一种应用于蔬菜种植大棚的智能化管理系统技术领域
本发明涉及大棚智能化管理技术领域，具体涉及一种应用于蔬菜种植大棚的智能
化管理系统。
背景技术
我国人均耕地面积和人均水资源只有世界平均水平的30%和25%，且现有耕地中2/
3是中低产田，农田灌溉水的有效利用率只有30%～40%(发达国家已达50%～70%)。化肥、农
药等生产资料投入水平高而利用率低并导致了农业生态环境污染和破坏，土壤沙化、碱化、
盐渍化严重，耕地单位面积产量与世界粮食高产国家相比甚至要低一半以上。随着经济的
飞速发展，人民生活水平不断提高，资源短缺、环境恶化与人口剧增的矛盾却越来越突出。
智能农业是计算机和物联网等先进技术在农业领域上的应用。利用传感器等设各
采集农业环境数据和作物生长数据，通过互联网、移动通信网等网络进行信息的传送和交
互，采用智能计算技术对信息进行分析和处理，远程实时监控和管理农业生产。不仅可获得
作物生长的最佳条件，提高产量和品质，同时可提高水资源、化肥等农业投入品的利用率和
产出率，还提供食品安全和追溯和农业信息化的数据源。目前智能农业技术在美国、欧洲等
先进国家已经被广泛运用，近几年我国智能农业的发展迅速，但也存在很多问题：信息标准
不统一，应用范围狭窄，开发的应用系统软件在计算机运行平台、信息接口、软硬件等的兼
容性上较差；数据采集和监测手段落后，数据综合分析和处理功能薄弱；整体功能单一和孤
立，没有形成系统化、智能化和自动化的集成管理和控制。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种应用于蔬菜种植大棚的智
能化管理系统，实现状态实时监测、云端数据储存以及远程/本地人为控制、状态联动控制
的多种设备控制策略，进而提高种植大棚智能管理系统的集约化、智能化和网络化。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种应用于蔬菜种植
大棚的智能化管理系统，包括云端服务器、环境检测单元、智能调节单元、实时图像监控单
元、数字定位单元、中央控制器以及安装有APP的手持终端；
所述环境检测单元包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照强度传感器、气体浓度
传感器、土壤湿度传感器以及土壤成分传感器；空气温度传感器和空气湿度传感器设置在
种植大棚的内部，用于检测种植大棚内的空气温度及湿度；光照强度传感器设置在种植大
棚内部，用于检测种植大棚内的光照情况；气体浓度传感器设置在种植大棚的内部，用于检
测种植大棚内部的二氧化碳气体浓度；土壤湿度传感器和土壤成分传感器埋设在种植大棚
内的土壤中，分别用于检测土壤的湿度数据以及土壤的营养元素数据；
所述智能调节单元包括LED补光系统、CO2发生器、增湿水泵、地源热泵、降温水帘、灌溉
系统以及营养液喷淋器；当光照强度传感器检测到种植大棚内光照较弱，则LED补光系统开
启，使大棚内光照满足设定的光照条件；当种植大棚内二氧化碳气体含量过低时，则CO2发
生器启动工作，使大棚内二氧化碳气体浓度达到设定值；当种植大棚内空气温度和湿度不
满足设定条件时，增湿水泵、地源热泵和降温水帘启动工作，进而调节大棚内的环境；当土
壤湿度传感器和土壤成分传感器检测到土壤的湿度以及营养元素不满足设定条件时，灌溉
系统以及营养液喷淋器启动工作，以调节土壤的环境条件；
所述实时图像监控单元包括云台、可调焦变倍的高清摄像头以及显示器；高清摄像头
将拍摄到的图像通过ZigBee网络传输至中央处控制器，中央控制器对接受的图像进行压缩
处理后传输至云端服务器，手持终端能够通过4G网络读取云端服务器内储存的图像信息；
所述数字定位单元包括一个随机数字生成器以及显示屏，随机数字生成器将生成的数
字传输至中央处理器，中央处理器接收到该信息后，将该数字与同一时间内其他种植大棚
的显示的数字进行比对，若数字有重复的情况，中央处理器会发出指令使该数字生成器重
新生成一组数字，再进行对比，直到同一时间该种植大棚的数字与其他种植大棚的数字均
不相同，发出指令使显示屏显示此数字；当相关人员到达某一个种植大棚时，通过手持终端
在APP中输入所在种植大棚的显示屏上所显示的数字时，中心控制器判定该手持终端在该
数字对应的种植大棚附近，则给予该手持终端控制该种植大棚的智能调节单元的控制权
限；
所述中央控制器与智能调节单元、环境检测单元、实时图像监控单元、安全监测单元以
及数字定位单元之间通过ZigBee网络进行通信；所述手持终端通过4G网络与中央控制器和
云端服务器进行通信；所述云端服务器与中央控制器之间通过无线网络进行通信。
作为本发明一种应用于蔬菜种植大棚的智能化管理系统的进一步优化：所述中央
控制器为可编程逻辑控制器或单片机。
作为本发明一种应用于蔬菜种植大棚的智能化管理系统的进一步优化：所述手持
终端为智能手机。
作为本发明一种应用于蔬菜种植大棚的智能化管理系统的进一步优化：所述数字
为动态变化的4-6位数字。
有益效果
本发明的智能化管理系统应用于农业种植大棚，通过该智能化管理系统可降低人工监
控成本和误差，对种植大棚内的作物进行高效、科学的管理，降低成本，提高经济收益，一方
面，能够对大棚内的温度、湿度、光照强度、C02浓度等信息进行采集，传送到中央控制器内
进行集中处理，从而对大棚内的通风系统、C02发生器、灌溉系统、温控装置、营养液喷淋装
置等执行机构进行控制，以达到农作物生长的最佳环境；另一方面，本发明的智能化管理系
统还具有参观者控制功能，为了便于参观者体验农业种植智能化管理，在每个种植大棚上
设置了数字定位单元及显示屏，当参观者到达种植大棚时，通过手中的智能手机输入正确
的数字码，即可获得该种植大棚的相应控制权限，参观者通过智能手机就可以对大棚的智
能调节单元进行控制，增强了参观者得体验感。
附图说明
图1为本发明智能化管理系统的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明
进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限
定本发明。
如图所示：一种应用于蔬菜种植大棚的智能化管理系统，包括云端服务器、环境检
测单元、智能调节单元、实时图像监控单元、数字定位单元、中央控制器（采用STC12C5608AD
单片机）以及安装有APP的手持终端（可以为智能手机）；
环境检测单元包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照强度传感器、气体浓度传感
器（采用MG811型CO2气体传感器）、土壤湿度传感器以及土壤成分传感器；空气温度传感器
和空气湿度传感器设置在种植大棚的内部，用于检测种植大棚内的空气温度及湿度；光照
强度传感器设置在种植大棚内部，用于检测种植大棚内的光照情况；气体浓度传感器设置
在种植大棚的内部，用于检测种植大棚内部的二氧化碳气体浓度；土壤湿度传感器和土壤
成分传感器埋设在种植大棚内的土壤中，分别用于检测土壤的湿度数据以及土壤的营养元
素数据；
温度的设定：在作物种植之前，通过查阅数据库和根据用户经验设定农作物三基点温
度，根据作物生育阶段及生长活动的昼夜变化设定环境温度。在三基点的温度范围内一般
白天进行光合作用设定较高的温度。晚上只有呼吸作用，温度设定较低。
湿度的设定：在作物种植之前，通过通过查阅数据库和根据用户经验设定农作物
空气湿度和土壤湿度范围。通过实时监测，将精度误差控制在5%之内。
二氧化碳浓度的设定：在作物种植之前，通过遁过查阅数据库和根据用户经验设
定农作物二氧化碳浓度补偿点和二氧化碳饱和点。二氧化碳浓度低，农作物不能进行旺盛
的光合作用，难以早熟高产。当二氧化碳浓度过高时，严重将导致作物死亡。因此要控制二
氧化碳浓度高于补偿点不高于饱和点。
智能调节单元包括LED补光系统、CO2发生器、增湿水泵、地源热泵、降温水帘、灌溉
系统以及营养液喷淋器；当光照强度传感器检测到种植大棚内光照较弱，则LED补光系统开
启，使大棚内光照满足设定的光照条件；当种植大棚内二氧化碳气体含量过低时，则CO2发
生器启动工作，使大棚内二氧化碳气体浓度达到设定值；当种植大棚内空气温度和湿度不
满足设定条件时，增湿水泵、地源热泵和降温水帘启动工作，进而调节大棚内的环境；当土
壤湿度传感器和土壤成分传感器检测到土壤的湿度以及营养元素不满足设定条件时，灌溉
系统以及营养液喷淋器启动工作，以调节土壤的环境条件；
实时图像监控单元包括云台、可调焦变倍的高清摄像头以及显示器；高清摄像头将拍
摄到的图像通过ZigBee网络传输至中央处控制器，中央控制器对接受的图像进行压缩处理
后传输至云端服务器，手持终端能够通过4G网络读取云端服务器内储存的图像信息；
ZigBee是一种新兴的近程、低速率、低功耗的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。具
有低复杂度、低功耗、低速率、低成本、自组网、高可靠、超视距的特点。
数字定位单元包括一个随机数字生成器以及显示屏，随机数字生成器将生成的数
字（数字为动态变化的4-6位数字）传输至中央处理器，中央处理器接收到该信息后，将该数
字与同一时间内其他种植大棚的显示的数字进行比对，若数字有重复的情况，中央处理器
会发出指令使该数字生成器重新生成一组数字，再进行对比，直到同一时间该种植大棚的
数字与其他种植大棚的数字均不相同，发出指令使显示屏显示此数字；当相关人员到达某
一个种植大棚时，通过手持终端在APP中输入所在种植大棚的显示屏上所显示的数字时，中
心控制器判定该手持终端在该数字对应的种植大棚附近，则给予该手持终端控制该种植大
棚的智能调节单元的控制权限；
所述中央控制器与智能调节单元、环境检测单元、实时图像监控单元、安全监测单元以
及数字定位单元之间通过ZigBee网络进行通信；所述手持终端通过4G网络与中央控制器和
云端服务器进行通信；所述云端服务器与中央控制器之间通过无线网络进行通信。
本发明的智能化管理系统应用于农业种植大棚，通过该智能化管理系统可降低人
工监控成本和误差，对种植大棚内的作物进行高效、科学的管理，降低成本，提高经济收益，
一方面，能够对大棚内的温度、湿度、光照强度、C02浓度等信息进行采集，传送到中央控制
器内进行集中处理，从而对大棚内的通风系统、C02发生器、灌溉系统、温控装置、营养液喷
淋装置等执行机构进行控制，以达到农作物生长的最佳环境；另一方面，本发明的智能化管
理系统还具有参观者控制功能，为了便于参观者体验农业种植智能化管理，在每个种植大
棚上设置了数字定位单元及显示屏，当参观者到达种植大棚时，通过手中的智能手机输入
正确的数字码，即可获得该种植大棚的相应控制权限，参观者通过智能手机就可以对大棚
的智能调节单元进行控制，增强了参观者得体验感。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽
然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人
员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出出些许更动或修
饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质
对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。