苗子涵　張福熊　張　晟

基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚探究

苗子涵張福熊張晟

（荊楚理工學院湖北荊門448000）

隨著信息時代的到來，各種現(xiàn)代化高新科技發(fā)展速度也呈現(xiàn)逐年加快趨勢，比如物聯(lián)網(wǎng)技術在農業(yè)大棚領域快速發(fā)展，在提升農作物產量的同時提高了生產效率。文章基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚進行分析，結合實際做好相應整理和總結。

物聯(lián)網(wǎng)；光伏農業(yè)大棚；研究

現(xiàn)階段我國溫室大棚栽植已經(jīng)形成規(guī)模，近年來物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展也進一步加速了農業(yè)自動化的持續(xù)更新和完善，基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚開始逐漸成為主流趨勢，這也為不斷提高現(xiàn)代農業(yè)自動化水平奠定了基礎。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚的特征

基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚結合實際情況設計溫室大棚控制系統(tǒng)，主要以光伏供電、監(jiān)測模塊、微機處理中心、ZigBee無線網(wǎng)絡等共同組成系統(tǒng)架構，以此實現(xiàn)對相應農業(yè)溫室大棚內農作物生長環(huán)境進行實時監(jiān)測、調控的目的，期間搭配存儲采集數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理設備，保障無線傳感網(wǎng)與傳統(tǒng)信息網(wǎng)可以交互連接，農戶可隨時隨地用網(wǎng)絡瀏覽器或者智能手機遠程監(jiān)測管控大棚，從而在解放人力、減輕作業(yè)壓力的基礎上有效提高農業(yè)生產水平，實現(xiàn)高效、低耗的現(xiàn)代化農業(yè)生產模式[1]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚的價值優(yōu)勢

基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚的價值優(yōu)勢十分突出，其本身集太陽能光伏、風電、WSN等先進技術于一體，可形成嚴格按照農作物生長條件創(chuàng)設生長環(huán)境的農業(yè)生產形式。傳統(tǒng)農業(yè)大棚多采取燒煤甚至電能保溫形式為農作物生長創(chuàng)造良好的生長環(huán)境，但其負面特性也比較明顯。比如傳統(tǒng)農業(yè)大棚一旦實施保溫方案，農戶經(jīng)濟投入成本便會不斷增加，尤其是采取燒煤保溫時極易造成有害氣體填充區(qū)域，環(huán)境遭受污染，安全隱患極大。而基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚以太陽能為核心能源開展相關工作，太陽能又屬于清潔能源，取之不盡用之不竭，環(huán)保無公害無污染效果顯著。以此使相應光伏農業(yè)大棚經(jīng)太陽能所發(fā)電能安全轉化為農作物生長所需的光合輻射能，滿足農作物生長同時保障光電轉換效率，以提升區(qū)域電力水平。綜合來看，基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚有降低農業(yè)生產成本的根本優(yōu)勢，為開拓太陽能光伏產品提供了參考依據(jù)。總體來看，基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚實踐，通過在溫室大棚向陽側做太陽能發(fā)電設備布控，按照智能化控制系統(tǒng)搭配不同傳感器采集農作物溫濕度、水分、光照等信息，再由計算機集中處理分析，最終便可營造完全適合大棚內作物生長的環(huán)境，有效防控作物生長期間可能遭受的病蟲害風險，使之達到生產效益預期，并且進一步為我國現(xiàn)代農業(yè)的培育發(fā)展指明方向。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚系統(tǒng)設計實踐

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚運行模式

基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚系統(tǒng)設計實踐必須突出光伏大棚的功能作用，實際操作時必須在大棚向陽面棚頂鋪設光伏裝置，保障充分開發(fā)利用能源，物聯(lián)網(wǎng)技術在此期間需根據(jù)現(xiàn)場實況積極調整適合棚內農作物生長的環(huán)境條件，全面監(jiān)控整個大棚，利用各種無線傳感器及時收集農作物數(shù)據(jù)，將之上傳至微機處理中心進行處理分析，最終達到有效提高大棚農作物產量的目的。

3.2 明確系統(tǒng)具體設計原則要點

基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚系統(tǒng)設計原則要點是從創(chuàng)新、可持續(xù)、環(huán)保等層面出發(fā)合理設計，就目前的現(xiàn)實情況而言，我國市場上智能化農業(yè)大棚和光伏大棚都屬于創(chuàng)新研究的產物，因此基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚系統(tǒng)設計必須體現(xiàn)創(chuàng)新性原則，即充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術的功能特性。除此之外必須綜合考量未來我國農業(yè)發(fā)展方向和發(fā)展需求，突出現(xiàn)代化農業(yè)模式的可持續(xù)發(fā)展特質，最后在設計實踐的所有環(huán)節(jié)都需遵循環(huán)保性標準，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)順利施行、穩(wěn)步投運，從而達到有效降低環(huán)境污染的目的。

3.3 溫濕度控制模塊的合理設置

（1）注意溫度控制設置合理性，嚴格按照農作物三基點溫度（農作物生長期間的最低耐受溫度、最佳溫度、最高耐受溫度），實時控制基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚系統(tǒng)溫度，以大幅提升棚內農作物發(fā)育速率和產出質量，任何植物一旦生長發(fā)育期長時間處在最低溫或最高溫附近，就只能維系基本的生命活性，生長效率便會因此大打折扣。所以在冬季，對大棚內部進行適度升溫控制設定時，必須按照棚內溫度傳感器監(jiān)測溫度值并借助ZigBee組網(wǎng)節(jié)點向控制器傳輸，以此保障控制器可依據(jù)作物最佳生長溫度并結合實際室溫偏差進行及時調控。

在夏季時，則要注意降溫控制，這個過程中主要以自然通風、強制性通風、混合型通風的形式體現(xiàn)，控制器仍舊依據(jù)棚內溫度和實際室溫偏差進行調控，可開啟兩側風簾進行自然通風，也可使用鼓風機強制通風，甚至可采取濕簾水泵和人工聯(lián)合降溫等舉措，保障棚內農作物生長過程的環(huán)境溫度始終處在舒適區(qū)。

（2）對于濕度控制，必須全面分析農作物生命活動特征，了解其屬于哪一類作物，比如濕潤型作物、半濕潤型作物、干燥型作物、半干燥型作物，明確良好的空氣濕度也是決定作物的生長質量和生長效率的關鍵因素，空氣濕度低便會導致農作物光合作用減弱，濕度高作物植株散熱就會減少。所以此期間基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚系統(tǒng)必須通過計算機儲存標準濕度，傳感器負責實時采集、監(jiān)測棚內濕度，濕度低時開啟噴霧閥門，濕度高時關閉噴霧閥門，并搭配風簾控制棚內氣體流暢度，根據(jù)濕度把控噴灌速率和時間段，以此提升棚內農作物生長時效性[2]。

3.4 光照及水分控制功能的專業(yè)布控

3.4.1 光照控制功能的專業(yè)布控

光照是農作物有效光合作用的基礎要素，基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚系統(tǒng)設計實踐必須針對不同階段各農作物對光的需求標準，科學設置棚內光照強度，按照分區(qū)種植，分區(qū)域劃分棚內溫室系統(tǒng)，以提供不同的光照強度給相應作物，使之生長效益能夠完全達到預期。

按照對光的需求不同，植物大體可分為兩類，即陽性植物和陰性植物，陽性農作物在強光照環(huán)境下自身生命活動會顯著提升，產量和品質就會因此逐漸提高；陰性農作物在弱光甚至蔭蔽環(huán)境下長勢較好。但需要注意的是，很多成株農作物不同生長階段可能對于光照需求會有明顯差異，比如作物幼苗期畏強光，成熟期又喜強光等。所以從實際出發(fā)，深度分析研究不同農作物光照強度需求標準，基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚在此期間以區(qū)域所種植不同作物需求，分段、分區(qū)設置光照強度，便可在促進農作物生長效率的基礎上，實現(xiàn)提質增產。

也可按照植物對光照周期反應各異的原則，合理設置相應的農作物光照時限、類型等。比如所需光照較長的植物在生長期間往往需要適度延長光照時間，確保其24 小時內至少有2/3左右的時間處于強光照環(huán)境，以此方能迅速生長發(fā)育。與之相對的部分陰性農作物需要在降低光照強度的基礎上，縮短光照時間，從而使之長勢能夠完全達到預期。需要注意的是，一些中間性農作物對于光照強弱、時間并沒有較大反應，只需周圍生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定即可正常生長發(fā)育，在其種植過程中便不用過度追求光照控制，只需模擬自然光照，為其提供良好的發(fā)育條件，即可達到提質增產的目的。

該系統(tǒng)功能結構應以遮光、補光模塊控制來體現(xiàn)，遮光布控需在實時判定農作物類型特征，明確其關照時限的基礎上，將內置傳感器采集的數(shù)據(jù)與計算機規(guī)定光照目標進行對比，若高于目標值則自動開啟外部遮陰網(wǎng)濾光，未達到目標值則收攏遮陰網(wǎng)，做自然補光即可。而補光布控，則是在天氣陰沉或者晝短夜長環(huán)境下，全方位分析判斷農作物類型及其所需光照強弱、時間，然后以大棚內置傳感器所采集數(shù)據(jù)為依托，對比計算機原始所設光照標準，高于目標值時關停補光燈，未達到目標值時自動開啟補光燈。最終體現(xiàn)農作物生長效益、發(fā)育品質。

3.4.2 水分控制功能的專業(yè)布控

水分控制功能的專業(yè)布控則以計算機分控自動灌溉、定時灌溉的設計來呈現(xiàn)，明確土壤濕度的前提下，選擇滴灌、噴灌、微噴、滲灌等方式，以保障棚內土壤充分吸收水分。需要注意的是，該功能模塊應由自動灌溉和定時灌溉兩大塊組成，自動灌溉即計算機內置標準土壤濕度記錄器，依據(jù)傳感器所測數(shù)據(jù)全面對比標準土壤濕度，高于限值時關閉自動灌溉，未達限值時開啟自動灌溉。而定時灌溉即按照不同時段，選擇合理灌溉方式，并科學設定灌溉次數(shù)，使區(qū)域內土壤充分吸收水分，最終達到促進光伏大棚農作物提質增產的目的[3]。

3.5 客戶端內容

按照數(shù)據(jù)層、后端層、分析層、用戶層組構客戶端，使物聯(lián)網(wǎng)可以和PC、智能手機端做實時交互連接，農戶通過網(wǎng)絡可直接查驗管理光伏大棚內農作物，了解棚內實際情況，從而快速解決各種問題。

4 小結

通過基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚的研究分析，可以看出實踐期間必須關注物聯(lián)網(wǎng)技術的光伏農業(yè)大棚運行模式，明確系統(tǒng)具體設計原則要點，合理設置溫濕度控制模塊，以及專業(yè)布控光照及水分控制功能，科學開發(fā)客戶端，才能保障實踐應用效益，這也是我國現(xiàn)代化農業(yè)得以穩(wěn)定、高效、快速發(fā)展的必要依據(jù)。

[1]余金潤,劉雅莉,謝衛(wèi)鋆,等.基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏農業(yè)大棚的研究[J].現(xiàn)代信息科技,2020,4(10):162-165.

[2]楊玉霞,湯金金.太陽能農機發(fā)動機監(jiān)測系統(tǒng)設計——基于智慧農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息采集[J].農機化研究,2018,40(5):259-263.

[3]郭琳,張孝存,韓文霆,等.基于多能互補的光伏木耳大棚智慧控制系統(tǒng)設計[J].西北農林科技大學學報(自然科學版),2020,48(4):146-154.

苗子涵（1998- ），男，漢族，湖北宜昌人，本科在讀，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術。

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.11.45

S625

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2095-1205(2020)11-93-02