農業(yè)走向精緻化,溫室培育作物的方式開始被大量採用 ,世界農業(yè)發(fā)達大國如美國、日本、法國等國家早已使用先進的溫室設備來栽種蔬果花卉,邁向成熟的高附加價值精緻農業(yè),臺灣現(xiàn)在多處農場也以溫室栽培方式種植,能減少農藥使用量甚至完全不用,不但能提高收益,經過景觀設計的溫室也能轉型為複合式的休閒農場吸引遊客觀光。
然而,溫室植栽往往需要耗費人力去執(zhí)行,不論是溫濕度控管,或是光照調整與施肥,都需要農民細心照顧,若溫室佔地廣大,則必須僱用多名員工輪班加以照顧,龐大的人力成本降低了溫室投資的經濟效益。
臺灣農產品技術進步聞名中外,農委會近年來也積極研發(fā)精緻農業(yè)智慧化,將溫室管理導入自動化技術,除了能以機器取代人力,減少疏失,還能夠將溫室作物生長的詳細資料進行完整紀錄與分析。以國產草菇為例,需要在攝氏35~40度的高溫與相對濕度90~95%的環(huán)境下生長,尤其培養(yǎng)土的水溫調節(jié)對產量與品質有很大的影響,舊式的溫濕度調節(jié)需仰賴人工逐一量測各站溫濕度,再以手動的方式啟動加熱器或灑水;新式的溫室栽培自動化系統(tǒng)則採用自動化控制器,對溫室進行全面自動化管理。
目前溫室環(huán)控系統(tǒng)的主要傳輸技術仍以RS-485為主,搭配遠端模組連接現(xiàn)場端各式感測器,取得溫室的即時溫度與濕度值,當溫度或濕度因季節(jié)或日照產生變化時,系統(tǒng)會自動開啟天窗、外遮網或啟動風扇,並可設定自動定時灑水與定時施肥,RS-485網路的通訊距離長,配線容易成本低廉,被許多工業(yè)環(huán)控系統(tǒng)所採用,能滿足範圍較大或分佈廣泛的監(jiān)測區(qū)域,透過鏈接,同一個RS-485網路內可連接高達16個以上的RS-485設備。
對於區(qū)域內有多個溫室的大型農場種植管理系統(tǒng),則可採另一類工業(yè)通訊標準Modbus TCP,有利於管理者整合各項資訊,並據(jù)此對供熱鍋爐、散熱系統(tǒng)或採光進行控制,有效監(jiān)測栽種環(huán)境,使農產品品質、產量、供應時機都達到理想狀態(tài)。
紀錄保存與異常即時告警同時並行
為方便管理者即時取得溫室資訊,資料接收端可以選擇可攜式行動裝置與中控電腦兩者同時運作,當溫室環(huán)境發(fā)生異常,系統(tǒng)內建的訊息接收名單成員都可立即收到告警訊息,同時自動將訊息傳送到後端電腦以利後續(xù)的分析與應用。
此外,溫室使用的環(huán)控系統(tǒng)也需定時將所記錄到的感測器數(shù)據(jù)如溫濕度、光照量、土壤水分等以FTP檔案傳輸或是E-mail附件回傳給管理者,即使管理者不能隨時待在控制中心,依然能夠使用行動通訊裝置收發(fā)電子郵件,讀取溫室即時現(xiàn)況資訊,管理者因而能同時掌握多個溫室的即時狀態(tài)。
農業(yè)生產過程中,溫度、濕度、光照、雨量、土壤、水份等因素,對作物生長狀況與產品品質皆有關鍵性的影響,環(huán)控系統(tǒng)需具備資料記錄( Data Logger)功能並可支援Modbus TCP通訊協(xié)定,透過設定,定時傳送到後端電腦或管理人員的行動通訊裝置,溫室中的各項數(shù)據(jù)可藉由中控電腦長期累積監(jiān)測資料,掌握更有效的生長關鍵,以改進生產作業(yè)程序,提高農產品品質。
多樣化功能 滿足自動化溫室系統(tǒng)需求條件
系統(tǒng)中控電腦的主要任務在監(jiān)控溫室作業(yè)環(huán)境並進行資料收集與歷史紀錄分析,而實際自動化程序是由現(xiàn)場端控制器、遠端模組、感測器與環(huán)控設備構成。除透過IF-THEN-ELSE 邏輯進行I/O控制外,現(xiàn)在的溫室環(huán)控系統(tǒng)多會提供萬年曆介面的排程(Schedule)設定功能,讓系統(tǒng)在管理光照或定時灑水等程序更加方便;當數(shù)據(jù)資料不足以判斷時,可透過CGI指令與溫室內的網路攝影機連接及互動,即時擷取影像。
近年來氣候變遷快速,要提高對溫濕度極為敏感的草菇產量,控制系統(tǒng)必須根據(jù)監(jiān)測資料以彈性調整溫室環(huán)境,一般以C語言或VB程式語言開發(fā)的控制系統(tǒng),需要編寫控制邏輯程式,維護上有一定的門檻,如果要變更生產作業(yè)流程,需花費人力與開發(fā)工時,並不經濟,對此業(yè)界人士建議,可在系統(tǒng)中內建控制邏輯(IF-THEN-ELSE)引擎,提供直覺的網頁開發(fā)介面,使用者只需透過網頁瀏覽器(Browser)與滑鼠的點選動作,即能完成控制邏輯的規(guī)劃與執(zhí)行,過程中不需要撰寫任何程式,也無需安裝任何軟體開發(fā)工具。即便使用者不具備技術背景,只要稍微有IT基礎,透過簡單的教學,很快就能上手,Email發(fā)送功能也只需在網頁上輸入郵件地址即可完成。
現(xiàn)今消費者對農產品品質的要求日益升高,科技化農業(yè)以自動化控制技術結合設備與溫室結構,能大幅提升產量與品質。透過完善的的自動化系統(tǒng),能讓溫室管理者輕鬆建立一個智慧型的溫室環(huán)控系統(tǒng),並帶來更有效率與更高品質的溫室培育作業(yè)。