温室智能装备系列之三十八:智能温室大棚
外部温差大，内部温差小，里面的整体温度要高一些。
温室大棚智能管理系统
一、概述
随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，对于农业大棚来说，最重要的一个管理因素是温湿度控制。温湿度太低或者太高，都不利于农作物生长，所以要将温湿度始终控制在适合于农作物生长的范围内。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。温室大棚的温度控制成为一个难题。现在，随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。因此，在现代化的农业大棚管理中有必要进行温湿度自动控制系统，以控制大棚温湿度，适应农作物生长需要。以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效率，高产值和高效益的生产。
湖南中冠电子有限公司开发的大棚温湿度监控系统是专为农业种植温室研制的温湿度智能监控系统，能够自动监测棚内温湿度，并控制相关的温湿度调节设备，以达到度对大棚温湿度进行调节的目的。本控制结合了农作物栽培温室的特点，进行智能温度湿度传感器与温度湿度测控仪一体化设计，专采用当今先进的单片微机作主机，减少了外围部件，采用了计算机技术和最先进的数字温度传感器技术和进口的温湿度传感器，提高了系统的可靠性和稳定性，克服了传统模拟式温湿度传感器的不稳定、误差大、容易受干扰、需要定期校准等严重缺陷，本产品测量数据准确，精度高，运行稳定，质量可靠，在温室大棚具有广阔的应用前景。
二、组成及工作原理
本系统由测温传感器，测湿传感器，智能数据采集器，数据显示控器，通讯机，上位电脑等构成。温度传感器在大棚中呈” X” 型排列，测湿传感器安装在大棚中央（也可由用户确定），蔬菜大棚里的温度湿度等信号通过智能数据采集器，发送到数据显示控器，通讯主机将接收到的的信息传到管理中心的主机。如果温室当前的温湿度不利于蔬菜生长，上位主机就会按照使用人员指定的方式输出多种报警来提醒大棚管理员做出相应的操作，从而实现大棚蔬菜的智能化管理。监控系统安装后，操作人员可根据传感器实时温湿度数据对可以在现场和中心控制室完成对大棚内部采暖、通风等设备进行操作，可以有效解决大棚室运行费用高，耗能大等缺点。监测系统还可根据蔬菜生长条件设置警报值，当温湿度异常时进行报警，提醒工作人员注意。本套系统采用防水防尘，可以长时间运行于温室等高温高湿环境。并采用有线线传输技术，保证信号在复杂环境中信号的稳定传输。
三、系统功能及特点
数据显示控器特点
集温湿度采集、显示、监测、报警、控制于一体。内置进口温湿度传感器芯片，检测精度高、性能稳定。用户即可直接读取温室内温度、湿度值，又可通过设备控制卷帘机、通风机、加热器等温湿度调节设备，进而实现对温室内的温湿度自动控制。兼有RS485通讯接口，可实现远程组网监控，并可加配声光报警器，当温室大棚内温度、湿度超过设定值时自动报警。
数据显示控器技术参数：
1、测温测湿点数：测温 256点，测湿 32点
2、测量范围：温度：(－20～＋80)℃
湿度：0%～100% RH
3、测量精度：温度±05℃，湿度±3% RH
4、测量分辨率：温度±01℃，湿度±01% RH
5、远程和现场运行功能
系统处于现场工作状态时，通过温湿度传感器采集到的温度和湿度，控制器可以通过控制“温度控制输出”“湿度控制输出”和“通风控制输出”，控制卷帘机、通风机、加热器等设备，自动控制大棚内温度和湿度，远程运行状态下，也可以通过按键和上位机任意控制 。
6、报警功能输出：
当监测的温湿度超过报警限后，报警触点闭合，控制喇叭或报警器报警。
7、通讯功能 带有RS485通讯接口，可以组成485网络和计算机通讯。
8、工作环境：温度 -20～80℃ 耐热防潮，能在温室大棚长期工作。
9、供电: 交流 220v
特点
系统功能及优势：
◆系统优越性 系统结构清晰，高度集成化，安装、操作简单，适用于各类使用环境，操作界面充分考虑客户个性化需求，系统运行稳定性好。系统能对大棚环境温湿度进行采集和显示
◆自动记录 实时更新并自动记录温湿值，所有温湿度历史记录及相关数据真实可靠，存储方式专用，能通过上位机端远程设定蔬菜的生长期适宜温湿度
◆易于查询 查询任何该蔬菜温室内的固定测点及移动测点的温湿度历史数据记录、温湿度历史曲线、温湿度预警信息、温湿度超限信息、超限处理措施及整改提示、监测点环境情况评估、监测点故障、监测点地理位置等信息 (以数据方式和动态曲线方式显示)
◆完整精确且灵活记录打印 将预订的时间点自动记录所有测点的温湿度值及报警信息，形成可查询、打印的历史记录、历史曲线、报表。
◆灵活的报警功能 报警方式有电脑声光报警、就地测点声光报警、预设地点（值班室）声光报警等。管理人员在上位机软件设置要控制的大棚编号和温湿度上限和下限值，通过串口发送出去。
◆传感器在线标定 需要标定系统测试精度时无须拆卸传感器，只需通过软件设定即可。
◆系统可扩充性强 测点可在一定范围内任意增加。一台上位机控制多个大棚 蔬菜大棚温湿度控制系统工作过程
◆安装简单 接线方便可靠。
智能温室大棚建设 PC温室大棚多少钱
为提高果实采收自动化水平，针对高架栽培果实设计了一种新型自动采摘机器人系统，其可以对机器人本体两侧果实同时进行采摘。系统采用机器视觉方式实现自主导航，通过双目视觉相机对果实进行识别和空间定位，由关节型机械臂操纵末端执行器进行定位。系统末端执行器采用吸附果实、夹持和切割果柄的方式对果实进行柔性操作。根据实际需求制定了采摘机器人系统作业流程，保证机器人作业高效有序。试验结果表明，果实采摘机器人系统采摘成功率达75％，单次采摘作业平均耗时11s。
引言
设施环境种植蔬菜果实因其反季节、高产的特点，在世界各地广泛种植。为保证其食用和外观品质，需要在收获期分时段多次挑选采摘，目前以人工作业为主，劳动强度大，工作效率低，并且随着老龄化以及农业劳力转移，采收成本也逐渐增加。为提高采摘作业自动化水平，20世纪90年代开始，日本率先研制针对高架栽培的果实自动化采摘设备，K0ndo等人2010年最新研制的果实采摘设备采摘成功率为413％，单循环作业耗时115s。然而，由于农业环境不稳定性、作业对象分布不规则，以及个体差异大等客观因素限制，目前智能采收设备研究仍处于试验样机阶段。
本文针对果实高架栽培模式，设计了可进行双侧高效采摘的机器人系统，主要对其中各功能部件进行设计和集成，并制定系统作业流程。本系统采用无线遥控和语音提示交互方式，可满足观光农业和科普教育领域示范应用，以进一步推动智能采收设备真正进入农业生产。
工作环境介绍
果实高架栽培因其结构化种植特点，有利于减轻劳动作业强度，改善果实食用品质，近几年受到广泛推广。果实种植于栽培槽内，并由栽培架固定支撑。采摘机器人行走于栽培架行间，同时对两侧果实进行采摘。果实主要分布在高度距地面850～1070mm区域，深度范围为200mm的空间区域内。
系统构成模块
如图1所示，采摘机器人系统硬件由轮式移动平台、关节型采摘机械臂、双目视觉相机、柔性末端执行器以及系统控制器五部分构成。
导航模块
采摘机器人系统采用大功率四轮驱动小车作为系统承载移动平台，以适应农业环境不平整地面。移动平台前端安装彩色摄像机，感知行走路面彩色导航路标，保证采摘机器人在果实栽培架行间中央自主移动。
果实识别定位模块
果实识别定位模块采用PointGrev公司BumbIebee2系列双目视觉相机。该相机工作视距为700mm时，有效视场为500mm×500mm，空间定位精度±1mm，满足采摘机器人系统目标定位要求。根据双目相机采集的两幅果实彩色图像特征，研究基于果实色彩和形态的目标识别算法，实现复杂背景下果实目标的特征提取，并以此作为图像特征匹配参数，利用三维测距算法，得到果实空间坐标。
采摘机械臂
采摘机械臂负责末端执行器操作和定位，其运动精度和速度直接决定系统采摘效率。综合考虑采摘机器人视觉定位相机视场区域大小以及果实种植模式，选用DENSO小型关节型机械臂。其最大运动半径为650mm，末端载荷5kg，点位往复运动时间最快04s，重复定位精度±002mm，同时其关节型构型空间区域运动灵活，有利于满足果实栽培狭小作业环境要求。
末端执行器
果实表皮非常柔嫩，夹持果实本体容易造成果皮损伤，影响果实品质，进而影响后续加工、储藏。采摘机器人采用了由吸附果实、夹持、切割果柄3个主要部件组成的柔性末端执行器。果实吸附部件采用风琴式吸盘，果柄夹持部件由平行开闭型气爪、夹持垫片、夹持手指构成，果柄切割部件由切割刀片和垫板构成，切割部件安装于夹持部件上方，随夹持手爪开合实现切割。
系统控制方案
采摘机器人控制器负责运行导航、果实识别定位、机械臂控制及末端执行器控制等4个程序模块，以及接收发送控制信号。如图2所示，机器人控制系统构成，采摘机器人输入设备有双目视觉相机和路标识别相机，分别通过1394b总线、USB端口与机器人控制器相连接进行数据通信。控制器通过RS232、A／D模块对机械臂和末端执行器状态进行控制。
作业流程规划
系统启动后应用程序加载各功能模块并进行初始化设置，按下遥控手柄启动按键后，在导航模块控制下移动平台驱动采摘机器人系统自主行走4s后停止前进，果实识别定位模块首先对机器人左侧果实进行识别定位，并将视场内成熟果实序列空间坐标发送到机械臂控制模块。机械臂据此将末端执行器定位置至果实位置，完成果实吸附、夹持及切割后，放入果实筐，完成单个采摘循环，如此继续直到左侧视场所有果实采摘完成，机械臂恢复至初始位置腰关节旋转180°，开始对右侧果实进行采摘。右侧视场果实全部采摘完成后，机械臂复位，移动平台开始前进继续采摘作业，直至通过遥控手柄结束采摘。
采摘机器人系统性能试验
为了验证采摘机器人系统作业精度和效率，在室内简单背景环境下使用该系统对其两侧各4个果实进行采摘，采用秒表记录作业过程耗时情况。试验结果记录如表1所示，其中(x，v，z)为果实相对机械臂坐标系空间坐标值，序号1、2、3、4为左侧果实，其余为右侧果实。
由试验结果可得，采摘成功率方面，8个果实其中6个采摘成功，4、5号由于处于视觉系统视场边缘定位误差增加，从而造成末端执行器吸盘吸附固定失败。作业效率方面由于右侧果实采摘时间包含机械臂腰关节自左向右旋转过程耗时，系统完成单个果实采摘平均耗时1099s。
结论
针对高架栽培果实构建了采摘机器人系统，完成各功能模块的选型、设计和集成，机器人可对本体两侧果实进行采摘，有利于提高采摘作业效率。采摘机器人系统性能试验表明，机器人对8个试验目标中的6个进行成功采摘，完成单个果实采摘平均耗时11s。
资助项目：北京市创新团队岗位专家项目；863计划课题2012AAl01903；科技支撑计划课题2012BAF07802。
建造智能温室大棚需要注意哪些问题？什么样的大棚才算智能大棚呢？
智能温室大棚一般的建设材料都是玻璃或者阳光板的智能温室，造价在三百元左右每平方，详细的造价等，需要根据你的具体情况来出预算，pc板也就是常说的阳光板温室，造价在三百元左右，如果对智能设备要求不是那么高的话，二百多也能做的到，详细的需要根据你的情况来，希望对你有所帮助
建造标准
温室大棚应建造在交通便当，地势平整、开阔，排水便当，有蓄水池、河流或地下水丰盛，地势高燥，避风向阳，地下水位05米以下，土壤深沉肥美的地方。
建设温室大棚要注意棚内后两排立柱之间，间隔尽量缩小，应在80厘米左右，中间只建一条东西走向的水泥沟兼人行路就可。东西两棚间隔08-2米，中心有一宽800厘米以上的小水沟。南北两棚间隔3-5米左右，用于挖水沟、安供水管道、修建通行路程等。连栋温室的间距不应低于一栋温室的宽度。
温室大棚
关于大棚选址，土壤是作物获得养分的重要来源，需注意土壤有机质含量，建议在建造温室大棚之前，定期对土壤进行检测，若土壤的有机质含量不够，可提早进行补充。在作物种植地苗床期等种植过程中，土壤环境的清洁也尤为重要。
温室大棚的朝向对温室内的蓄热能力影响很大，对日光温室来讲。以南北向或略偏西南的朝向更好，即南北为大棚长，东西为棚宽，便于积蓄热量。
同时也要考虑下温室类型建设的基础需求，比如玻璃温室一般上基础底部应低于室外地面05米以上，根据气候和土壤情况，基础顶面与室外地面的距离应大于01米，除了特殊要求外，温室基础顶面与室内地面的距离宜大于04米。薄膜大棚的薄膜外压深度等。
智能温室设施
设备采购
主要配件有接头管、压顶簧、压膜槽(卡槽)、压膜簧(卡簧)、护套、压膜卡、斜撑、U型卡、夹箍、固定器、连接片、压膜线、门、卷膜器、卷膜杆、双管卡、管卡、人字卡、防雾薄膜、防虫网等，根据相关规范对进行建造。
智能温室大棚所需的设备则要在传统大棚的基础上，加上空气温湿度传感器、土壤PH值传感器、土壤温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、电流传感器等感知设备，以及摄像头、智能控制柜、远程控制物联网云平台等部分。
智能温室
通过感知设备的实时监测，获取温室的环境参数，通过无线传输的方式，经智能控制柜上传到云平台，登录到云平台界面，查看每一分钟的数据变化情况，并根据种植作物类型、环境条件等，联动天窗、通风机、水肥机、补光灯、卷膜器等设备，实现示警、灌溉、卷帘、补光、施肥等操作，减少人工劳作。
