智能温室大棚设计

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　　 2003 年 3 月第 2 卷第 1 期 　 武汉职业技术学院学报 Journal of Wuhan Technical College Mar12003 Vol12 ,No11 　　 ·技术研究与实践· 智 能 温 室 的 设 计 王振华1 　黄淑琴2 (11 江苏信息职业技术学院 ,江苏 　无锡 　214061 21 秦州职业技术学院 ,江苏 　泰州 　225300) ① [摘 　　要 ]本文介绍用于营造人工环境、生产绿色无公害植物的智能温室。较系统地 阐述了自动化温室的结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ,控制系统的软、硬件 设计及实现。 [关 键 词 ]智能温室 ;模糊控制 ;农业设施 中图分类号 : GP27315 　文献标识码 :A 　文章编号 :1671 - 931X(2003) 01 - 0052 - 04 　　一个完整的自控温室小气候控制系统由温度、 湿度、二氧化碳浓度、光照、营养液等五个子系统组 成 ,它们分别完成对上述作物生长条件的控制。温 室系统是一个非线性分布参数、时变、大时延、多变 量强调耦合的复杂系统 ,它所处的环境充满着大量 不确定因素 ,其控制任务是要完成动态多目标的协 调控制。 一、智能温室的结构设计 1、温室建筑结构设计 进行温室建筑布局、形式、尺寸等方面设计 ,应 考虑结构、机械、覆盖与支撑材料、通风、保温、给排 水以及环境调控设备等多种等多种因素 ,并应考虑 本地的地理气候条件 ,充分利用自然资源 ,力图降低 制造成本和运行费用。其结构框架设计的特点归结 如下。 (1)温室结构布局。南北栋建筑可使太阳直射 光平均日总量透过率最高。因此 ,采用一种主向阳 面做成大弧度顶面的锯齿型屋面 ,其光照总量要比 采用对称向北屋面大大增加。 (2)温室覆盖材料透光率对温室的光照总量有 着重要影响 ,采有超长塑料薄膜 (阳光穿透率 85 %) 为覆盖材料。其性能价格比优于玻璃、聚磷酸脂中 空板 ( PC) 、聚氯乙烯板 ( PVC) 、玻璃纤维聚脂板 ( FRP) 。 (3)温室的通风应充分利用自然条件 ,确定温室 开窗的朝向十分重要 ,如地区全年平均主导风向为 东南 ,则天窗的位置应设在北侧。同时温室屋面设 计成大弧度曲面 ,不仅美观 ,更重要的是室外气流在 靠近屋面形成贴附的空气流线 ,从而在天窗外侧凹 陷处形成涡流区 ,使该区的静压力低于温室内的气 压 ,并且随着室外风速越大 ,压差也就越大 ,通过天 窗排除的空气也越多 ,起到通风降温的效果。 2、温室运行机构 (1)天窗起闭机构 为了通风以及与外界进行热交换 ,在外界环境 适宜或室内空气不够新鲜时需要打开天窗 ,当外界 环境恶劣时 ,必须关上天窗。天窗开启与闭合利用 电机作为动力源 ,由一个带有均匀小孔的金属圆弧 齿条支撑。电机带动滚柱转动 ,则固定在滚柱上的 小齿轮使金属条向上运动 ,撑起一端由铰链固定的 天窗 ,实现天窗的开启 ;如电机反转 ,则关闭天窗。 由于天窗的幅面较大 ,所受的空气阻力也大 ,故应选 25 ① 收稿日期 :2002111129 作者简介 :王振华 (1953 - ) ,男 ,江苏常熟人 ,江苏信息职业技术学院机械工程系 ,高级讲师。 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 较大功率的电机。如功率为 550 瓦 , 额定转速 1400r/ min ,工作电流 116A 的 J W7124 电机。 (2)外遮阳机构 为了在太阳照射较强时 ,温室大棚内部的温度 能保持在一定范围内 ,使室内的所种植物不致因温 度过高而发育不良甚至枯死 ,温室顶部设有遮阳网。 遮阳网采用镀有金属的塑料细绳编织而成 ,因为有 金属光泽 ,太阳光的辐射热会被反射回去 ,达到遮阳 目的。遮阳网的张开与收拢 ,由电机牵引一个闭环 的钢丝绳实现。 (3)外侧膜运动机构 外侧膜的主要目的是通风 ,使温室内的空气质 量达到预定的要求。外侧膜的升起与放下所用的机 构比较简单 ,在它的底端因定一根钢管 ,由电机带动 转动。电机与钢管的连接采用蜗杆传动 ,运行平稳 无噪声。当电机转动时 ,钢管随之转动卷起外侧膜 , 电机亦随之上升 ,该电机应选用质量轻、功率小的电 机如 YS6314/ 180W。 (4)内膜的展开与收起 内膜的展开与收起亦通过一个闭环的钢丝牵引 而完成 ,内膜的一端固定在大棚的支架体上 ,电机转 动使得钢丝卷起 ,同时带动内膜的活动端运动。如 向固定端运行 ,则内膜被折叠收缩 ,阳光可直接照 射 ,如远离固定端 (即电机反转) ,则关上内膜 ,与外 界隔离。由于电机属一带二的工作 ,其负载较大 ,应 选择功率较大的电机 ,如型号为 Y801 - 4 ,功率为 550W 的电机。 3、温室内的特殊机构 (1)微雾系统降温机构 微雾系统利用高压喷雾解决炎热季节温室内的 降温问题。该系统通过高压喷头喷射出的冷雾降 温 ,冷雾能快速蒸发 ,且不浸湿地面。在室温内试验 表明 ,该系统的使用能有效地降低温室的温度 ,改善 作物的生长环境。 高压喷雾降温也称冷雾降温 ,是目前在温室中 应用的较先进的降温方法。它的基本原理是普通的 水经过系统自身配备过滤系统后 ,进入高压泵 ,水在 很高的压力 (4MPa 以上) 下 ,通过管路 ,流过孔径非 常小的喷嘴 (直径为 15μm) ,形成直径为 20μm 以下 的细雾滴 ,雾滴弥温整个温室与空气混合 ,利用水的 蒸发潜热特点 ,大量吸收空气中的热量 ,从而达到降 温的目的。 降温系统包含水源部分和喷雾部分。水源部分 由水箱、过滤器、高压泵、管路、控制器组成 ;喷雾部 分由冷雾喷头和管路组成 ,喷头排成一线安装在大 棚的顶部。干净的水 (脏水需要二级甚至多级过滤) 经过过滤器 (精滤) 进入水箱 ,经高压泵输送到固定 的喷头使之雾化 ,产生悬浮在空气中的小雾滴。为 防止喷头堵塞 ,喷雾用水应保持十分纯净 ,过滤单位 要达 5μm。当温室内温度超过控制器事先设定的 温度值时 ,控制系统自动开机喷雾降温 ;温度正常 , 该系统自动关机。温室内的温度 ,通过温度传感器 , 在显示器上显示。控制器也可作定时器 ,在一定时 间间隔内循环喷雾。 (2)热风机加热系统 温室的保温能力有限 ,天气寒冷时 ,需要外加的 升温装置 ,用热风机加热空气保持室内温度。热风 机的工作原理是 ,当环境温度低于工控机所设温度 值时 ,热风机启动 ,燃烧器将柴油高度雾化后 ,产生 高温气体 ,通过高效率的换热器 ,把由风机引入的空 气充分加热 ,产生的精洁高温热空气通过出风口送 入室内各处 ,同时换热后的低温烟气通过烟囱排出 室外。 (3)灌溉系统 各种农作物对水的需求完全不同 ,并且毫无规 律可循。各种作物对水的需求量的数据采集技术要 求比较高 ,目前的技术力量还很难达到自动控制灌 溉时间与灌溉量 ,只好人工定时灌溉。 (4)气象测试系统。 影响植物生长的主要因素是温度、湿度、光照强 度这三点 ,其他的因素尽管有时会对植物生长产生 影响 ,但都是通过改变这三个要素而间接地影响植 物的生长 ,因此 ,温室控制的重点是对这三个参数值 的控制。 该系统主要由小型气象站及其配套元件组成。 它包括风力传感器、风向转感器以及雨量桶 ,温湿度 传感器 ,光敏传感器等。 二、控制部分 借助于先进的工业设施技术 ,控制作物生长所 需的部分和全部环境条件 ,并使其达到最优 ,以摆脱 自然条件的限制 ,则各控制系统以及系统之间应相 互配合来实现 ,如图一所示。 1、电控柜内控制电路 电控柜内的电路由主回路与控制回路两部分组 成。主回路向电动机 ,微雾系统 ,热风机等负载供 电。控制回路则主要控制主回路 ,分为自动控制回 路和手动控制回路两种方式。其中手动控制回路是 为了在特殊情况下 (如工控机出现故障) ,能够人为 地调节温室内各机构与设备的状态 ,以免温室环境 的失常而影响农作物的生长。 35 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图一 　控制系统的组成 　　自动控制回路由工控机控制 ,温室运行后主要 利用自动回路来工作。由于应用了农业知识到模糊 控制理论算法 ,计算机可以智能地 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 采集来的温、 湿度、风向、雨量等数据 ,以决定驱动哪些机构与装 置。电路的原理比较简单 ,主要是利用接触器控制 电路的通断。其中采用了互锁技术保护电机 ,使用 了错像保护装置 ,防止因相位接错而损坏电器件。 2、数据收集与数据处理部分 手动控制系统的工作过程是随机的。它对数据 的采集是靠人的各种观测来获取 ,其中包括人眼、手 的获得和各种仪器的测量。而手动开关控制更是无 规律可循 ,但是控制过程却是一个有规律的闭环系 统 ,如图二所示。 　　三、智能控制部分 11 硬件方面 (1)控制系统的硬件设计 在控制系统的硬件设计中 ,对 PLC 控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 、 工控机控制方案和单片机控制方案进行了比较 ,本 系统采用工控机控制方案 ,这种方案有如下优点 : ·经济效益高 ,价格低廉。 ·采用自动/ 手动切换方式 ,系统操作灵活 ,便于 摸索温度系统的最佳控制方案。 ·控制软件人机交互界面友好。 ·便于分别处理故障点 ,有利于以后的维护工 作。 (2)工控机控制方案 A/ D 数据采集卡插在工控机扩展 ISA 插槽内 , 通过数据线与工业用继电器输出板卡、端子板卡连 接在一起。A/ D 数据采集卡的数据来源由放置于 温度 A、B 两仓内的温、湿度传感器和温室外的气象 站。其中气象站有温度、湿度、雨量、风速、风向及日 照等六路模拟信号输出 ,各传感器与气象站的模拟 输出信号为 4 - 20 毫安的电流信号 ,各传感器与气 象站均串接 1 千欧的电阻 ,将电流信号转化为 5 伏 以内的电压信号送入 A/ D 板。 (3)工控机等硬件的选型 为完成温室的控制任务 , 工控机可配置 433MHZ的 CPU ,64M 内存 ,10 G硬盘 ,板卡可选用 台湾研华公司的 PCL818L 型多功能 DAS 卡 , PCLD785 型继电器输出卡和 PCLD8115 型端子卡。 由于 PCL818L 带有 16 路的数字量输出 ,这样就省 去了专用的数字量输出卡。 2、软件系统的开发 (1)控制系统的软件开发 45 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 温室小气候环境由于其本身的复杂性和外界大 气候强影响 ,要使得自控系统将其控制到一定的指 标上存在一定的难度。但由于温室内作物对于各种 参数变化不是很敏感 ,因此 ,将各个强耦合系统进行 一定的分解处理 ,设计成温室气候控制软件模块。 温室软件模块中 ,总控系统由两大部分组成 :主体系 统和辅助系统。并采用组态进行软件的设计 ,其优 点有 : 各功能模块分别设计 ,简化了软件设计的复杂 性 ,又保证其可靠性 ;便于控制系统软件参数调试、 调整和功能模块的测试 ;有利于摸清其最佳的控制 规律 ;通过添加和卸除功能模块来调试运行过程中 出现的异常现象 ,便于设备维护。 (2)控制软件的组成 本控制方案选用 V ISUAL BASIC610 编写控制 软件。V ISUAL BASIC 作为工业领域通用的编程 工具 ,功能强大易学易用 ,编写 WINDOWS 环境下 应用程序十分简单。 本软件的逻辑组成可分为如下几个部分 : ·进入系统前的动画演示部分。 ·控制主界面的形象动作部分。 ·自动控制算法部分。 ·气候数据采集与执行机构控制部分。 ·温室运行数据库的维护部分。 ·相关数据图表显示与 报表 企业所得税申报表下载财务会计报表下载斯维尔报表下载外贸周报表下载关联申报表下载 打印部分。 ·软件安全部分。 软件的具体组成有 : FORM - CANSHU ,FORM - CHOICE , FORM - GRAPH , FORM - MODIT Y , FORM - PASSWORD , FORM - TON GJ I , FORM - MAIN 等 7 个 V ISUAL BASIC FORM 与 MODUL E - USER ,MODUL E - SYSTEM ,MOUL E - DRIV2 ER 等 3 个 V ISUAL BASIC 板块。 进入系统前的动画演示部分由动画制作软件 AU THORWARE510 生成可执行文件 ,并由 MOD2 UL E - SYSTEM 中的 SUB - MAIN 调用。FORM MAIN 主要负责控制主界面的形象动作部分 ,自动 控制算法部分 ,气候数据采集与执行机构控制部分。 温室运行数据库的维护部分分布于 FORM - CAN2 SHU 与 FORM - MAIN 之中 , FORM - MODIT Y 与 FORM - PASSWORD 负责软件的安全部分。 FORM - TON GJ I , FORM - GRAPH 与 FORM - CHOICE完成相关数据图表显示与报表打印的功 能。MODUL E - USER 与 MODUL E - SYSTEM 中 的内容是软件中的变量、函数、子程序的 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 。板卡 的驱动程序说明置于 MOUL E - DRIV ER 中。 软件启动后 ,首先出现介绍温室的演示画面 ,之 后出现系统登录密码输入框 ,密码输入正确后出现 运行主界面。在主界面的菜单栏中可以选择调用参 数设置 ,修改密码 ,图表显示与数据查询等各功能窗 口 ,在主窗口中的代码段中设置系统记数器 ,定时对 各气象数据采样滤波 ,并更新气象数据库中的内容 , 由算法输出控制信号实现对各机构的动作控制。 [参考文献 ] [ 1 ]李萍萍、毛罕罕 1 我国温室生产的现状及待 研究的技术问题探讨 [J ] ,农业机械学报 , 27 卷 3 期 ,19961 [2 ]荣乐 1 第二次绿色革命 ———21 世纪的农业 [ M ]1 北京 :科技文献出版社 ,19951 [3 ]王立新 1 自适应模糊系统与控制 [ M ]1 北 京 :国防工业出版社 ,19951 [ 4 ]陆伟民 1 人工智能技术及应用 [ M ]1 上海 : 同济大学出版社 1 [ 5 ]Brian Siler Jeff Spotts ,V ISUAL BASIC610 开发使用手册[ Z] ,机械工业出版社 1 [责任编辑 :刘骋 ] The Deigning of Intell igent Greenhouse WAN G Zhen - hua HUAN G Shu - qin (J iangsu Information Technical College , Nanjing 214061 ,china) Taizhou Technical College , Taizhou 225300 ,china) Abstract :This article int roduces the intelligent greenhouse used to simulate the artificial environment and grow unpolluted plants. It also discusses the st ructural design of the au2 tomatic greenhouse , the software designing and realization of the control system. Key words : intelligent greenhouse ; blur control ; agriculture facilities 55 北京昊海陆源电子科技有限公司是专业的植物补光产品生产商，公司有全系列的植物补光产 品，产品系列涵盖 100W,150W,250W,400W,600W,1000W 植物补光产品，公司一直秉持‘以人 为本’的原则,遵循‘诚信为本,品质优先,服务一流’的经营理念,为客户提供优质的产品和一流 的服务,赢得了客户的一致认同,受到了广大客户的大力支持,使得公司在众多同行中脱颖而 出,业务范围遍布全国各地以及海外,在业内享有很高的声誉!同时也使自身在竞争中不断获 得成长、发展与壮大!  我们可为客户提供：  1. 高质量的产品  2. 可为客户提供大棚补光设计方案  3. 快速反映，售后问题 24小时内回复  4. 如有需要可派人去现场  欢迎新来客户洽谈合作。  地址：北京市昌平区文华东路田园风光办公楼  联系人：孙先生          电话：13466639053  邮箱：pooltao@163.com          QQ：280003506