物联网温室智能化控制系统：实现精准环境调控与水肥管理

在设施农业快速发展的当下，传统温室种植依赖人工经验的管理模式，已难以应对作物对环境精准度的高要求 —— 温度波动过大导致作物徒长、水肥供给不均影响产量、病虫害发现不及时造成损失等问题频发。物联网温室智能化控制系统通过 “实时感知、数据传输、智能决策、自动执行” 的闭环管理，将温室环境调控、水肥供给、病虫害防控等环节标准化、精准化，成为推动温室种植从 “经验驱动” 向 “数据驱动” 转型的核心技术。

一、系统架构：三层协同，构建温室 “智能中枢”

物联网温室智能化控制系统基于物联网技术，采用 “感知层 - 传输层 - 应用层” 三层架构，各层级紧密联动，确保数据实时流转与指令精准执行，为温室管理提供稳定、高效的技术支撑。

1.感知层：温室环境与作物数据的 “采集终端”

感知层是系统的 “神经末梢”，通过部署多类型传感器，实现对温室内部关键参数的 24 小时不间断监测，为后续调控提供数据基础。其核心设备与监测内容包括：

环境参数传感器：温湿度传感器安装在温室中部与作物冠层高度，捕捉空气温湿度的立体分布;光照传感器监测自然光强，判断是否需要补光;CO₂传感器实时监测气体浓度，避免光合效率不足;风速风向传感器部署在温室顶部，为通风策略提供依据。

土壤与作物传感器：土壤墒情传感器监测土壤水分与肥力，避免盲目灌溉施肥;土壤温度传感器反映地温状况，影响作物根系生长;作物生长传感器通过图像识别技术，定期拍摄叶片颜色、果实大小，分析作物生育期与健康状态。

设备状态传感器：电流传感器监测卷帘机、水泵、补光灯等执行设备的运行电流，判断设备是否故障;液位传感器安装在水肥罐中，监测水肥储备量，避免设备空转。

以番茄温室为例，每 1000㎡需部署 3 个温湿度传感器、2 个光照传感器、4 个土壤墒情传感器，确保数据覆盖无死角，为精准调控提供可靠依据。

2.传输层：数据流转的 “高速通道”

传输层承担 “数据搬运” 功能，通过有线或无线方式，将感知层采集的原始数据传输至应用层，同时将应用层的控制指令下发至执行设备，确保数据传输的实时性、稳定性与安全性。其核心传输方式包括：

短距离无线传输：采用 LORA 协议连接传感器与本地控制器，适合中小型温室(5 亩以内)，无需布线，安装灵活。例如，分散在温室不同区域的土壤传感器，通过 LORA 组网将数据汇聚至控制柜，避免复杂的线路铺设。

中长距离传输：大型连片温室(20 亩以上)采用 LoRa 网关，搭配 4G/5G 模块将数据上传至云端平台，支持多网关组网，覆盖更广区域。同时，通过 VPN 加密技术保障数据传输安全，防止信息泄露或被篡改。

本地备份与断点续传：在本地控制器中存储近 7 天的历史数据，若网络中断，待恢复后自动补传数据，避免因网络问题导致的数据丢失。

3.应用层：智能决策与管理的 “核心中枢”

应用层是系统的 “大脑”，通过本地控制器与云端平台实现数据可视化、智能决策、远程控制与数据分析，将数据转化为可执行的管理策略。其核心功能模块包括：

本地控制器：采用工业级 PLC 或单片机，内置作物生长模型(如番茄苗期适宜温度 20~25℃、结果期 25~28℃)，当传感器数据超出阈值时，自动触发执行设备，无需人工干预，实现 “无人值守” 的基础调控。

云端管理平台：支持电脑端、手机 APP 访问，实时显示温室环境参数、设备状态、作物生长数据，以仪表盘、曲线图、指示灯等形式直观呈现。用户可自定义参数阈值，接收异常预警，预警方式包括 APP 推送、短信、邮件。

数据分析与报表：平台自动生成日 / 周 / 月报表，统计灌溉量、施肥量、设备运行时长等数据，分析环境参数与作物产量的关联(如 “温度稳定在 25~28℃时，番茄单果重提升 10%”)，为优化管理方案提供依据。同时，支持多温室统一管理，适合大型农业园区的规模化运营。

二、核心功能：全流程覆盖，解决温室管理痛点

物联网温室智能化控制系统通过五大核心功能，针对性解决传统温室管理中的环境调控难、水肥浪费、病虫害防控滞后、设备运维复杂等痛点，实现精细化、高效化管理。

1.环境智能调控：打造作物 “最优生长环境”

系统根据作物生育期需求，自动调控温室温度、湿度、光照、CO₂浓度，维持环境参数稳定，避免因环境波动影响作物生长：

温度调控：当温度高于阈值，控制器开启风机、湿帘降温;低于阈值，启动热风机或卷起保温膜升温。

湿度调控：湿度过高(如 RH>85%，易引发霜霉病)时，开启排风扇、除湿机，同时减少灌溉量;湿度过低时，启动喷雾加湿设备，配合灌溉提升空气湿度。

光照与 CO₂调控：光照强度低于 1 万 lux 时，自动开启 LED 补光灯(每天补光 4~6 小时，光质可根据作物需求调整，如生菜需蓝光促进叶片生长);CO₂浓度低于 800ppm 时，开启 CO₂发生器，提升光合效率，缩短作物生长周期。

2.精准水肥管理：实现 “按需供给，节本增效”

通过水肥一体化设备与土壤传感器联动，替代传统的 “大水漫灌” 与 “盲目施肥”，减少资源浪费，提升作物品质：

智能灌溉：土壤墒情传感器监测含水量，当低于田间持水量的 60%时，控制器启动水肥一体机，根据土壤电导率调配氮磷钾比例，通过滴灌带将水肥混合液精准输送至作物根部，避免水分蒸发与肥料流失。

动态调整与用量统计：系统结合气象数据(如预报降雨时减少灌溉量)与作物生育期，动态调整灌溉周期与用量。同时，自动记录每次灌溉量、施肥量，生成成本报表。

3.病虫害智能预警与防控：早发现、早处置

系统通过环境数据分析与图像识别技术，提前预警病虫害风险，减少农药使用，保障农产品安全：

虫害预警：温室入口安装虫情测报灯，诱捕蚜虫、粉虱等害虫，图像识别模块自动计数并识别种类，当数量超过阈值，平台推送预警信息，提示农户悬挂黄板或喷施低毒农药。

病害预警：结合温湿度数据(如高湿 + 高温易引发灰霉病)，系统生成病害风险指数，指数>70 时发出提醒，建议通风降湿或喷施预防性药剂。

精准施药辅助：若已发生病虫害，系统根据害虫种类、作物生育期推荐用药方案，并可联动无人机精准喷药。

4.设备智能运维：减少故障停机时间

系统实时监测温室设备运行状态，提前预警故障，降低维护成本，保障生产连续：

状态监测与故障预警：电流传感器监测水泵、风机等设备的运行电流，电流异常时，立即推送故障预警，同时显示设备位置与故障原因，方便维修人员快速定位。

维护提醒与日志记录：系统根据设备使用时长，自动提醒维护，并记录维护时间、更换部件、保养内容，生成运维报表，避免设备因过度使用损坏。

远程控制与应急处理：用户可通过 APP 远程启停设备，若设备故障无法远程修复，系统自动切换备用设备，减少停产损失。

物联网温室智能化控制系统，通过感知层采集数据、传输层流转数据、应用层转化数据的架构，将复杂的温室管理转化为标准化、精准化的流程，让不同规模的种植者都能实现高效、绿色的温室种植，持续推动设施农业向 “更智能、更高效、更可持续” 的方向发展，为保障蔬菜供应、助力乡村振兴提供坚实的技术支撑。

审核编辑 黄宇