农业走向精致化,温室培育作物的方式开始被大量采用 ,世界农业发达大国如美国、日本、法国等国家早已使用先进的温室设备来栽种蔬果花卉,迈向成熟的高附加价值精致农业。台湾现在多处农场也以温室栽培方式种植,能减少农药使用量甚至完全不用,不但能提高收益,经过景观设计的温室也能转型为复合式的休闲农场吸引游客观光。
然而,温室植栽往往需要耗费人力去执行,不论是温湿度控管,或是光照调整与施肥,都需要农民细心照顾,若温室占地广大,则必须雇用多名员工轮班加以照顾,庞大的人力成本降低了温室投资的经济效益。
智能化温室环控系统 管理作业更省时省力
台湾农产品技术进步闻名中外,农委会近年来也积极研发精致农业智能化,将温室管理导入自动化技术,除了能以机器取代人力,减少疏失,还能够将温室作物生长的详细数据进行完整纪录与分析。以国产草菇为例,需要在摄氏35~40度的高温与相对湿度90~95%的环境下生长,尤其培养土的水温调节对产量与质量有很大的影响,旧式的温湿度调节需仰赖人工逐一量测各站温湿度,再以手动的方式启动加热器或洒水;新式的温室栽培自动化系统则采用自动化控制器,对温室进行全面自动化管理。
目前温室环控系统的主要传输技术仍以RS-485为主,搭配远程模块连接现场端各式传感器,取得温室的实时温度与湿度值,当温度或湿度因季节或日照产生变化时,系统会自动开启天窗、外遮网或启动风扇,并可设定自动定时洒水与定时施肥,RS-485网络的通讯距离长,配线容易成本低廉,被许多任务业环控系统所采用,能满足范围较大或分布广泛的监测区域,透过链接,同一个RS-485网络内可连接高达16个以上的RS-485设备。
对于区域内有多个温室的大型农场种植管理系统,则可采另一类工业通讯标准Modbus TCP,有利于管理者整合各项信息,并据此对供热锅炉、散热系统或采光进行控制,有效监测栽种环境,使农产品质量、产量、供应时机都达到理想状态。
纪录保存与异常实时告警同时并行
为方便管理者实时取得温室信息,数据接收端可以选择可携式行动装置与中控计算机两者同时运作,当温室环境发生异常,系统内建的讯息接收名单成员都可立即收到告警讯息,同时自动将讯息传送到后端计算机以利后续的分析与应用。
此外,温室使用的环控系统也需定时将所记录到的传感器数据如温湿度、光照量、土壤水分等以FTP文件传输或是E-mail附件回传给管理者,即使管理者不能随时待在控制中心,依然能够使用行动通讯装置收发电子邮件,读取温室实时现况信息,管理者因而能同时掌握多个温室的实时状态。
农业生产过程中,温度、湿度、光照、雨量、土壤水份等因素,对作物生长状况与产品质量皆有关键性的影响,环控系统需具备数据记录( Data Logger)功能并可支持Modbus TCP通讯协议,透过设定,定时传送到后端计算机或管理人员的行动通讯装置,温室中的各项数据可藉由中控计算机长期累积监测数据,掌握更有效的生长关键,以改进生产作业程序,提高农产品质量。
多样化功能 满足自动化温室系统需求条件
系统中控计算机的主要任务在监控温室作业环境并进行数据收集与历史纪录分析,而实际自动化程序是由现场端控制器、远程模块、传感器与环控设备构成。除透过IF-THEN-ELSE 逻辑进行I/O控制外,现在的温室环控系统多会提供万年历接口的排程(Schedule)设定功能,让系统在管理光照或定时洒水等程序更加方便;当数据数据不足以判断时,可透过CGI指令与温室内的网络摄影机连接及互动,实时撷取影像。
近年来气候变迁快速,要提高对温湿度极为敏感的草菇产量,控制系统必须根据监测数据以弹性调整温室环境,一般以C语言或VB程序语言开发的控制系统,需要编写控制逻辑程序,维护上有一定的门坎,如果要变更生产作业流程,需花费人力与开发工时,并不经济,对此业界人士建议,可在系统中内建控制逻辑(IF-THEN-ELSE)引擎,提供直觉的网页开发接口,用户只需透过网页浏览器(Browser)与鼠标的点选动作,即能完成控制逻辑的规划与执行,过程中不需要撰写任何程序,也无需安装任何软件开发工具。即便用户不具备技术背景,只要稍微有IT基础,透过简单的教学,很快就能上手,Email发送功能也只需在网页上输入邮件地址即可完成。
限今消费者对农产品质量的要求日益升高,科技化农业以自动化控制技术结合设备与温室结构,能大幅提升产量与质量。透过完善的的自动化系统,能让温室管理者轻松建立一个智能型的温室环控系统,并带来更有效率与更高质量的温室培育作业。