基于物联网的设施樱桃智能化控制技术探究_褚春年.pdf

基于物联网的设施樱桃智能化控制技术探究 褚春年 魏 礼 姚 雷 艾笑梅 陈妮萍 魏 凯 西安市农机监理与推广总站 陕西 西安 7 1 0 0 6 5 摘要 在设施果园引进物联网技术 通过系统平台获取连栋温室樱桃的环境信息 对照连栋温室樱桃适 宜的生产条件要求 即棚内空气的温度 湿度 C O 2浓度 光照强度和棚内土壤的温度 湿度 p H值 E C值等 的最大值和最小值 在获取的实时数据超过对照条件的最大值或低于对照条件的最小值时 物联网将会通过 系统平台或手机A P P进行信息反馈提示 实施自动灌溉 自动卷帘 自动卷膜 自动补光和自动加温等自动 控制 通过运用物联网智能化控制技术 对连栋温室设施樱桃生长过程各个时期的试验测试 初步验证该项 技术的可行性 建议在连栋温室水果生产中予以推广应用 关键词 物联网 设施樱桃 控制技术 中图分类号 S 6 2 5 5 1 D O I 1 0 3 9 6 9 j i s s n 2 0 9 7 0 6 5 X 2 0 2 3 0 8 0 3 7 基金项目 陕西省农业农村厅2 0 2 1年第二批省级农业专项资金项目 西安市设施果业智能化自动化技术试验示范项目 0 引言 目前 设施果树栽培技术被广泛地运用到林果 业中 在现代林果种植中意义重大 基于物联网 技术的设施果树栽培技术的应用 在果树可以自 由生长的情况下 给果树营造适合的生长环境 人 为调整水果的成熟时间 从而有效提高水果产量 和质量 1 荷兰 以色列 美国等一些发达国家 已经依照种植作物的生长发育特点实现了对设施 内温 光 水 气等多种环境因子的自动调控 但我 国在设施樱桃栽培小气候环境自动调控研究和开 发方面还处于探索阶段 课题组运用物联网技 术 对设施樱桃进行有针对性的智能化控制管理 通过手机A P P或智能管理平台及时调节连栋温室 的卷被机 卷膜机 导流风机 水肥一体化和温室 加热等系统设备 合理调节果树的生长环境 使果 园生产管理由经验式向精准化 智能化 自动化 转变 1 材料与方法 1 1 试验地点 试验地点选取西安市东南郊白鹿原上的灞桥区 绿庭现代农业园区 西安市灞桥区是全国樱桃种植 区域中樱桃成熟最早的地区之一 也是全国樱桃种 植优生区 3 试验区连栋温室大棚宽度8 8 m 长度 5 5 m 面积4 8 4 0 m 2 棚内栽种是早熟甜樱桃品种 红灯和早大果 1 2 试验装备 试验引进设备 户外智能气象站1套 棚外的空 气温度 湿度 光照强度 风力 风向 雨量 显示屏 等 户外显示屏一套 显示棚内采集到的数据 智 能空气参数采集设备1 2套 显示棚内空气的温度 湿度 C O 2浓度 光照强度等 智能土壤参数采集 设备1 2套 棚内土壤的温度 湿度 p H值 E C值 等 智能云控制柜1套 接收并处理采集收据 智能 控制卷帘 卷膜 风机等 1 3 试验方法 1 农机与农艺相互融合 总结李延菊等 2 刘 红霞等 4 吴晓璇等 5 吕廷良 6 周艳花 7 的研究 成果 提出连栋温室大棚设施樱桃栽培的环境要求 主要包括棚内空气的温度 湿度 C O 2浓度 光照强 度 棚内土壤的温度 湿度 p H值 E C值等 设定连 栋温室大棚设施樱桃各个生长发育阶段适合的环境 要求值范围 表1 2 利用物联网智能化管理平台 采集连栋温室 大棚外的气象参数 空气温湿度 光照强度 C O 2浓 度 风力 风向 雨量等 采集连栋温室大棚内的各个 参数 空气温湿度 光照强度 C O 2浓度 土壤温湿 度 E C值 p H值 3 根据采集到的数据与环境要求值的范围进 行对照 利用物联网智能化管理平台 通过电脑终 端 手机A P P 控制箱等 控制卷膜机 内卷帘机 内 遮阳保温帘电机 立帘电机 立卷膜机 环流风机以 及水肥一体化系统设备 使设施内的各项环境数据 保持在正常范围内 711 基于物联网的设施樱桃智能化控制技术探究 褚春年 魏 礼 姚 雷等 表1 连栋温室设施樱桃生长过程中适宜的生产条件 设施樱桃 生长阶段 棚内温度 棚内湿度 土壤温度 土壤p H值 土壤E C值 m S c m 土壤相对湿度 光照强度 l x C O 2浓度 1 0 6 萌芽期 1月1 6日至2月1 4日 白天 1 2 1 6 夜间 3 5 7 0 8 0 8 1 2 5 6 7 5 0 2 0 6 7 0 8 0 3 0 0 0 0 5 0 0 0 0 开花期 2月1 5日至2月2 2日 白天 1 6 1 8 夜间 5 7 5 0 6 0 1 3 1 5 5 6 7 5 0 2 0 6 7 0 8 0 4 0 0 0 0 7 0 0 0 0 5 0 0 1 0 0 0 幼果期 2月2 3日至3月1 9日 白天 1 8 2 2 夜间 1 0 1 2 4 0 6 0 1 5 1 8 5 6 7 5 0 2 0 6 7 0 8 0 3 0 0 0 0 5 0 0 0 0 5 0 0 1 0 0 0 着色至成熟期 3月2 0日至4月2 5日 白天 2 0 2 5 夜间 1 0 1 5 3 0 5 0 1 6 2 0 5 6 7 5 0 2 0 6 6 0 7 0 3 0 0 0 0 5 0 0 0 0 5 0 0 1 0 0 0 备注 休眠期1 1月2 6日至次年1月1 5日 扣棚并加盖棉被 保持棚内空气温度在0 7 2 土壤温度不低于5 人工低温暗光处理 需冷量不低于1 0 0 0 h 8 2 结果与分析 2 1 萌芽期 在连栋温室樱桃的萌芽期 测定其中3天的相 同时段环境控制试验数据 表2 对照连栋温室樱 桃萌芽期适宜的生长条件C K 表1 检查物联网 平台反馈情况进行分析研究 通过测试看 在萌 芽期棚内湿度高于7 0 8 0 的合理区间值最大 值 棚内温度高于1 2 1 6 的合理区间值最大值 土壤湿度低于7 0 8 0 的合理区间值最小值 光照强度低于3 0 0 0 0 5 0 0 0 0 l x的合理区间值最 小值 土壤E C值低于0 2 0 6 m S c m的合理区 间值最小值 物联网平台把采集到的数据与合理 区间值进行比较 发出反馈和提示信息 园区管理 人员通过物联网系统平台 运用终端设备或手机 A P P 采取相关措施进行智能化控制 使棚内各项 数据指标达到当期果树生长需求的适宜环境 条件 表2 连栋温室樱桃萌芽期环境控制试验数据测定 生育期试验测定时间系统反馈 棚内湿度 棚内温度 土壤湿度 土壤温度 土壤E C值 m S c m 光照强度 l x 土壤 p H值 C O 2浓度 1 0 6 萌芽期T 2 0 2 2 0 1 1 7 1 0 3 0反馈前8 8 1 2 3 5 3 7 7 9 8 0 0 8 7 1 9 7 5 2 6 8 6 4 1 2 0 2 2 0 1 1 7 1 1 1 0反馈后7 6 9 1 5 3 7 0 9 8 3 0 2 2 5 3 0 6 5 9 6 9 4 3 0 2 0 2 2 0 1 3 1 1 0 3 0反馈前9 2 3 2 4 8 5 4 9 1 0 8 0 2 0 1 2 1 2 5 2 6 9 6 1 7 2 0 2 2 0 1 3 1 1 1 1 0反馈后7 8 1 1 4 9 7 5 4 9 1 0 2 5 6 3 2 7 9 7 6 9 4 4 8 2 0 2 2 0 2 1 3 1 0 3 0反馈前8 3 4 1 6 5 6 4 0 1 0 9 0 2 1 5 2 3 1 0 9 6 8 8 5 0 2 0 2 2 0 2 1 3 1 1 1 0反馈后7 5 9 1 6 5 7 3 8 1 0 5 0 3 3 9 3 4 7 4 2 6 8 5 3 7 C K 7 0 8 0 1 2 1 6 7 0 8 0 8 1 2 0 2 0 6 3 0 0 0 0 5 0 0 0 0 5 6 7 5 2 2 开花期 在连栋温室樱桃的开花期 测定其中3天的相 同时段环境控制试验数据 表3 对照连栋温室樱 桃开花期适宜的生长条件C K 表1 检查物联网平 台反馈情况进行分析研究 通过测试看 在开花期 棚内湿度高于5 0 6 0 的合理区间值最大值 棚 内温度高于1 6 1 8 的合理区间值最大值 光照强 度低于4 0 0 0 0 7 0 0 0 0 l x的合理区间值最小值 物 联网平台把采集到的数据与合理区间值进行比较 发出反馈和提示信息 园区管理人员通过物联网系 统平台 运用终端设备或手机A P P 采取相关措施 进行智能化控制 使棚内各项数据指标达到当期果 树生长需求的适宜环境条件 811 数字农业与智能农机第8期2 0 2 3年8月 表3 连栋温室樱桃开花期环境控制试验数据测定 生育期试验测定时间系统反馈 棚内湿度 棚内温度 土壤湿度 土壤温度 土壤E C值 m S c m 光照强度 l x 土壤 p H值 C O 2浓度 1 0 6 开花期T 2 0 2 2 0 2 1 5 1 0 1 0反馈前7 8 1 2 4 2 7 2 9 1 3 2 0 2 2 4 3 2 1 8 2 6 8 1 0 9 0 2 0 2 2 0 2 1 5 1 0 4 0反馈后4 2 0 1 7 3 7 3 1 1 3 1 0 3 3 3 4 2 7 4 6 6 9 8 1 8 2 0 2 2 0 2 1 9 1 0 1 0反馈前7 3 1 2 3 6 7 1 2 1 3 3 0 2 1 8 3 1 0 6 2 6 9 1 2 7 2 2 0 2 2 0 2 1 9 1 0 4 0反馈后6 0 0 1 7 1 7 1 3 1 3 2 0 3 2 8 4 2 4 9 4 6 9 8 7 1 2 0 2 2 0 2 2 1 1 0 1 0反馈前7 0 8 2 2 2 7 1 1 1 3 1 0 2 1 7 3 7 6 4 5 6 9 1 4 2 6 2 0 2 2 0 2 2 1 1 0 4 0反馈后3 0 6 1 6 9 7 0 2 1 3 4 0 2 2 3 4 9 6 6 1 6 9 9 1 6 C K 5 0 6 0 1 6 1 8 7 0 8 0 1 3 1 5 0 2 0 6 4 0 0 0 0 7 0 0 0 0 5 6 7 5 5 0 0 1 0 0 0 2 3 幼果期 在连栋温室樱桃的幼果期 测定其中3天的相 同时段环境控制试验数据 表4 对照连栋温室樱 桃幼果期适宜的生长条件C K 表1 检查物联网平 台反馈情况进行分析研究 通过测试看 在幼果期 棚内湿度高于4 0 6 0 的合理区间值最大值 棚 内温度高于1 8 2 0 的合理区间值最大值 土壤 E C值低于0 2 0 6 m S m的合理区间值最小值 光照强度低于3 0 0 0 0 5 0 0 0 0 l x的合理区间值最 小值 物联网平台把采集到的数据与合理区间值进 行比较 发出反馈和提示信息 园区管理人员通过物 联网系统平台 运用终端设备或手机A P P 采取相 关措施进行智能化控制 使棚内各项数据指标达到 当期果树生长需求的适宜环境条件 表4 连栋温室樱桃幼果期环境控制试验数据测定 生育期试验测定时间系统反馈 棚内湿度 棚内温度 土壤湿度 土壤温度 土壤E C值 m S c m 光照强度 l x 土壤 p H值 C O 2浓度 1 0 6 幼果期T 2 0 2 2 0 3 0 2 9 4 0反馈前7 6 8 2 7 3 5 2 1 1 6 9 0 1 0 4 2 2 9 0 8 6 8 1 0 5 7 2 0 2 2 0 3 0 2 1 0 1 0反馈后5 8 6 2 0 6 7 2 7 1 5 3 0 2 2 5 3 0 6 5 9 6 9 8 4 1 2 0 2 2 0 3 0 9 9 4 0反馈前7 5 3 2 9 8 6 6 1 1 6 5 0 1 1 3 2 6 7 3 8 6 8 9 8 2 2 0 2 2 0 3 0 9 1 0 1 0反馈后5 9 2 2 2 1 7 6 2 1 6 3 0 2 3 7 3 8 3 7 1 6 7 7 3 4 2 0 2 2 0 3 1 5 9 4 0反馈前7 1 6 2 8 2 6 5 4 1 6 5 0 2 0 9 3 1 2 9 0 6 8 1 1 4 0 2 0 2 2 0 3 1 5 1 0 1 0反馈后5 5 8 2 0 4 7 4 1 1 6 1 0 3 5 0 3 8 7 2 8 6 7 8 7 1 C K 4 0 6 0 1 8 2 2 7 0 8 0 1 5 1 8 0 2 0 6 3 0 0 0 0 5 0 0 0 0 5 6 7 5 5 0 0 1 0 0 0 2 4 着色期至成熟期 在连栋温室樱桃的着色期至成熟期 测定其中 3天的相同时段环境控制试验数据 表5 对连栋 温室樱桃着色期至成熟期适宜的生长条件 表1 检查物联网平台反馈情况进行分析研究 通过测 试看 在着色期至成熟期内湿度高于3 0 5 0 的合理区间值最大值 棚内温度高于2 0 2 5 的 合理区间值最大值 土壤E C值低于0 2 0 6 m S c m的合理区间值最小值 物联网平台把采集 到的数据与合理区间值进行比较 发出反馈和提 示信息 园区管理人员通过物联网系统平台 运用 终端设备或手机A P P 采取相关措施进行智能化 控制 使棚内各项数据指标达到当期果树生长需 求的适宜环境条件 表5 连栋温室樱桃着色期至成熟期环境控制试验数据测定 生育期试验测定时间反馈情况 棚内湿度 棚内温度 土壤湿度 土壤温度 土壤E C值 m S c m 光照强度 l x 土壤 p H值 C O 2浓度 1 0 6 着 色 期 至 成 熟 期 T 2 0 2 2 0 3 2 6 9 4 0反馈前6 5 9 2 7 2 6 2 7 1 7 2 0 1 6 1 3 1 6 3 8 6 8 1 1 7 3 2 0 2 2 0 3 2 6 1 0 1 0反馈后4 0 3 2 0 9 6 3 6 1 6 4 0 3 7 4 3 4 3 5 9 6 9 8 5 7 2 0 2 2 0 4 0 9 9 4 0反馈前6 8 6 2 8 3 6 4 1 1 8 5 0 1 7 6 3 3 9 6 5 6 9 1 4 6 6 2 0 2 2 0 4 0 9 1 0 1 0反馈后4 3 4 2 1 5 6 3 3 1 7 3 0 2 9 6 3 4 0 3 3 6 8 9 7 1 2 0 2 2 0 4 2 2 9 4 0反馈前6 8 4 2 9 7 6 2 8 2 0 6 0 1 1 2 3 9 4 6 0 6 7 1 3 2 9 2 0 2 2 0 4 2 2 1 0 1 0反馈后4 1 2 2 2 8 6 3 4 1 9 4 0 3 1 1 3 5 6 6 9 6 8 7 9 1 C K 3 0 5 0 2 0 2 5 6 0 7 0 1 6 2 0 0 2 0 6 3 0 0 0 0 5 0 0 0 0 5 6 7 5 5 0 0 1 0 0 0 911 基于物联网的设施樱桃智能化控制技术探究 褚春年 魏 礼 姚 雷等 3 讨论 3 1 模式对比分析 在物联网管理平台下的智能化模式控制与传统 模式控制方式 所用时间和提高效率的数据如表6 所示 可以看出 智能化模式与传统模式相比 用时 少 效率高 表6 日光温室智能化模式与传统人工模式控制方式 对比分析表 对比项目 传统模式用时 s 智能化模式用时 s 提高效率 放平帘6 0 1 0 8 3 3 收平帘6 0 1 0 8 3 3 放立帘5 4 0 6 0 8 8 9 收立帘5 4 0 6 0 8 8 9 放膜1 8 0 3 0 8 3 3 收膜1 8 0 3 0 8 3 3 测棚内温湿度采集3 6 0 3 0 9 1 7 3 2 可靠性适用性分析 经过试验 引进的连栋温室控制通信系统 采集 系统 卷膜卷帘系统 显示系统 软件系统 监控系统 等设备和软件的性能可靠 所有智能设备响应时间 均在1 s内 时延受网络等因素影响 所有联动事 项响应时间均为5 0 0 m s内 在设施园区试验示范中 受到农民群众的认可 适用性较好 3 3 存在问题及建议 项目实施以来 物联网采集的数据与设施樱桃 生长过程中适宜的生产条件进行对比 能够通过手 机A P P和连栋温室控制平台 对设施樱桃进行自动 卷膜 自动卷帘 导流风机 水肥一体化以及加温补 光设备等环境条件智能化自动化控制 受到了农业 园区群众的好评 但是 从项目实施情况看 对于农 业物联网等一些知识的运用 年龄大的果农接受慢 手机或电脑平台等操作不熟练 需要多学习和训练 同时 受长期经验和习惯影响 尽管有先进系统的数 据警示提醒 但果农还是喜欢按自己经验去管理 另外 软件系统功能还需要不断完善 如提示功能 比如温室大棚内温度超过农艺要求的温度时 系统 会进行报警提示 但系统过于频繁的提示 给园区管 理者带来一定的困扰 系统应予以改进完善 4 结语 在物联网平台控制系统下 通过对连栋温室设 施樱桃生长过程各个时期的试验测试 模式对比和 适用性分析 可以看出 物联网系统平台对棚内湿 度 棚内温度 土壤湿度 土壤温度 光照强度 土壤 E C值 土壤p H值 C O 2浓度等超过最大值或低于 最小值时 均给予反馈提示 并启动自动控制措施 进行智能化自动化科学管理 应用物联网平台控制 系统 依据系统的数据采集和反馈提示 对连栋温室 的灌溉施肥 卷膜 卷帘 加温 补光等自动控制的智 能化技术模式 在连栋温室水果生产中应予以大力 推广应用 参考文献 1 于世勇 物联网技术在设施果树栽培中的应用 J 农 业工程技术 2 0 2 0 4 0 1 2 4 1 4 2 2 李延菊 李晶 张福兴 等 甜樱桃设施栽培环境要求及 调控技术 J 中国果菜 2 0 1 9 3 1 2 3 2 7 3 孙红艳 李菁 郝蕊平 等 西安市樱桃农药残留风险评 估 J 黑龙江农业科学 2 0 2 1 9 8 7 9 4 4 刘红霞 潘凤荣 肖敏 等 设施大樱桃生产过程中棚内 气体调控技术要点 J 河北果树 2 0 1 7 4 2 3 2 4 5 吴晓璇 孙俊宝 张生智 等 暖棚设施甜樱桃栽培技术 J 果树资源学报 2 0 2 1 2 3 5 4 5 5 6 吕廷良 设施大樱桃优质高产栽培技术研究 J 农业 开发与装备 2 0 2 1 6 2 0 3 2 0 4 7 周艳花 露地大樱桃高产优质栽培技术 J 世界热带 农业信息 2 0 2 1 8 3 2 3 3 8 郭晓成 关俊英 王景波 等 甜樱桃设施栽培技术 上 J 西北园艺 2 0 1 2 8 2 8 3 0 作者简介 褚春年 男 1 9 7 0年生 高级工程师 研究方向为农业机 械化 021 数字农业与智能农机第8期2 0 2 3年8月