基于物联网的光伏农业大棚探究

2020-12-17苗子涵张福熊

广东蚕业 2020年11期

关键词：光照农作物作物

苗子涵　张福熊　张　晟

基于物联网的光伏农业大棚探究

苗子涵张福熊张晟

（荆楚理工学院湖北荆门448000）

随着信息时代的到来，各种现代化高新科技发展速度也呈现逐年加快趋势，比如物联网技术在农业大棚领域快速发展，在提升农作物产量的同时提高了生产效率。文章基于物联网的光伏农业大棚进行分析，结合实际做好相应整理和总结。

物联网；光伏农业大棚；研究

现阶段我国温室大棚栽植已经形成规模，近年来物联网技术的发展也进一步加速了农业自动化的持续更新和完善，基于物联网的光伏农业大棚开始逐渐成为主流趋势，这也为不断提高现代农业自动化水平奠定了基础。

1 基于物联网的光伏农业大棚的特征

基于物联网的光伏农业大棚结合实际情况设计温室大棚控制系统，主要以光伏供电、监测模块、微机处理中心、ZigBee无线网络等共同组成系统架构，以此实现对相应农业温室大棚内农作物生长环境进行实时监测、调控的目的，期间搭配存储采集数据、系统管理设备，保障无线传感网与传统信息网可以交互连接，农户可随时随地用网络浏览器或者智能手机远程监测管控大棚，从而在解放人力、减轻作业压力的基础上有效提高农业生产水平，实现高效、低耗的现代化农业生产模式[1]。

2 基于物联网的光伏农业大棚的价值优势

基于物联网的光伏农业大棚的价值优势十分突出，其本身集太阳能光伏、风电、WSN等先进技术于一体，可形成严格按照农作物生长条件创设生长环境的农业生产形式。传统农业大棚多采取烧煤甚至电能保温形式为农作物生长创造良好的生长环境，但其负面特性也比较明显。比如传统农业大棚一旦实施保温方案，农户经济投入成本便会不断增加，尤其是采取烧煤保温时极易造成有害气体填充区域，环境遭受污染，安全隐患极大。而基于物联网的光伏农业大棚以太阳能为核心能源开展相关工作，太阳能又属于清洁能源，取之不尽用之不竭，环保无公害无污染效果显著。以此使相应光伏农业大棚经太阳能所发电能安全转化为农作物生长所需的光合辐射能，满足农作物生长同时保障光电转换效率，以提升区域电力水平。综合来看，基于物联网的光伏农业大棚有降低农业生产成本的根本优势，为开拓太阳能光伏产品提供了参考依据。总体来看，基于物联网的光伏农业大棚实践，通过在温室大棚向阳侧做太阳能发电设备布控，按照智能化控制系统搭配不同传感器采集农作物温湿度、水分、光照等信息，再由计算机集中处理分析，最终便可营造完全适合大棚内作物生长的环境，有效防控作物生长期间可能遭受的病虫害风险，使之达到生产效益预期，并且进一步为我国现代农业的培育发展指明方向。

3 基于物联网的光伏农业大棚系统设计实践

3.1 基于物联网的光伏农业大棚运行模式

基于物联网的光伏农业大棚系统设计实践必须突出光伏大棚的功能作用，实际操作时必须在大棚向阳面棚顶铺设光伏装置，保障充分开发利用能源，物联网技术在此期间需根据现场实况积极调整适合棚内农作物生长的环境条件，全面监控整个大棚，利用各种无线传感器及时收集农作物数据，将之上传至微机处理中心进行处理分析，最终达到有效提高大棚农作物产量的目的。

3.2 明确系统具体设计原则要点

基于物联网的光伏农业大棚系统设计原则要点是从创新、可持续、环保等层面出发合理设计，就目前的现实情况而言，我国市场上智能化农业大棚和光伏大棚都属于创新研究的产物，因此基于物联网的光伏农业大棚系统设计必须体现创新性原则，即充分发挥物联网技术的功能特性。除此之外必须综合考量未来我国农业发展方向和发展需求，突出现代化农业模式的可持续发展特质，最后在设计实践的所有环节都需遵循环保性标准，保障光伏发电系统顺利施行、稳步投运，从而达到有效降低环境污染的目的。

3.3 温湿度控制模块的合理设置

（1）注意温度控制设置合理性，严格按照农作物三基点温度（农作物生长期间的最低耐受温度、最佳温度、最高耐受温度），实时控制基于物联网的光伏农业大棚系统温度，以大幅提升棚内农作物发育速率和产出质量，任何植物一旦生长发育期长时间处在最低温或最高温附近，就只能维系基本的生命活性，生长效率便会因此大打折扣。所以在冬季，对大棚内部进行适度升温控制设定时，必须按照棚内温度传感器监测温度值并借助ZigBee组网节点向控制器传输，以此保障控制器可依据作物最佳生长温度并结合实际室温偏差进行及时调控。

在夏季时，则要注意降温控制，这个过程中主要以自然通风、强制性通风、混合型通风的形式体现，控制器仍旧依据棚内温度和实际室温偏差进行调控，可开启两侧风帘进行自然通风，也可使用鼓风机强制通风，甚至可采取湿帘水泵和人工联合降温等举措，保障棚内农作物生长过程的环境温度始终处在舒适区。

（2）对于湿度控制，必须全面分析农作物生命活动特征，了解其属于哪一类作物，比如湿润型作物、半湿润型作物、干燥型作物、半干燥型作物，明确良好的空气湿度也是决定作物的生长质量和生长效率的关键因素，空气湿度低便会导致农作物光合作用减弱，湿度高作物植株散热就会减少。所以此期间基于物联网的光伏农业大棚系统必须通过计算机储存标准湿度，传感器负责实时采集、监测棚内湿度，湿度低时开启喷雾阀门，湿度高时关闭喷雾阀门，并搭配风帘控制棚内气体流畅度，根据湿度把控喷灌速率和时间段，以此提升棚内农作物生长时效性[2]。

3.4 光照及水分控制功能的专业布控

3.4.1 光照控制功能的专业布控

光照是农作物有效光合作用的基础要素，基于物联网的光伏农业大棚系统设计实践必须针对不同阶段各农作物对光的需求标准，科学设置棚内光照强度，按照分区种植，分区域划分棚内温室系统，以提供不同的光照强度给相应作物，使之生长效益能够完全达到预期。

按照对光的需求不同，植物大体可分为两类，即阳性植物和阴性植物，阳性农作物在强光照环境下自身生命活动会显著提升，产量和品质就会因此逐渐提高；阴性农作物在弱光甚至荫蔽环境下长势较好。但需要注意的是，很多成株农作物不同生长阶段可能对于光照需求会有明显差异，比如作物幼苗期畏强光，成熟期又喜强光等。所以从实际出发，深度分析研究不同农作物光照强度需求标准，基于物联网的光伏农业大棚在此期间以区域所种植不同作物需求，分段、分区设置光照强度，便可在促进农作物生长效率的基础上，实现提质增产。

也可按照植物对光照周期反应各异的原则，合理设置相应的农作物光照时限、类型等。比如所需光照较长的植物在生长期间往往需要适度延长光照时间，确保其24 小时内至少有2/3左右的时间处于强光照环境，以此方能迅速生长发育。与之相对的部分阴性农作物需要在降低光照强度的基础上，缩短光照时间，从而使之长势能够完全达到预期。需要注意的是，一些中间性农作物对于光照强弱、时间并没有较大反应，只需周围生态环境稳定即可正常生长发育，在其种植过程中便不用过度追求光照控制，只需模拟自然光照，为其提供良好的发育条件，即可达到提质增产的目的。

该系统功能结构应以遮光、补光模块控制来体现，遮光布控需在实时判定农作物类型特征，明确其关照时限的基础上，将内置传感器采集的数据与计算机规定光照目标进行对比，若高于目标值则自动开启外部遮阴网滤光，未达到目标值则收拢遮阴网，做自然补光即可。而补光布控，则是在天气阴沉或者昼短夜长环境下，全方位分析判断农作物类型及其所需光照强弱、时间，然后以大棚内置传感器所采集数据为依托，对比计算机原始所设光照标准，高于目标值时关停补光灯，未达到目标值时自动开启补光灯。最终体现农作物生长效益、发育品质。

3.4.2 水分控制功能的专业布控

水分控制功能的专业布控则以计算机分控自动灌溉、定时灌溉的设计来呈现，明确土壤湿度的前提下，选择滴灌、喷灌、微喷、渗灌等方式，以保障棚内土壤充分吸收水分。需要注意的是，该功能模块应由自动灌溉和定时灌溉两大块组成，自动灌溉即计算机内置标准土壤湿度记录器，依据传感器所测数据全面对比标准土壤湿度，高于限值时关闭自动灌溉，未达限值时开启自动灌溉。而定时灌溉即按照不同时段，选择合理灌溉方式，并科学设定灌溉次数，使区域内土壤充分吸收水分，最终达到促进光伏大棚农作物提质增产的目的[3]。