄。 外遮阳幕：若外界光照较强，可打开外遮阳幕，通过光照升温。 热风炉、水暖空调、暖气：打开加热装置，是室内温度升温。
报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启温度过高报警，提示用户需增加降温设备。
系统会时时检测现场温度，当现场温度趋于目标温度时，系统即关闭升温设备。
4.4.2空气湿度控制
4.4.2.1现场数据采集
在温室内安放多个无线传感器，因传感器无线发送数据，所以不用担心布线的繁杂，可以将传感器安放在温室内的任何一个地方，并且可以随意的调整位置。传感器还内存有ID号，每个传感器的ID是全球唯一，是代表该传感器的身份。传感器安放好后，传感器的ID号、采集的数据、所在位置等信息会一并的传给路由。
湿度传感器内置单片控制系统，因此可以设置传感器检测和外发数据的周期，就可以设置传感器外发数据的周期为1次/小时、1次/分钟、或1次/30秒等，一来可以根据现场的实际需求而定，二来可以为传感器节省电能，使用的时间更长久。
4.4.2.2数据传输
传感器将采集到的数据无线发送给室内的路由器，路由器接收并转化传感器的数据，标签是利用电磁波形式传递数据，路由接收后，解调该数据。
在同一时间会有多个标签向路由发送数据，路由会将接收到的数据进行融合，整理成较精准的数据发出。如：
路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。如图：
协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。工业RS485串口连接电脑，防尘防水。
4.4.2.3控制时序
A、湿度高于标准值：
如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的湿度数据为80%RH时，数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。
系统为保证该湿度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。
系统会调出在该段时间的标准值65%RH，并与现场数据比对，判断比现场的温度高15%RH，即会控制除湿设备开启。
控制除湿设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前湿度值不能降低到目标值时，会顺序开启除湿设备;当现场湿度与目标湿度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。
侧窗：分段开启侧窗通风系统，进行除湿，依此原理，直至侧开窗系统为 100%。 除湿机控制：开启除湿机进行除湿。
报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启湿度过高报警，提示用户需增加除湿设备。
系统会时时检测现场湿度，当现场湿度趋于目标温度时，系统即关闭除湿设备。 B、湿度低于标准值：
如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的湿度数据为40%RH时，数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。
系统为保证该湿度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。
系统会调出在该段时间的标准值65%RH，并与现场数据比对，判断比现场的温度低15%RH，即会控制加湿设备开启。
控制加湿设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前湿度值不能升到到目标值时，会顺序开启加湿设备;当现场湿度与目标湿度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。
加湿机控制：开启加湿机进行加湿。需设置相应的目标值，系统就会自动运行。判断时间保证了不是判断瞬间湿度值的超标，而是判断湿度度整体趋势的变化;在一定的时间内湿度值都超标，才启动控制条件。稳定判断时间保证温室设备启动后，不判断瞬间达到目标值，而是稳定一段时间后才判断。避免了控制条件很快反复上升;也避免设备电机频繁启动，从而更好的保护电机. 报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启湿度过高报警，提示用户需增加除湿设备。
系统会时时检测现场湿度，当现场湿度趋于目标温度时，系统即关闭加湿设备。
4.4.3土壤温度控制
4.4.3.1现场数据采集 在温室内安放多个有线传感器，传感器时时的通过线缆向电脑发送数据。
4.4.3.2控制时序
土壤温度低于标准值：
该传感器是数字传感器，内存有0~99的ID号，现场变送出数字信号传送给电脑。现场的温度数据为15℃时，系统为保证该湿度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。
系统会调出在该段时间的标准值25℃，并与现场数据比对，判断比现场的温度低10℃，即会控制升温设备开启。
控制升温设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前湿度值不能提高到目标值时，会顺序开启升温设备;当现场温度与目标温度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。
内遮阳保温幕：拉下内遮阳保温幕，不使室内温度外泄。 外遮阳幕：若外界光照较强，可打开外遮阳幕，通过光照升温。 热风炉、水暖空调、暖气：打开加热装置，是室内温度升温。
报警：判断温度升不到目标值,则计算机会开启温度过低报警，提示用户需增加升温设备。
系统会时时检测现场温度，当现场温度趋于目标温度时，系统即关闭升温设备。
4.4.4光照度控制
4.4.4.1现场数据采集
在温室内安放多个无线光照传感器，因传感器无线发送数据，所以不用担心布线的繁杂，可以将传感器安放在温室内的任何一个地方，并且可以随意的调整位置。传感器还内存有ID号，每个传感器的ID是全球唯一，是代表该传感器的身份。传感器安放好后，传感器的ID号、采集的数据、所在位置等信息会一并的传给路由。
传感器内置单片控制系统，因此可以设置传感器检测和外发数据的周期，就可以设置传感器外发数据的周期为1次/小时、1次/分钟、或1次/30秒等，一来可以根据现场的实际需求而定，二来可以为传感器节省电能，使用的时间更长久。
4.4.4.2数据传输
传感器将采集到的数据无线发送给室内的路由器，路由器接收并转化传感器的数据，传感器是利用电磁波形式传递数据，路由接收后，解调该数据。
在同一时间会有多个标签向路由发送数据，路由会将接收到的数据进行融合，整理成较精准的数据发出。如：
路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。如图：
协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。工业RS485串口连接电脑，防尘防水。 4.4.4.3控制时序
光照度低于标准值：每种植物都有不同的温度生长曲线，植物在不同的时间段都会有不同的适宜生长光照度，如在每一天中，植物对于光照度的需求就有多种，这是因为其处于不同的时段，会有不同的转化机能。当温室内的光照度高于标准值时，系统会自动比较在某时段标准值与实际值的差异，进而来控制不同设备进行调整。
如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的光照度数据为50lux时，数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。
系统为保证该光照度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。
系统会调出在该段时间的标准值300lux，并与现场数据比对，判断比现场的温度低250lux，即会控制设备开启调控。
控制光照设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前光照值不能升到目标值时，会顺序开启补光设备;当现场光照度与目标光照度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。
外遮阳幕打开：徐缓的打开外遮阳棚，使室外的阳光能照射进来 内遮阳幕打开：打开外遮阳棚，使室外的阳光能照射进来 补光灯：打开补光灯，进行补光。
报警：判断光照度降不到目标值,则计算机会开启光照度过高报警，提示用户需增加光照度设备。
系统会时时检测现场光照度，当现场光照度趋于目标温度时，系统即关闭光照设备。
4.4.5风速对外拉幕的保护
当室外风速超过保护值时，则系统自动启动外拉幕的风速保护功能。条件级别保证外拉幕在非正常情况下(例：大风)，优先自动收拢外拉幕，避免外拉幕遭到毁灭性破坏。判断时间保证了不是判断瞬间风的超标，而是判断风整体趋势的变化;在一定的时间内风都超标，才启动控制条件。稳定判断时间保证温室设备启动后，不判断瞬间达到目标值，而是稳定一段时间后，才判断。避免了控制条件很快反复上升;也避免设备电机频繁启动，从而更好的保护电机。
4.4.6风向及风速对天窗的保护
大风、雨雪保护：系统不是判断瞬间风速的超标，而是判断风整体趋势的变化，以进行大风时的关闭通风窗的保护。风向传感器能判断出是迎风还是背风，以进行不同级别的保护。 4.4.7 CO2施肥
通过定时控制设置，可设多组 co2 施肥时间规律的选择 4.4.8 专家数据库 系统内置最新的农业专家数据库，根据不同作物的生产特性和要求可以自动调用相对应的最佳控制方案和参数。
4.4.9 数据报表、绘制曲线：
记录的数据可以导出“EXECL”报表。同时可以生成全日、全周、全月的变化趋势曲线图。
五、项目扩展
5.1 GSM无线短信报警功能：(选配项)
系统可实现“GSM 无线短信报警”，可以将“温室的报警信息”以短信的方式迅速发到相关人员的“手机或PDA”上，请求人工干预。
不同的温室、不同的管理员手机号，均可以通过灵活的设定将他们组合关联起来。因此，任何一个温室出现报警都能迅速发到和该温室相关的一人或多人的手机号。 5.2远程监控功能(选配项)
通过连接宽带互联网，可以实现互联网远程登陆访问功能，方便异地监控。
六、项目总结
本方案立足物联网的ZIGBEE应用技术，结合温室环境的实际应用，将先进的信息技术应用到传统的农业，解决了农业低成本、布线的繁杂、高故障率等问题。实现了温室内：传感器节点的简易扩展、快速的数据传送、稳定的系统控制。
佳多农林ATCSP物联网智能大棚利用先进的生物模拟技术，通过先进的网络设计，将复杂的系统模型转变成方便用户操作的电脑页面版本、手机页面版本，实现全天候实时操控;无线远程检测系统、环境检测系统、智能控制系统。结合当前棚内环境数据信息及历史大数据，系统分析对比运算，智能化对棚内滴灌、风机、遮阳网、卷帘等设施实施监控，模拟最适合棚内植物生长的环境，达到完全或部分摆脱对自然环境的依赖，实现农作物高效生产。
大棚作物的无线远程检测系统的应用。可全天候实时、定时采集棚内作物生长发育状态、病虫害活动的高清图片，棚内作物的大小也 清晰可见。其单路摄像，可进行焦距调节监控，达到近距离可以观测到植物叶面、茎干蚜虫等害虫。一般距离可以看到病虫害的发生状况、植物叶面等生长情况。远距离可观察作物整体长势状况。通过无线网络传输，千百里外也可以通过手机电脑实时监控，被称为测报人员的“听诊器”“千里眼”。
环境监测系统是智能大棚种植管理中的一项非常重要的功能。棚内空气温湿度、土壤温湿度、CO
2、光照度等因素，对棚内农作物生长起着关键性作用。通过环境监测系统，可以帮助用户通过电脑、手机客户端监测整个棚内农作物生长情况，全天候无线网络传输，自动上传作物生长信息，可以及时快速的获取棚内环境变化。从而方便用户及时进行调控，保证适宜植物生长的环境。
拥有智能控制系统的农业大棚则是农业现代化的重要标志。智能控制系统;通过棚内感知层对作物生长环境中的信息参数进行无线传输上传，智能比对参数设置值，系统分析对比运算，自动进入模型控制卷帘、风机、生物补光等环境控制设备，智能化控制设施农业各项设备启闭，调控大棚内环境达到适宜植物生长的范围。“如果温度低了，自控系统将开启空调，自动给其加温;如果温度高了，自控系统将开启风机，通过通风自动给其降温;不需要阳光时，自动打开遮阳网。病虫害做为影响农作物生长的重要因素，在设施内可以通过杀菌灯和频振诱控技术进行智能无害化防治。
二氧化碳含量作为直接影响作物光合作用的重要环境因子。系统可智能化调整，预设二氧化碳浓度、阈值范围参数。将二氧化碳浓度，实时采集值与当前浓度阈值进行对比，如果小于所设二氧化碳浓度阈值，系统则自动打开二氧化碳气罐进行精准补给;如果大于所设二氧化碳浓度阈值，则自动打开风机进行适量排放。
佳多智能大棚系统中墒情监测、智能滴灌对不同作物的种类，生长阶段、生长环境、气候土壤条件实施智能化精细灌溉施肥。将微生物肥料、有机肥料与灌溉水一起均匀准确地输送到作物根部土壤。大幅度地提高了肥料的利用率，可减少50%的肥料用量，水量也只有传统浇灌的30%-40%。
佳多智能大棚系统;实现了对大棚作物生长环境的智能化干预、无害化防治、帮助用户实现更高层次的精耕细作。
1. 前言
1.1国内外农业温室大棚系统的现状
我国是一个农业大国，目前在广大农村，农业温室比比皆是。近年来，随着我国农业和农村经济的发展，农业生产方式逐步由传统的粗放经营式向现代集约型经营方式转变，农业科技示范园，作为现代集约型农业和高新科技应用的示范窗口，应运而生。随着科学技术的进步，温室的结构档次在逐步的提高，建设一种可提高温室内作物产量和质量，降低生产成本，减轻工作人员劳动强度的农业温室大棚智能监控系统，是广大温室作物生产人员的迫切需求。
目前，虽然也有不少单位或个人引进了一些国外的计算机智能监控系统，如温室环境监控系统，施肥灌溉监控系统，工厂化育苗智能监控系统等，这些系统真正实现了温室控制的智能化和自动化，但往往存在投资过大.系统维护不方便等各种发展制约瓶颈，再者就是要求温室的管理操作人员本身有较高的文化素质和较丰富的工程技术经验，目前我国广大农民还不具备，这也限制了国外同类产品在国内的推广应用。开发低价位、实用型的农业温室大棚智能监控系统对于推进我国农业自动化、智能化进程具有重要的意义，同时也具有很大的市场潜力。据调查，目前市场上迫切需要的是一种低成本、操作使用简便的实用农业温室大棚智能监控系统。针对这一要求及我国日光温室量大、面广的特点，研究一种既符合我国农业水平实际又适合农民经济承受能力、技术上不低于国外同类产品的农业温室智能集成监控系统是非常必要的。智能化农业温室大棚是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。它能营造相对独立的作物生长环境，彻底摆脱传统农业对自然环境的依赖性。目前，计算机监控在农业温室大棚种植中得到了越来越广泛的应用，并正在成为农业温室大棚监控的核心。智能化农业温室大棚研究是当今兴起的一门横跨生物学、计算机科学、电子科学、机械设计和环境控制等几大学科的综合了多种高新技术的边缘学科。从目前我国农业发展政策看，未来10一15年我国农业科技进步的重要内容就是推动规模经营和农业产业化的发展，所以研究开发适合我国的国情的农业温室大棚智能监控系统是非常必要的。
1.2本监控系统简介
农业温室大棚智能监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数，搭建农业温室大棚智能化软硬件平台，实现对农业温室大棚中温度、湿度、二氧化碳等因子的自动监测。
本系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、二氧化碳浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由数据采集设备单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的温度、湿度、二氧化碳参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构(遮阳幕、通风系统等)，程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。
该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善农业温室大棚气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。
1.3本控制系统具有的特点 1.3.1预测性
通过对气候参数的分析，可以预测控制设备的运行情况，提高设备的利用率，降低能耗。
1.3.2强大的扩展功能
通过选用不同的外围设备，可以控制温室环境及风机、卷帘、灌溉等。 1.3.3完善的资料处理功能
通过中央控制软件，可以不问断地记录温度、湿度、二氧化碳等传感器的信息以及各种控制设备的动作记录等。
1.4远程监控功能
即使工作人员不在现场，也可以通过远程监控系统对温室内的环境参数及设备进行监测和控制。
2. 农业温室大棚智能监控系统的设计
2.1系统设计要求
农业温室大棚智能监控系统是一个涉及到温度、湿度、二氧化碳浓度及种植品种等多种因素的监控系统。因此，该系统的没计应具备以下功能：
l、较宽的工作电压范围：110v-380v交流：
2、能长时间连续、稳定、可靠的工作;
3、能对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度等参数进行准确的测量：
4、能根据种植品种的不同，可以设定温度、湿度、二氧化碳浓度的预警。 2.2系统设计原则
1、系统性能稳定，运行可靠。
2、操作简单，维护方便。
3、整个系统易于扩展。
4、运行经济节能，维护费用低。
5、性能价格比高。
2.3系统整体架构
系统采用上、下位机监控方案，下位机为系统前端采集设备，实施对温室大棚环境参数的检测与环境调整机构的控制;上位机为系统远程监控计算机，采用可视化编程语言设计界面友好的环境监测与管理系统，实现对温室的远程监控与管理操作。其基本的框架图如下：
3. 农业温室大棚智能监控系统的建设 3.1 系统介绍
该系统利用温度、湿度、二氧化碳等传感器采集现场的相关数据，采集到的数据在现场就通过无线方式发送到数据服务器中，通过应用服务器和web服务器对采集到的数据进行应用和显示。
系统网络结构分为三层，第一层为数据管理层：由电脑和以太网组成;第二层为数据传输层：采用GPRS无线数据传输;第三层为数据采集层：由GPRS远程测控终端和传感器组成，该层和第一层之间无需电缆连接;所有的传感器和GPRS远程测控终端只需要用一根电缆连接。 3.2 数据管理层
中心采用通过GPRS/GSM 网路把室外各站点传感器数据发送到中心计算机，在这里进行各个站点参数设置，及对各站点运行情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，实时显示所有大棚站的温湿度、二氧化碳数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。 建立GPRS中心连接的两种方式：
A.监控中心服务器采用固定IP地址，当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求(适用监控点数较多几百上千个)。
B.监控中心服务器采用动态IP地址(可以申请花生壳软件采用域名的方式)，当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求(适合监控点数在300个左右的)。 3.3 数据传输层
本系统数据采集层与数据管理层(中央处理系统)之间的通信、采用目前应用已经比较成熟的GPRS网络实现远程通信。
采用GPRS无线数据传输具备如下特点：
1、可靠性高：
与SMS短信息方式相比，GPRS采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输，互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。
2、实时性强：
GPRS具有实时在线的特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输，因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS实际数据传输速率在30Kbps左右，完全能满足系统数据传输速率(≥10Kbps)的需求。
3、监控范围广：
GPRS网络已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。比较很多无线数据网络(集群，双向传呼，CDPD，CDMA)而言，其网络覆盖是最好的。
4、系统建设成本低：
由于采用GPRS公网平台，无需建设网络，只需安装设备就即可，建设成本低;也免去了网络维护费用。
5、系统运营成本低：
采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月流量收费，从而实现了系统的低成本通信。
6、可对各监测点仪器设备进行远程控制：
通过GPRS双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如：时间校正、状态报告、开关等控制功能，并可进行系统远程在线升级。
7、系统的传输容量，扩容性能好：
能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要;由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个监测中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。
总之，它真正体现了少用少付费的原则。通过GPRS无线网络将用户设备数据传输到Internet中的一台主机上，实现数据远程传输，可广泛应用于“物联网”涉及的各个行业。
传感器用来对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度进行实时数据采集。根据温室作物生长特点和环境要求，选择精度较高、运行稳定，性价比较高的传感器是十分有必要的。在该项目所采用的传感器类别及性能参数如下： 防护型红外二氧化碳变送器是在进口红外二氧化碳传感器基础上设计的一款专门用于在农业等多种高湿场合使用的产品系列，该产品系统有电压、4-20mA电流接口可选配。该产品采用多重防护，确保内部的传感器不受外界高湿等环境影响，确保传感器可靠稳定工作。产品具有更低的供耗，信号输出更加稳定，并且嵌入了自动校准模式，确保长期工作稳定性和精确度。
4. 监控系统软件平台(软件功能可定制)
农业温室大棚智能监控系统的软件管理功能主要包括用户管理模块、数据实时显示模块、历史数据管理模块、报警数据管理模块、曲线分析模块、网络信息发布及资源共享模块等功能。
4.1实时数据显示模块
数据实时显示模块主要是将各种传感器实时采集到的环境参数、设备运行状态进行显示，以满足人们对温室环境监测的需求。
4.2历史数据管理模块
用户可通过访问系统服务器，远程检索回放站端的任意历史数据。系统提供了智能化快速检索回放历史数据的功能，可按时问、异常情况等进行检索，大大降低了检索时间和复杂程度，使用户可以迅速地查找到需要的历史资料。
4.3报警数据管理模块
通过该模块，用户可以实现全方位的报警信息通报。在线报警栏中的报警信息，在每一个监控页面都是相同的，无论在中心还是办公网络内的客户端，可以让操作人员最短时间内发现报警信息，解决故障。
4.5曲线数据分析模块
一个好的农业大棚温室智能监控系统，不仅在于它能实时、远程监控系统，关键还要能够提供曲线数据.通过对曲线数据的分析，从中找出对温室中农作物生长最为有利各种参数，并通过与农业专家系统的接口.提供一个农作物生长最为有效的模型。
4.6网络信息发布及资源共享模块
位于监控中心的监控服务器与厂区内的局域网络连接，在局域网内进行信息发布，这样厂区管理层的人员都可以在它自己办公室里的计算里随时通过IE的方式访问主机服务器内的全部数据和画面。
每位浏览者都将拥有唯一的用户名和密码的身份验证，它的用户名决定它的监控范围。虽然是采用IE的方式访问现场数据，但所看到的全部数据及画面与信息中心服务器的内容完全相同、效果也完全一样。速度方面也不会任何的延时。 通常厂区办公管理网络允许被连接到互联网，这样即使出差在外地的领导也同样可以连回厂内访问现场的数据。
5. 系统优势
本系统采用分布式控制结构，依据分散采集数据。集中操作管理，相对独立的设计思想，综合运用计算机网络通信和模糊控制技术，实现了单个温室的智能控制以及多个温室的联网监控。控制系统可根据温室内温度、湿度、二氧化碳浓度等参数的变化，按照预先设定的条件对风机、灌溉、二氧化碳发生器等设备进行全自动控制，系统具有功能强大、性能优越、配置灵活、安全可靠等优点。
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1、全天候不间断在线监测，无论晴雨雷雪，均可实现数据的持续采集，让数据具有连续性，对农业温室环境参数的历史分析和技术优化变得更加有效。
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2、所有数据实现无纸化记录，历史可查，可根据客户的需求定制各种分析报表和打印格式，使该系统更加人性化和实用性。
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3、真实有效的现场数据给政府、企业的管理上带来的可追溯、可衡量的标准，降低了管理的难度。
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4、降低环境对监测的影响，无论是有毒有害的环境还是障碍物，都可实现信号的远程无线采集，降低现场巡检的难度，提高巡检和参数记录的难度。
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5、大大降低人力成本，通过该系统的运用，减少了人员的投入，实现让更少的人管理更多的设备和安全领域。
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6、实现了防患于未然，该系统会对历史运行数据和安全警戒值进行扫描判断，当变化达到临界值时会自动通过手机短信方式通知用户，让用户及时对设备和安全隐患进行及时处理，做到早发现早处理。
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7、良好的功能扩展性，使得该系统能随时适应客户需求的变化，做到及时的调整和优化，顺应客户的变化而变化。
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8、加密的数据和多层安全保护，让客户对数据的管理更加安全可靠，不会担心数据被劫持和破解。
温室大棚“四位一体”生态模式是在自然调控与人工调控相结合条件下，利用可再生能源(沼气、太阳能)、保护地栽培(大棚蔬菜)、日光温室养猪及厕所等4个因子，通过合理配置形成以太阳能、沼气为能源，以沼渣、沼液为肥源，实现种植业(蔬菜)、养殖业(猪、鸡)相结合的能流、物流良性循环系统，这是一种资源高效利用，综合效益明显的生态农业模式。运用本模式冬季北方地区室内外温差可达30℃以上，温室内的喜温果蔬正常生长、畜禽饲养、沼气发酵安全可靠。
这种生态模式是依据生态学、生物学、经济学、系统工程学原理，以土地资源为基础，以太阳能颤动力，以沼气为纽带，进行综合开发利用的种养生态模式。通过生物转换技术，在同地块土地上将节能日光温室、沼气池、畜禽舍、蔬菜生产等有机地结合在一起，形成一个产气、积肥同步，种养并举，能源、物流良性循环的能源生态系统工程。
这种模式能充分利用秸秆资源，化害为利，变废为宝，是解决环境污染的最佳方式，并兼有提供能源与肥料，改善生态环境等综合效益，具有广阔的发展前景，为促进高产高效的优质农业和无公害绿色食品生产开创了一条有效的途径。
“四位一体”生态温室是依据生态学、经济学、系统工程学原理，以土地资源为基础，以太阳能为动力，以沼气为纽带，将日光温室、猪舍、沼气池、蔬菜(瓜、果)全封闭的连在一起，实现种植、养殖并举，产(沼)气、积肥同步，生物种群较多，食物结构健全，能流、物流循环的生态系统工程。
一、基本结构
“四位一体”生态温室坐北朝南，东西延伸，东西长50米--80米，南北宽8米--10米，脊高3米--3.2米;猪舍紧靠温室出入门的一端内侧，东西3米--4米，南北4米--5米;沼气池位于猪舍内地下1.5米--2米处，容积8立方米--12立方米，出料口位于蔬菜(瓜、果)田内。
二、建设要点
“四位一体”生态温室应建设在避风向阳，地势平坦，土质肥沃，灌溉方便，四周无高大建筑物，光照和通风条件较好的地段。
1.沼气池建设 沼气池是生态温室的核心部分，起着连结养殖与种植、生产与生活用能的纽带作用。建设技术按国标GB4750--84执行。其技术要点：①确定沼气池中心点，挖池并将池底修成锅底状;②用150号混凝土浇筑池底，厚10厘米--15厘米;③支模浇筑主池壁，用150号混凝土一层一层浇筑并捣实，厚度5厘米，同时安装进、出料管;④用200号混凝土采用对称浇筑方法一次性完成拱顶浇筑，厚度5厘米以上;⑤水压间浇筑同上述③;⑥拆模清理，采用七层密封方法进行池内密封;⑦试水、试压;⑧填料;⑨安装输气管、气压表、灯、灶等。
2.日光温室建设 日光温室是生态温室的主体结构。①透光率高，保温性能好，抗风雪
能力强，方便管理;②坐北朝南，东西延伸，如有偏斜，不超过5度为宜;③东西长50米--80米，南北宽8米--10米;④三面围墙，厚度不低于1米，北墙高度2米--2.2米;⑤顶面起脊，后坡与地面夹角35度--45度，前坡与地面夹角25度左右;⑥内设3排--4排立柱(钢筋结构不设)，后坡有保温屋顶;⑦顶面和三面围墙设通风换气窗，出入门设保温门帘;⑧顶面盖保温草帘;⑨南沿外设防寒沟。
3.猪舍建设 猪舍外侧墙与温室墙为统一整体，北墙、内侧墙厚24厘米，墙与温室顶面横接，北墙设猪舍门，内侧墙在高60厘米和150厘米处分设两个24厘米x24厘米的换气孔，猪舍南墙为铁栏护墙，设门，猪舍顶面设通风窗。
通过对已建成使用的五井镇下五井东村“四位一体”生态温室进行效益分析，一座生态温室，年可产沼气1100立方米，节煤1.1吨，提供沼液、沼渣10吨，温室养猪生长快，出栏率高，节约饲料，年可增收节支8000余元。同时，沼气燃烧为温室增温，为作物生长提供二氧化碳肥，沼液、沼渣追肥，培肥地力，减少化肥和农药用量，提高作物产量和品质，是促进农民致富，帮助农民奔小康的新模式、新技术。
“四位一体”生态温室种养模式及配套技术，将自然调控与人工调控相结合，通过生物转换技术，在农户土地上将沼气池、猪台、温室、蔬菜有机结合在一起，形成了以土地资源为基础，以太阳能为动力，以秸秆粪便为原料，以沼气为纽带，种养结合的新型生态温室种养模式。它在同一块土地上实现了产气、积肥同步，种植、养殖并举，建立了一个生物种群较多，食物链结构健全，能流、物流较快循环的能源生态系统，成为促进农业和农村经济发展，改善生态环境系统，提高人民生活水平的一项重要技术措施。
二、模式的构成与技术组装
1.该模式的基本构成。建200--600平方米的温室—个，温室内建20平方米畜禽圈舍，畜禽圈舍下建6--10立方米的沼气池，畜禽粪便入沼气池厌氧发酵，温室内安装沼气灯，发酵后生成的沼气，一方面用于照明、做饭;另一方面，在温室内点燃沼气灯，可起到提高棚温，增施二氧化碳气肥的效果。生成的沼液用于替代无机肥追施、叶面喷施，还可起到防虫治病的效果。沼渣用作基肥，沼液还可用作饲料添加剂喂猪。润普达农业专注于重庆新型温室大棚方案设计，重庆新型温室大棚施工，重庆新型温室大棚设施安装，重庆新型温室大棚造价，重庆新型温室大棚预算等综合性现代农业高科技企业。
2.主要技术。沼气池的建设与管理技术：沼液作添加剂喂猪技术;沼渣、沼液综合利用替代化肥、农药技术;防治发生气害技术;科学调控猪舍与蔬菜种植区，形成种养良性循环技术。
第一条 为大力推进我省设施农业发展，全面提升农业现代化水平，规范和加强设施农业温室大棚省级补贴专项资金管理，提高资金使用效益，特制定本办法。
第二条 本办法所称设施农业温室大棚省级补贴专项资金(以下简称专项资金)是指由省级财政预算安排的扶持补贴设施农业温室大棚建设的专项资金。
第三条
专项资金管理应当遵循“项目报备、提前预拨、先建后补、验收公示、据实拨付”的原则。
第四条
专项资金用于符合正式发布的省定条件的各类新建温室大棚的补贴。
第五条
专项资金补助对象为集中建造各类温室大棚的专业大户、家庭农场、农民合作社、农业企业、科研单位、联户农户等实施主体。
第六条
专项资金补贴范围为智能温室、智能温控大棚
一、智能温控大棚
二、温室大棚
一、温室大棚
二、温室大棚三等六类符合省定补贴建设标准的温室大棚，经专家评审认定达到相应省定标准的多样化棚型温室大棚。
(一)智能温室补贴建设标准：高度不低于4.8m，肩高不低于4m。玻璃温室主立柱不少于120×60×3mm;阳光板温室主立柱不少于50×100×2.5mm。主立柱柱距不大于4m。桁架不少于60×40×2mm 或 50×50×2mm。纵梁、横梁方管不少于50×50×2mm。水槽黑板加工成型再热浸镀锌或热浸镀锌板冷弯成型，壁厚不少于2.5mm，水槽可代替肩管纵梁。主要材料采用热浸镀锌管，并经防老化、耐腐蚀处理，现场组装不经焊接工艺。覆盖材料为玻璃或聚碳酸酯板(阳光板)，其中屋顶为钢化玻璃或高质量阳光板。配套电动遮阳、自动控温、通风、增湿、自动水肥、电气控制等系统。
(二)智能温控大棚一补贴建设标准：棚体高度不低于4.6m，肩高不低于3m。主立柱方管不少于80×60×2mm或50×100×2mm，柱距不大于4m。拱管圆管不少于32×1.5mm，纵梁、横梁方管不少于50×50×2mm或60×40×2mm。水槽壁厚不少于1.5mm，水槽可代替肩管。主要材料采用热浸镀锌管，现场组装采用螺栓紧固。配套湿帘风机或其他调温系统、电动遮阳系统、自动水肥一体化设施。
(三)智能温控大棚二补贴建设标准分两类型：
1. 类型一：肩高不低于3.5 m，顶高不低于5 m。立柱圆管不少于114×2.5mm热浸镀锌钢管或外径不少于90×90mm方型水泥柱，柱距不大于6 m。三角屋架上弦梁不少于40 ×40×3mm角钢，下弦梁不少于50 × 50×4mm角钢。檩条不少于100×1.2mm。屋面采用覆盖隔热屋面板或保温膜加遮阳网。配套(以下三选一)：四周采用一膜一网覆盖，湿帘或其他降温系统;保温阻燃隔热板，配置制冷机组;墙体阻燃泡沫板，屋顶配置风球。以上组装配件中的焊接件全部采用先焊接并经防腐处理，现场组装采用螺栓紧固。
2. 类型二：肩高不低于3 m，顶高不低于4 m。四周墙裙采用砖体(混凝土)圈梁厚不少于150 mm，高不少于400 mm(含地下100 mm);或拱管底部采用水泥浇筑，外径不小于200 × 200mm。拱杆圆管不少于32×1.5mm热浸镀锌钢管。纵拉杆圆管不少于25×1.4mm热浸镀锌钢管。配套顶部和四周采用一膜两网或两膜两网或两膜一被，卷帘装置，湿帘降温或制冷机组等其他降温系统。以上组装配件中的焊接件全部采用先焊接并经防腐处理，现场组装采用螺栓紧固。
(四)温室大棚一补贴建设标准分两类型：
1. 类型一：棚体高度不低于3.5m，肩高不低于2m。立柱方管不少于60×40×2mm或50×50×2mm;圆管不少于60×2mm，柱距不大于3m。肩管方管不少于40×40×1.8mm;圆管不少于47×1.8mm。拱管圆管不少于32×1.5mm;其中棚宽跨度6 m的不少于25×1.5mm。
2. 类型二：棚体高度不低于3.5m，肩高不低于2m。水泥立柱外径不少于110×110mm，柱距不大于3m。肩管方管不少于40×40×1.8mm;圆管不少于47×1.8mm。拱管圆管不少于32×1.2mm或不少于25×1.4mm。 两类型主要材料均采用热浸镀锌管。组装配件中的焊接件先焊接并经防腐处理。现场组装采用螺栓或M5自攻螺栓紧固。水槽可代替肩管。配套水肥一体化设施。
(五)温室大棚二补贴建设标准：棚体高度不低于3.5m，肩高不低于2m。立柱方管不少于40×40×2mm，圆管不少于47×2mm，其中棚宽跨度6 m的圆管不少于42×2mm;水泥立柱外径不少于100×100mm。柱距不大于3m。肩管方管不少于40×40×1.5mm，圆管不少于40×1.5mm。拱管圆管不少于25×1.2mm，其中棚宽跨度6 m的不少于22×1.2mm。主要材料均采用热浸镀锌管。组装配件中的焊接件先经焊接并经防腐处理。现场组装采用螺栓或M5自攻螺栓紧固。水槽可代替肩管。配套水肥一体化设施。
(六)温室大棚三补贴建设标准分两类型：
1. 类型一：棚体高度不低于3m，肩高不低于2m。立柱圆管不少于47×1.8mm;水泥立柱外径不少于90×90mm。立柱间距不大于3m。纵梁圆管不少于40×1.8mm。拱管圆管不少于20×1.2mm。主体骨架与地面接触的材料采用热浸镀锌管。直接焊接的焊点必须满焊且做防锈处理。现场组装采用螺栓或M5自攻螺栓紧固。水槽可代替肩管。配套喷灌或滴灌或其它节水灌溉方式。
2. 类型二：棚体高度不低于2.5m，棚宽一般6-9m。棚宽7m以下的拱管不少于25×1.2mm;棚宽大于7m的拱管不少于32×1.2mm。顶纵向拉杆不少于20×1.2mm。拱管间距不大于1.2m。棚头棚尾两侧各一根不少于25×1.2mm斜拉撑。材料采用热浸镀锌管。配套喷灌或滴灌或其它节水灌溉方式。
第七条
专项资金不得列支下列费用：
(一)不得用于项目实施单位工作人员的工资、奖金、津贴、补贴、劳务费等工资性支出和福利性支出;
(二)不得用于与农业生产设施无关的固定资产购置支出;
(三)不得从项目资金中提取管理费;
(四)不得用于购买或修建楼堂馆所、缴纳罚款罚金、偿还债务、对外投资、购买汽车等;
(五)不得用于其他与项目无关的支出。
第八条
各类温室大棚的起补面积为智能温室2亩、智能温控大棚一10亩、智能温控大棚二10亩、温室大棚一20亩、温室大棚二20亩、温室大棚三20亩。多棚型申报的合计起补面积以其中起补要求高的为准。因灾倒塌原地重建不受起补面积限制。
第九条
各类温室大棚的省级补贴标准为智能温室每亩10万元、智能温控大棚一每亩5万元、智能温控大棚二每亩2万元、温室大棚一每亩1万元、温室大棚二每亩0.75万元、温室大棚三每亩0.5万元。
第十条
县级农业部门会同财政部门应根据本地实际，上报建设项目及资金需求，经设区市农业、财政部门审核汇总后，于预算执行前一年的10月底前上报省农业厅、省财政厅。
第十一条
省农业厅、省财政厅根据各地申报需求、工作开展情况，在预算执行前一年的11月底前将专项资金提前预拨到有关市县。确实无法提前预拨的，在省人民代表大会批准预算后60日内预拨。
第十二条
县级农业部门受理实施主体的申请，会同县级财政部门做好核实和立项工作，并报设区市农业、财政部门。设区市农业、财政部门审核汇总后报省农业厅、省财政厅备案。实施主体已建符合条件温室大棚也可直接申请验收，县级农业部门组织财政等有关部门验收。
第十三条
已批复项目在实施过程中需要变更的，或结余资金需要调剂使用的，实施主体向县级农业部门提出申请，由县级农业部门会同财政部门及时核实，作为验收与调剂拨付依据，同时上报省市农业、财政部门备案。
第十四条
实施主体建成后，应向县级农业部门提出验收申请，由县级农业部门组织财政等有关部门参加的验收组，15个工作日内完成验收。验收中遇到的建造类型与省定补贴建设标准不同，综合棚型安全性、先进性、适用性和单位造价，由县级验收组认定，无法判定的可由县级农业部门向省农业厅提出书面请示，省农业厅组织省级专家评审并书面函复，作为项目验收及资金拨付的依据。各地不得擅自增加验收办法规定以外的条件、要求，不得转嫁、增加实施主体的负担。
第十五条
县级农业部门将验收合格的补贴项目具体情况，在项目所在地村委会公示7天。公示无异议后，县级财政部门根据农业部门提供的验收报告和公示结果，于15个工作日内直接拨付实施主体。
第十六条
各地农业、财政部门应当督促实施主体建设进度，加快验收与拨付，提高资金使用效益。县级农业、财政部门应于每年10月底前对当年省级预拨资金使用情况进行结算，省农业厅、财政厅将于12月初对当年省级预拨资金进行回收、调剂结余资金。
第十七条
专项资金支付按照国库集中支付制度有关规定执行。属于政府采购管理范围的，按照政府采购法律、法规及制度规定执行。
第十八条
各级财政、农业部门应加强对补助资金使用的监督检查。使用专项资金的单位及个人，应当自觉接受审计、财政、农业等部门的监督检查，及时提供相关资料。
第十九条
专项资金执行期间，省农业厅按照绩效目标对专项资金进行跟踪监督和绩效评价，对偏离绩效目标的项目采取措施进行整改。根据需要，绩效评价工作可委托专家、中介机构等第三方实施。省财政厅对绩效评价工作进行监督、指导。
第二十条
专项资金使用管理中存在虚报、冒领、截留、挪用等违法行为的，除责令将资金归还原有渠道或收回财政外，应当按照国务院《财政违法行为处罚处分条例》等法规予以处理。构成犯罪的，移送司法机关依法处理。
第二十一条
本办法自印发之日起施行。原《设施农业专项资金管理暂行办法》(闽财农〔2013〕115号)、《福建省农业厅关于印发设施农业温室大棚补贴建设标准(修订)的通知》(闽农种植〔2014〕269号)同时废止。
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