基于物联网的蝴蝶兰精细栽培系统研究

戴云新　朱筱华　陶先东　刘燕　李红伟

摘要：探索了基于物联网技术的蝴蝶兰精细栽培管控系统的构建，研制出温室环境监控系统，可实现蝴蝶兰生产中各参数的采集、数据的传输与分析，可根据苗株规格控制温室温度，能自动执行纠偏功能、减少人工成本、降低病虫害发生率，满足对蝴蝶兰生长环境调控和精细栽培育种的需求。

关键词：物联网；蝴蝶兰；精细栽培

蝴蝶兰又称蝶兰，属兰科蝴蝶兰属，全世界已发现的蝴蝶兰原生种有70多个，在我国的台湾、泰国、菲律宾、马来西亚等地都有分布。由于其华贵、高雅的品质，使之迅速成为全球重要的盆栽花卉。由于蝴蝶兰对环境条件要求十分严格，栽培要求很高，但目前大多数蝴蝶兰设施栽培的管理仍然依靠人工进行，耗费大量精力与物力，效率低下，不适于现代集约化智能生产。此外，进口的温室测控设备价格高昂，普通用户难以承受；国内设计的系统在功能的可靠性和实用性方面存在不确定性因素，还不能完全替代人工，尤其是在智能信息处理方面，尚未形成真正的产品化应用软件和可共享的软件平台。

为实现蝴蝶兰的大规模、规范化生产，本研究以物联网技术为基础，以在线实时管理为目标，研究蝴蝶兰精细栽培管控系统，分析蝴蝶兰最佳生长环境参数，做到实时测控、可视化操作，为选育蝴蝶兰优质种质、特异性种质提供技术支持，从而加快蝴蝶兰产业快速健康发展。

1.系统的构建

针对蝴蝶兰对生长环境要求严格及方便技术人员管理的需要，我们设计了适于蝴蝶兰栽培需求的智能化生产管控系统。系统融合环境因子采集、数据库、海量农业信息智能处理、异常预警、设备智能控制等功能，系统架构包括前端接入设备、智慧农业综合云平台、应用展现设备组成（图1）。

该平台不间断采集温室大棚里光照强度、空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度等环境参数数据，让操作人员可以通过电脑、手机终端，实现对设施环境数据的采集监控，远程控制农业现场的天窗、水帘、排扇、滴灌、补光灯和遮阳网，设置物联网设备控制指令，建立作物生长环境参数数据库，设施内环境参数和设备发生异常情况时，通过短信实时预警。

2.系统的控制与功能

2.1数据的采集功能

系统具有数据输入接口，可接收现场采集的温湿度等传感器采集的模拟量数据，将模拟信号转变成数字信号（A/D转换），并记录在服务器的数据库中，以供查询。获取的数据主要包括蝴蝶兰生长习性数据，温度、湿度、CO2浓度等培养仓环境数据，气温、风向、相对湿度等外界环境数据。

2.2数据统计功能

可统计蝴蝶兰不同生长阶段，任意时刻的棚内外温湿度、光照强度等各种环境因素的当前值、历史值；并以图形、图表等方式绘制任意时刻的棚内外温湿度、光照强度等环境因子曲线图及年、月、周、日的变化趋势图，并进行打印输出。同时，系统对这些参数进行存储汇总，总结规律，进而实现决策控制系统相应知识库动态更新。

2.3远程监视功能

可通过互联网远程监视各温室的当前状态，如温度、湿度、光照度等环境因子以及风扇、湿帘等设备开关状态，可远程修改设定，可控制设备的参数及在线记录各设备变化的时间、状态、当前参数。

2.4智能控制功能

根据蝴蝶兰不同生长阶段特性，以及温室内外环境参数如温度、湿度、CO2浓度等，通过传感器实时监测温室环境，将监测数据通过网络上传至控制中心，计算蝴蝶兰不同生长所需的最佳环境参数，依据蝴蝶兰不同生长阶段允许环境参数上下限，实现自动监控环境，同时快速纠正偏离参数，并利用事例库模型确定相应设备及工作时间，纠偏相应数值，自动作出诊断、决策。同时用户可根据需要，灵活选择定时控制、循环控制设定。

2.5预警信息处理

设置环境参数上下限阈值，当环境参数超出阈值范围，智慧农业综合云平台系统会自动向用户发送预警信息。用户收到预警信息后，应及时根据信息内容查看设施设备关闭情况，调整控制设备，例如土壤温度过低时，及时覆盖小拱棚保温，水分不足时，及时开启滴灌阀门灌水，温室温度超出植物适宜生长上限值时，风机和湿帘水泵自动启动降温。

3.蝴蝶兰精细栽培管控技术

2015年初南通市蔬菜科学研究所玻璃温室进行了部分智能化改造，安装环境数据采集传感器和物联网控制设备，接入智慧农业综合云平台，将数据采集、设备控制、视频监控、数据处理、智能远程控制融为一体，实现操作人员实时对管理区域进行查看和控制，不受时间和空间限制，具有节工省本、经济高效、实用性强的优势。

3.1温度管理

蝴蝶兰属高温性兰花，最适宜的温度为白天25～28℃，夜温18～20℃。温度控制要根据不同阶段苗龄需要、天气状况及销售计划等情况而定。瓶苗出瓶前，在驯化室炼苗时，温度控制在20～26℃；出瓶后，为迅速恢复其生长，可保持白天温度25～28℃，夜间温度22～24℃；小中苗阶段的温度可适当调高，白天28～30℃，夜间23～25℃；催花期间白天温度25～28℃，夜温18～20℃为宜。抽梗期和开花期温度控制在18～26℃之间即可。

3.2湿度管理

蝴蝶兰喜湿忌积水，催花之前应保持空气相对湿度在70%～80%，抽梗期提高至80%～85%，开花期降至60%～70%。空气湿度过低，叶面容易发生失水。湿度过高，易导致病害的发生。可登陆智慧农业综合云平台，通过控制自动喷雾、湿帘一风机等设备来调节空气相对湿度。

3.3光照控制

蝴蝶兰忌光直射，要根据苗龄和季节适当调节光照。刚出瓶的幼苗长势弱，光强应保持在2000～5000Lx，待缓苗后再逐渐提高至8000-10000Lx。中苗刚换完盆时光强控制在10000～12000Lx，可利于生根，待缓苗后提高到12000～18000Lx，可促进叶片生长。大苗在缓苗期光强应控制在10000～12000Lx，正常生长时控制在15000～18000Lx。催花时光强可控制在20000Lx左右。

3.4通风管理

蝴蝶兰喜通风，忌闷热，所以温室内通风状况好坏直接影响蝴蝶兰的生长。通风不良易引起烂根、病虫害及落花等现象。温室内的空气流动依靠内循环风扇完成，内循环风扇可以使温室内的温度、湿度保持均匀，空气有适宜的流动速度。内循环风扇设定为每间隔1～2h工作1h，夏季阳光强、气温高、湿度大，应加强通风。冬季气温低、湿度小，可适当减少通风时长。

3.5施肥管理

蝴蝶兰施肥方式主要采用液肥，将其喷洒于叶片。小苗肥水EC值不超过0.6ms/cm，中苗控制在0.8～1.0ms/cm，大苗在1.0-1.2ms/cm，抽梗苗不超过1.5ms/cm。浇肥时间一般选择晴天的上午，施肥频率一般7～10d，但也要根据天气情况，遇阴湿多雨的天气可延期浇肥。配肥浓度可根据天气或生产情况进行调整，温度高、光照强时可配浓度高一些。

4.应用效果

4.1经济效益

通过设施蝴蝶兰智能化生产系统的应用，节省劳动力成本约50%，节约水肥成本约40%，节约农药成本25%，以本研究所年培养蝴蝶兰成品花10万株计算，年产值可达250～300万元，利润约80～100万元，经济效益显著。

4.2社会效益

基于物联网的蝴蝶兰智能温室精细栽培技术，促进蝴蝶兰产业整体种植水平的提高，有利于引导农民创富增收，调整土地利用结构，合理配置资源，对于推动农业的转型与升级，加快花卉产业化进程具有重要的社会意义。

4.3环境效益

物联网智能管控系统模式对于资源的利用更加集约化，可以实现节能降耗，充分体现了在现代农业的技术研究中，对低能耗、低排放最的新要求，对于建设环境友好型的现代农业产业模式具有重要意义。