雙膜雙結構新型蔬菜大棚

目前國外的大棚基本已經實現智慧化管理，透過物聯網技術採集大棚內環境引數、對收集的資料 進行分析實現大棚智慧化控制，並擁有相關的智慧化控制系統；而國內大多以傳統農業大棚為主，現有的大棚存在智慧控制系統穩定性差、對環境因素調控不及時、遠端控制不穩定等問題［1］。 雙膜雙結構新型蔬菜大棚透過攝像頭、感測器和控制器，實時監測大棚系統中的空氣溫溼度、土壤溼度、光照強度、二氧化碳濃度、氮元素含量等環境資訊並上傳至雲端，以便於系統根據特定的植物生長模型對棚內的相關環境引數自動調節，使用攝像頭監控大棚內的蔬 菜 生 長 情 況，並 將 獲 取 到 的 影象利用計算機識別技術對影象進行病蟲害識別檢測，分析出病蟲害種類，推送到使用者移動端，透過灌溉系統進行定向定量的智慧化施肥灌溉，同時還可以透過遠端移動端對大棚進行自動卷膜，實現了大棚的智慧化管理。

1大棚的構造與效能

1。1 雙膜雙結構大棚構造

雙膜雙結構大棚具有兩層大棚結構，內層大棚主要包括固定杆、弧形支架、支撐杆、橫樑、透光膜和捲簾機，外層大棚主要包括固定杆、弧形支架、透光膜、蓋外保溫被、電動捲簾機、大棚外層弧形支架與內層弧形支架。 兩層結構之間有一定的空間，使內層透光膜與外層透光膜形成了一層不流動的空氣層［2］。 大棚模型如圖 1 所示。

1。2 雙膜雙結構大棚效能

1。2。1 保溫效能好

雙膜雙結構大棚採用內外雙層透光膜、地膜和一層保溫被形成三膜一被提高了保溫效能。 大棚內外兩層膜之間形成的不流動的空氣層是熱的不良導體， 雙膜之間形成的不流動的空氣層導熱 效能差，使得大棚內的熱量不容易散失掉，從而增強了蔬菜大棚的保溫效能。

1。2。2 實用效能好

大棚構造科學堅固、內部空間大、操作 使用方便，雙膜雙結構大棚的寬度和高度增加，使棚內空間大，便於機械化操作；大棚雙結構構造抗禦自然災害的能力強；捲簾機代替人工揭蓋保溫被，節省大量的人力資源。

2 硬體技術主要應用

2。1 大棚環境監測系統

大棚中包含攝像頭、溫溼度感測器、土壤溼度感測器、土壤 pH 值感測器、光照強度感測器、二氧化碳濃度感測器等裝置，對大棚內部的蔬菜生長狀況、溫度、溼度、土壤溼度、土壤 pH 值、光照強度、二氧化碳濃度進行實時監測並將大棚內環境實時資訊透過樹莓派總控系統上傳至雲端進行資料儲存、資料分析。 使用者透過大棚內液晶監控面板顯示或遠端移動端進行實時檢視，瞭解大棚內實時狀況［3］。

2。2 攝像頭實時監控系統

大棚內分多個蔬菜種植區域，每一個區域安裝一個監控攝像頭， 對區域內蔬菜進行實時監控，系統利用影片推流技術，將獲取到的監控錄影上傳至雲端，並利用上傳的蔬菜影象與資料庫中的生長模型相對比，判斷並記錄當前植物狀態，並針對蔬菜不同的生長狀況進行定向施肥、灌溉。 同時在大棚外部安裝監控，對大棚外部透光膜、蓋外保溫被的狀態和開閉程度進行監控。 並對電動捲簾機的工作狀況進行實時監控，便於使用者對自動卷聯機的控制。

2。3 灌溉、施肥系統

大棚內使用多個水泵，對大棚內蔬菜種植區域進行分割槽域施肥澆灌。 大棚內感測器對土壤 pH 值、水含量及肥料含量進行採集，並透過樹莓派將採集的資料傳送至後臺，通過後臺系統資料分析，將蔬菜種植區域內所需要補充的土壤水含量及肥料含量傳送至大棚內液晶監控面板顯示和遠端移動端，透過使用者指令將所需肥料透過灌溉系統進行定向、定量灌溉施肥［4］。

2。4 自動卷膜系統

自動卷膜機 主要是透過 系統控制的 電機啟動帶動卷膜軸轉動， 將膜被捲起實現通風窗的啟閉。可有效地控制大棚內的溫度和溼度，給蔬菜的種植營造一個良好的生長環境，使蔬菜長勢良好，大大提高了溫室大棚種植的經濟效益。 使用者透過系統設定，在卷膜機開啟和關閉的過程中，能實現任意位置的停止和啟動無須任何輔助裝置。

3 軟體技術設計

3。1 採用卷積神經網路對病蟲害進行檢測蔬菜影象中含有的特徵資訊包括葉片的紋理、病害區域的邊緣等。 卷積神經網路便可以利用影象中的特徵資訊對蔬菜影象中的病蟲害型別進行 分類。 此外，卷積神經網路以其高效的區域性結構和優良的分類效能獲得了廣泛的關注，其優點是不需要對輸入的影象資料進行預處理，可以減少分類和學習過程中的額外工作量［5］。

3。2 採用蔬菜生長模型

採用蔬菜生長模型，透過網路以及實際調研收集環境變數對蔬菜生長情況（如重量、大小等）的影響。 以環境中的一個因素為自變數，蔬菜生長情況為因變數建立座標系做函式圖。 根據函式圖大棚自動調控大棚內環境，提供蔬菜最合適的生長條件。蔬菜生長模型最重要的 意義是對整 個作物生育系統的知識進行綜合，並量化生理生態過程及其相互關係，即綜合知識和量化關係。 蔬菜模型是利用計算機強大的資訊處理和計算功能，對不同的生育過程進行系統分析和合成，相當於所研究系統的最新知識的積累和綜合。

3。3 開發環境與設計技術

系統頁面構建主要採用 uniapp 完成，前端技術使用 html\css\javascript，主要以 C/C++程式語言進行編碼，主要使用開發工具：hbuilder、platformio（vscode），透過 MQTT 協議（message queue telemetry transport，訊息佇列遙測傳輸協議）進行訊息釋出，實現移動端對物理裝置的控制。

3。4 遠端移動端控制

利用移動網際網路技術對手機移動端進行控制，移動端控制主要包括：首頁顯示介面、控制顯示介面、影片顯示介面、個人中心［6］。

（1）首頁介面顯 示的各類引數值，為大棚 內部部署的感測器採集到的相應的實時資料，包括大棚中空氣溫溼度、土壤溼度、光照資訊二氧化碳濃度和 氮 元 素 含 量，用 戶 可 以 實 時 看 到 這 些 數 據 ，並根 據 這 些 數 據 對 大 棚 內 的 環 境 進 行 調 節 。 如 圖2所示。

（2） 控制介面為雙膜雙結構大棚控制中心，用於對大棚內的環境進行調節。 如圖 3 所示。第一部分內層為大棚的內層膜，第二部分外層為大棚的外層膜，每層膜都可透過手機控制被獨立的開啟或閉合，無需人工操作；第三部分是對風扇的開關操作，開啟風扇，實現通風以及降溫功能，當中間區域的引數值達到期待值時，則可進行關閉操作；第四部分透過加熱實現大棚的增溫操作，關閉則停止加熱；第五部分是對水泵的開關操作，開啟水泵，實現噴灌操作，可增加空氣溼度與土壤溼度；第六部分是對智慧施肥的控制開關，開啟智慧施肥開關，系統將根據生長模型中引數，實現施肥操作。

（3） 影片介面為 雙膜雙結構大棚影片監 控中心，可實時監控大棚內的情況，並定時拍照上傳雲端，便於影象識別病蟲害檢測。 如圖 4 所示。

（4）個人中心為 使用者登入界 面，使用者需登 錄後才可以進行操作。 使用者登入分為免密登入（手機號登入）和賬戶登入 2 種方式，在登入時系統會對使用者賬戶密碼進行判斷， 賬戶密碼都正確才能登入；使用者可在個人中心修改密碼、 接收系統推送的資訊、及時向開發者反饋使用者使用資訊。 如圖 5 所示。

4 結語

本文所設計的雙膜雙結 構新型蔬菜 大棚智慧遠端控制系統實現了大棚保溫效能強、遠端智慧化控制、 智慧化施肥精細化培養和病蟲害檢測 等功能，為蔬菜提供了適宜的生長環境，有利於增加蔬 菜產量，為種植農戶帶來更多的經濟收益，減輕勞動強度，推動我國自主研發型大棚系統的發展程序，促進傳統農業轉型向智慧化農業邁進，為我國智慧化農業發展躋身世界前列增磚添瓦。

本公司承建各種溫室大棚，歡迎各位朋友來公司進行考察。想了解其他大棚可以私信小編。