现代温室大棚中可以使用那些智能系统？怎样建造智能温室大棚呢？

智能温室大棚，只是在原来大棚的基础上进行智能化升级，利用农业物联网的技术和硬件设备，研发而来的智能温室大棚系统，实现对温室大棚的智能管理，进一步将温室对农作物生长的作用发挥出来。智能温室大棚系统支持改造升级原有大棚，也能应用于各类新建大棚，比如薄膜连栋温室、玻璃温室大棚等。

温室大棚

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。

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。

温室大棚

薄膜覆盖材料选择用于设施农业生产建设的专用塑料薄膜，透光率、保温、抗拉及耐老化方面的性能均优于普通农膜。

玻璃又分为超白压延玻璃和普通透明玻璃，优点为透光率高，能达到百分之九十左右，使用期限长、防火、防腐蚀能力强。超白压延玻璃同普通玻璃区别为其光线进入室内会以漫反射，不会对室内农作物造成直射。缺点是抗冰雹自然灾害能力差，施工安装繁琐、顶部防水需要做好。

pc阳光板是聚碳酸酯为主要原料，双层中空透明塑料板材。优点是双层中空，保温隔热性能好，抗冲击能力强，重量轻每平米重15kg，施工安装方便，可以适度折弯等。缺点是塑料制品有使用寿命，8mm国标板材为十年板，透光率相比玻璃不足，且透光率会逐年降低。

大棚膜

骨架是保障温室大棚后续使用效果的重要部分，常用的骨架类型有：竹木骨架、树脂大棚骨架、琴弦式大棚骨架、水泥大棚骨架等、骨架类型不同，效果也不一样。

大棚骨架结构是三角稳定型结构原理，用两片支撑片与内弦和外弦通过螺丝和螺丝母固定起来，外弦和内弦是开放式C型钢架，经过弯曲成为梁架，是整个大棚整体重量的支撑核心，大棚结构稳固性好，可靠性强，加工厚度根据规格情况一般在2-3mm。

大棚建设材料

水泥大棚骨架主要是由冷拔丝、混凝土、草绳等，同时使用模具生产而成的，强度高、耐老化性好。混凝土非常脆、搬运与安装非常地不方便、且需由全手工制作而成，劳动强度非常高，不适合大面积地推广。

阳光板温室的骨架多采用钢制骨架，也有部分厂家使用几字钢作为人字梁骨架。

顶部覆盖玻璃的骨架，可以为全铝型材骨架，也可以使用钢制人字梁骨架，同玻璃三件套的样式结合。

总之，综合考量各类型温室大棚的优缺点、综合性价比、实际需求等，选择可接受的适合大棚类型，再进行下一步。

受限于地域、气候、建造人工、设备采购/调试等因素影响，温室大棚的建造时间不固定，原则上修建时间不能拖得太久。如果施工时间过长，墙干不透，扣膜后湿度大，会降低温室的性能，造成病害严重，同时还会产生冻融交替现象，引起墙土剥落的现象发生。

大棚骨架

温室大棚建好之后是要先做验收，验收通过之后才能被投入使用的。验收工作可以从材料、施工技术两个方面进行检查。

(1)材料是保证温室大棚质量的关键，如果材料都没有选好，验收无法通过。重点验收在于钢构件、钢管等材料的品质。

(2)施工技术是否合理，会影响温室大棚的使用期限，因此在进行施工的时候要严格按照相关要求进行，不得随意更改，避免给后期验收带来影响，出现返工现象。

智能温室设施

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。

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，直观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。

智能温室结构图

安装通风机、水肥机、补光灯等设备，同时将空气温湿度传感器等，采用壁挂式螺丝或插入式安装，并一一扫码添加到智能温室大棚系统上，在云平台上一一绑定，并对采集与控制的关系进行绑定，举例空气温湿度传感器采集到的数据，应该绑定到联动通风换气的设备上，两者在逻辑控制上设置当温度低于5℃时放下保温帘，低于3摄氏度时发送预警信息，因为这可能是卷帘器出现了故障，温度高于15℃卷起保温帘，其他逻辑控制也是同样道理，完成温室大棚智能化管理的逻辑条件。

如果需要接入摄像头，在采购之时需提前了解下，智能温室大棚系统支持接入摄像头。

远程控制大棚环境

作为温室大棚骨架的材料，有镀锌钢管等多种规格。一般在长期使用、焊接过程中使镀锌层遭到破坏，导致后期出现生锈，需要将表面的锈迹除掉，再刷一层防锈涂料，从根源上解决钢管生锈难题。做好相应的除锈工作，保证使用安全，延长使用期限。

大棚卷帘机首次使用前先往机体内注入黄油15公斤，以后每年更换保养一次。在使用前和使用期间，离合系统必须上油。

以薄膜作为覆盖材料的大棚，在高温天气通过遮阳网等设备进行保护，及时更换，避免带来严重影响。

智能温室大棚能自动控制大棚内的温度

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。

智能温室和玻璃温室的区别？

智能温室大棚能自动控制大棚内的温度。根据查询相关公开信息显示，通过室温传感器可以实时监测棚内的温度，当监测到大棚内的温度低于标准值，系统能自动打开温控设备调整室温，当大棚温度达到标准值，系统又可以自动关闭温控设备，整个过程不需要人工参与，可以使室温保持在一个稳定的状态。智能温室是设施农业中的高级类型，拥有综合环境控制系统，利用该系统可以直接调节室内温、光、水、肥、气等诸多因素，可以实现全年高产、稳步精细蔬菜，花卉经济效益好。

智能温室和玻璃温室都是种植业中应用较广泛的技术手段，但两者存在一定的区别：

材料不同：智能温室多采用塑料薄膜或其他特殊材料，而玻璃温室则使用透明玻璃。因为塑料薄膜比玻璃更易于制造和维护，并且具有更好的隔热性、透光性和防爆性能。

功能不同：智能温室通过对温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等环境参数进行精确调控，实现自动化管理和优化生产。而玻璃温室则主要提供一个保护农作物的透明空间环境，需要人工控制温度、湿度、通风等条件。

成本不同：智能温室相对于玻璃温室来说成本较低，特别是在构建和维护方面，更加节省成本。

应用范围不同：智能温室可以适用于各种规模的农业生产，包括蔬菜、水果、花卉等，而玻璃温室主要用于大规模的花卉和植物育种。

总之，智能温室相对于传统的玻璃温室来说，具有更多的优势和应用前景，可以帮助农民提高生产效率和产品品质。但是无论哪种类型的温室，都需要根据实际情况进行选择和运用，以达到最佳的种植效果和经济效益。