益农空间——智慧本草、科技富农新生态引领中医药产业振兴

益农空间——智慧本草、科技富农新生态引领中医药产业振兴

赵楚彤,赵柳萌,吝慧媛,安梦娇

河北工程大学  河北邯郸

摘 要

由解决贫困农民收入问题作为项目起源，顺应国家发展乡村振兴战略，设计了智慧大棚，系统工作时，首先由光伏阵列将太阳能转换为电能，一部分电能用来控制卷帘机的开关，操控棉帘的卷起与铺开；一部分电能提供给水泵机组从水源提水至电阻加热水箱；一部分电能提供给电阻加热水箱，由电阻丝加热调节水温度，部分水进入水循环系统，用于大棚内的温度调节，部分水用于灌溉。提供基于微信的远程操控平台，随时随地通过微信操控所有大棚的卷帘机与灌溉水温。

研究内容：

智慧大棚系统可以实现大棚中大气、土壤环境的实 时监测以及大棚内人员出入和农作物生长状态的全天候监控，并实现依据监测信息自动灌溉和告警提示，经 Mesh宽带网络互联，实现大范围农业大棚群的监测与管理。从系统逻辑层面上，整个系统可以分成三个层：感知层，也就是前端感知信息的实时获取，通过传感器，对大棚大气与土壤环境实时监测；传输层，实时将各种感知得到的信息和监视视频信息通过 Mesh高速网络可靠上传到数据处理中心；应用层，对上 传的各种数据进行数据处理并存贮，一是根据大气与土壤感 知信息来控制水泵起动灌溉，二是对包括视频信息在内的多种信息进行综合处理，生成各种报告，依据设定阀值发出实时告警提示。

该产品的主要由智慧远控卷帘系统，智慧远控水温系统与太阳能自动追踪系统组成。

主要构件由光伏阵列、逆变器、控制器、水泵机组、蓄水设施、电阻加热水箱、灌水管道、田间灌溉设施（管道灌溉方式）、单片机、湿度传感器、温度传感器、空气湿度传感器、光敏传感器、竖直转轴、卷被电机、保温被、直蜗杆、涡轮盘组成。

2.1智慧卷帘灌溉系统——实现自动开合卷帘，自动灌溉

1.产品采用双轴卷帘使大棚双向受力从而不受风力影响；

2.内部设有温湿度传感器，通过反馈系统实时监测大棚室内温湿度；

3.光伏供电用电阻加热器加热，达到适宜当前经济作物生长的温度，进行精准灌溉；

4.水箱内的水湿度传感器采集土壤里的干湿度信号，开启电磁阀，喷头以各自的旋转角度自动旋转，灌溉结束时电磁阀自动关闭。

2.2智能模块系统——实现数据实时监测传输给微信

1.系统从架构上分为设备层、设备通讯控制层、逻辑处理层、界面展现层。

2.通过接气象中心的天气数据接口，微信平台各类接口以及自动自动计算技术实现了自动计算日出日落时间，接收天气数据，并通过智控模块分析后进行如控制水温，卷帘状态等自动化操作，同时受人工操控且稳定运行在微信平台之上。

2.3物联网系统——GPRS通讯终端远程智能控制

水循环系统的正常运行保证循环管道内一直存在适宜温度的灌溉水，达到保持大棚温度的目的。单片机智能控制系统中主要有单片机、湿度传感器、温度传感器、电磁水阀等。

每个大棚增加一台自动控制终端箱，用于控制每个大棚的2台卷帘机，实现自动卷起和铺开以及现场手动卷起和铺开。每台自动控制终端箱内设置2个卷帘电机的过流保护装置，当卷帘机出现过流故障时，能够对外提供故障报警信号。 

每台自动控制终端箱内设置一个GPRS通讯终端，供手机、Pad、触摸大屏等智能终端可实现远程智能控制，同时也可通过关联当地的实时气象数据信息实现无人值守的全天候大棚卷帘机自动控制。智慧远控卷帘系统从架构上分为设备层、设备通讯控制层、逻辑处理层、界面展现层。系统对接气象中心的天气数据接口，接收未来24小时及未来15天的天气数据，提供给智控模块进行分析。同时系统基于微信平台开发，对接微信平台各类接口，使系统稳定运行在微信平台之上。

实时监测数据传输给微信，通过大数据分析，有效提高农作物产量。再由现在蓬勃发展的物联网农业，经济作物信息可以直接查看，售卖时可以让顾客直接查看，安全放心。

产业链追溯：

本项目充分利用中草药种植的全产业链质量追溯系统，与质量检测和质量评价相结合，覆盖实验室育种、大棚幼苗培育、农户合作种植、中草药回收、仓储中转的5个产业流程，创新中草药科学育种、育苗，实施种植新模式，确保中草药品质和稳定性。

图15  智能化追溯系统图

（1）中草药种植的全产业链质量追溯系统不但可以记录并分析生长最适温度、光照强度、土壤pH值等一系列适宜中草药生长的实验生态环境，还可以记录并保存中草药成功育种的基本数据和具体流程，对中草药幼苗进行选择以增强其野外生长的适应性。

（2）在对卷帘机改造的基础上，本项目充分利用物联网、移动互联网、自动化技术，基于微信平台研发一套智慧卷帘系统，实现了实验大棚卷帘机操控的全自动化、远程化，达到了无人值守的自动化程度。

（3）将培育出的优质中草药幼苗有针对性地发往全国各地供农户种植，与个体中草药种植农户、农村合作社、其他企业达成协议，实时跟踪记录每棵中草药的质量信息，让顾客可以通过扫码，全链查询所购买的中草药来源，真正解决了消费者关于中草药来源与质量安全的痛点

（4）对已回收的中草药进行全产业链质量追溯和筛选，快速追踪定位劣质中草药来源和产生原因，将中草药功效检查报告和客户意见反馈至实验室。实验室开展中草药种植数据循环的有效措施，调整营建中草药生长的实验生态环境，进一步增强人工种植中草药的药效，实现了中医药数据的智能回收利用及实验节耗计算，为相关中医药产业的持久发展助力。

（5）实时覆盖跟踪中草药培育的每个产业流程批号流转信息，把控仓储中转站对已回收中草药进行的计量、包装、存储、装卸、发运等环节，预防市场流通散慢导致的中草药药效流失、质量参差不齐的问题，形成中药全产业链进行质量把控和来源追溯。

总结：

面向碳中和情景，迫切需要探索低碳能源技术路线，能源品位正在向低品位区间拓展，因此传统灌溉方式水温较低,水中溶解氧含量小, 影响作物根系对土壤水分和矿物营养元素吸收利用, 从而影响农作物茎叶、枝节的正常生长。土壤溶液浓度和土体温度与灌溉水温均有密切关系。因此, 作物灌溉水温有一个适宜范围。在种植中草药方面也大有用途，帮助提高产量。