智能化社区农场的工作原理与实现方案

2019-08-09 16:34:27 0

随着社会经济的发展,逐渐提高的城市化水平与人们回归田园的心态矛盾、工业快速发展与环境污染加大的矛盾、城市居民高品质生活要求与食品安全性差的矛盾越来越突出。由于工作节奏快、工作压力重,城市生活嘈杂,城市居民渐渐产生了回归自然和向往田园生活的情感 ;同时,城市青少年也因远离农村和自然,植物和农业知识缺乏严重。这些因素,形成了城市农业的市场需求。

从总体来看,都市型现代农业具有经济、社会和生态 3 大功能。经济功能主要是指提供优质、卫生和无公害的鲜活产品以满足都市消费需求,通过提供新鲜、卫生、安全的蔬菜、花卉、果品,提高农产品的经济效益,优化产业结构,增加就业机会,提高农民收入,使都市型现代农业通过适应现代消费来创造大城市经济的新的增长点。社会功能,主要是指为都市居民提供接触自然、体验农业的场所,进行观光和休闲机会,并有利于增强现代农业的文化内涵与教育功能及示范辐射作用,改善城乡关系,促进都市与人类的可持续发展,达到改善和提高整个社会的福利水平。生态功能,主要是指发挥洁、净、美、绿的特色,营造优美宜人的生态景观,改善自然环境,维护生态平衡,提高生活环境质量,防止人们城市病,构建城市生活和农村生活的和谐统一,并有利于防止城市过度扩张。

 1 智能化社区农场的工作原理

目前,都市农业还停留在城市边缘构建大型温室,进行蔬菜、花卉等生产;或搞温室型生态餐厅,以满足城市居民休闲、娱乐的需要。现有都市农业项目存在的问题:1)温室空间没有进行切割,不是由成千上百各单元组成,而是整个温室统一控制 ;2)不是针对具体消费群体进行设计,不支持个性需求,不能实现各个单元的私有性质 ;3)没有物联网模块,达不到远程控制和自动识别、调控的智能水平 ;4)独立单元不支持可拆卸栽培空间,因此不支持专业公司配送培养基和良种 ;5)不具备现实与虚拟转换的娱乐、体验、教学平台的功能 ;6)不具备技术集成、功能集约又便捷享用的优点。

智能化社区农场针对具体社区或群体进行设计,服务对象以户为单位,建设面积可大可小,按照社区住户数量决定,每独立空间占地 1 ~ 3 m2.智能社区农场其特征在于 :农场综合利用现代设施栽培技术、工程技术、生物技术、信息技术、太阳能技术和节水技术等,构建独立封闭空间,具备蔬菜等植物生产功能、休闲观光功能、体验教学功能和娱乐服务功能等,大大提高了生产力,彻底改变了传统的蔬菜等植物供需模式,并节能、节水、节地。针对特定社区人群区划多个独立空间,设有温度、光线、湿度、二氧化碳及营养等自动调节控制器,独立空间垂直划分多个单元,单元内配置活动培养抽屉 ;培养抽屉内设有培养基及良种,抽屉按蔬菜不同品种设有唯一的物联标识码,每个培养抽屉内设有感应蔬菜实际生长参数的感应模块和调节蔬菜生长条件的调控机构 ;所述的控制器通过网络接口与互联网服务器连接以获取各种蔬菜的最佳生长参数(如温度、湿度、光照和二氧化碳含量);所述的控制器与能识别培养抽屉标识码的所述的物联网装置连接,所述的控制器通过培养抽屉标志码识别抽屉中的栽培品种,并存储有对应此栽培蔬菜品种的最佳生长参数 - 时间调控曲线,和将该蔬菜品种的实际生长参数与最佳生长参数进行比对的指令模块,所述的调控机构受控于所述的指令模块。

 2 智能化社区农场的实现方案

智能化社区农场的控制器采用嵌入 式 结 构,MCU 采 用 ARM9 处 理器 S3C2410,采用嵌入式 Linux 作为RTOS,可以对环境参数进行实时监测,并可针对蔬菜种类进行环境参数的调节控制。

首先针对特定社区按照住户特点和要求进行社区农庄规模设计,再规划农庄内部结构,区划单元,再对每个培养抽屉设置标识码,初始化品种列表,使培养抽屉与其能栽培的蔬菜品种对应。

通过射频芯片识别培养抽屉的标识码以获取该培养抽屉中栽培的蔬菜品种,通过互联网获取该蔬菜品种的最佳生长参数 ;通过感应模块获取该培养抽屉中蔬菜的实际生长参数,通过指令模块将最佳生长参数与实际生长参数一一比对,根据比对结果想调控模块发出指令。控制器自动读取在于 EEPROM 中的参数后,程序进行参数策略解析,并最终转化为灯板控制命令、温度控制命令、湿度控制命令和二氧化碳浓度控制命令等。如将蔬菜温度调节装置佳生长温度和实际温度比较,若实际温度调节装置最佳生长温度,则空调制冷,若实际温度低于最佳生长温度,则空调制热。

将蔬菜生长的最佳光照强度与实际光照强度进行比较,若实际光照强度低于最佳光照强度,则开启 LED 灯以增强光照。将蔬菜生长的最佳湿度与实际湿度比较,若实际湿度低于最佳湿度,则启动喷淋机构,对培养抽屉内喷洒营养液。

将蔬菜生长的最佳二氧化碳含量和实际二氧化碳含量比较,若实际二氧化碳含量高于最佳二氧化碳含量,则启动换气扇以引入新鲜空气,降低二氧化碳浓度,如不足,自动启动二氧化碳发生器,提高二氧化碳浓度。培养抽屉和农庄均采用透明材质,可以最大限度的利用自然光,以节约能源,而且便于观赏其内的蔬菜。

本智能化社区农场设置有网络自动更新模块,使栽培蔬菜和最佳调控曲线的对应数据可以通过网络接口定期从服务器下载。用户可以通过交互模块将其需要的培养抽屉的类型传送至互联网 ;同时,商家可以通过互联网获取该需求信息。

发展都市型现代农业有利于改变城乡二元经济结构,改善生态环境,有利于城镇居民的绿色食物在数量和质量上得到保证,有利于资源的综合利用,从而对我国实现农业现代化,农村城镇化,城乡一体化具有重大的理论与现实意义。本智能化社区农场方案的推出,具有很好的推广应用价值。