導(dǎo)語：如何才能寫好一篇智能溫室，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

依照智能溫室系統(tǒng)功能需求，本文智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用上位機(jī)+下位機(jī)的設(shè)計(jì)方案，能對溫室里各種環(huán)境因子實(shí)施有針對性的控制。智能溫室控制系統(tǒng)的構(gòu)成主要有三部分，分別為現(xiàn)場手動(dòng)控制、自動(dòng)控制以及遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，如圖2所示。由圖2可知，在初始階段PLC控制系統(tǒng)首先是初始化溫室數(shù)據(jù)，把各種環(huán)境因子的上限值和下限值都寫進(jìn)寄存器里，做好溫室環(huán)境因子的現(xiàn)場采集工作，為PLC自動(dòng)控制程序執(zhí)行以及上位機(jī)組態(tài)顯示提供支撐依據(jù)。當(dāng)智能溫室控制系統(tǒng)處于現(xiàn)場手動(dòng)控制情況時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場需求能隨意調(diào)控各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況；當(dāng)其處于遠(yuǎn)程控制情況時(shí)，控制原理和現(xiàn)場手動(dòng)控制相同，但其控制端是在控制室里面；當(dāng)其處于自動(dòng)控制程序執(zhí)行情況時(shí)，就要把現(xiàn)場值和事先設(shè)定好的環(huán)境因子參數(shù)值進(jìn)行多次比較，把比較架構(gòu)根據(jù)程序控制輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境的有效調(diào)節(jié)。

2上、下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文的智能溫室控制系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)將西門子與組態(tài)王在PC機(jī)上實(shí)施連接作為控制方式，其中組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成主要有遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)界面、趨勢曲線顯示畫面、報(bào)警系統(tǒng)主機(jī)操作界面、遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面以及報(bào)表系統(tǒng)界面。在控制溫室內(nèi)部環(huán)境的時(shí)候，利用遠(yuǎn)程監(jiān)控界面，用戶可以在監(jiān)控室里及時(shí)掌握各種設(shè)備運(yùn)行情況，結(jié)合需求選擇停止或是啟動(dòng)措施，同時(shí)，在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主機(jī)圖像界面下自動(dòng)切換或是手動(dòng)切換系統(tǒng)功能，充分發(fā)揮遠(yuǎn)程控制作用。基于報(bào)警系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控基礎(chǔ)上，能提醒用戶及時(shí)調(diào)節(jié)超過參數(shù)設(shè)置值的部分環(huán)境因子，確保各項(xiàng)環(huán)境因子都控制在適當(dāng)?shù)姆秶?。借助歷史數(shù)據(jù)輸出表、實(shí)時(shí)報(bào)表以及日報(bào)表，用戶能更清晰明了地掌握溫室環(huán)境過去時(shí)刻或是當(dāng)前時(shí)刻的所有數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)分析以及決策工作奠定基礎(chǔ)，便于有效實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境控制方案的最優(yōu)化。

2.2下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

下位機(jī)系統(tǒng)主要構(gòu)成元件有西門子PLC控制器、傳感器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，智能溫室里的下位機(jī)系統(tǒng)可以脫離于上位機(jī)PC，或是與其實(shí)施聯(lián)機(jī)工作?；诼?lián)機(jī)工作情況下，借助西門子PLC總線可以實(shí)現(xiàn)信號由下位機(jī)到上位機(jī)的傳輸，在讀取信號后就把系統(tǒng)控制功能與監(jiān)視功能有效結(jié)合起來，實(shí)施遠(yuǎn)程控制操作，能充分發(fā)揮下位機(jī)的作用?；趩为?dú)工作情況下，西門子PLC對不同功能某塊以及輸入端進(jìn)行信號掃描，再將實(shí)際環(huán)境里各種環(huán)境因子和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值進(jìn)行比較，找出兩者的差距，然后由執(zhí)行機(jī)構(gòu)做適當(dāng)調(diào)整。

3溫室系統(tǒng)上、下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

3.1溫室系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

智能溫室控制系統(tǒng)上位機(jī)的控制系統(tǒng)與監(jiān)視系統(tǒng)包括組態(tài)王與PC機(jī)，一來確保系統(tǒng)有多項(xiàng)功能，如環(huán)境參數(shù)儲存功能、參數(shù)控制功能、數(shù)據(jù)查詢與處理功能等，二來也滿足上位機(jī)的控制要求。智能溫室控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)界面包含了登錄、退出、歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、日報(bào)表、遠(yuǎn)程控制等，可以讓用戶更清晰明了的實(shí)施操作。智能溫室控制系統(tǒng)在具體運(yùn)行的時(shí)候，由登錄系統(tǒng)進(jìn)到控制界面后，用戶能結(jié)合具體需求按下相應(yīng)的操作按鈕，操作或是查看溫室里的各項(xiàng)環(huán)境因子。為了使管理更加方便，還可以細(xì)致劃分按鈕的功能權(quán)限，任命特定工作人員進(jìn)入特定操作界面進(jìn)行操作。

3.2溫室系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

智能溫室控制系統(tǒng)下位機(jī)軟件能結(jié)合水分、溫度、日照等各項(xiàng)因素的實(shí)際值和參數(shù)值進(jìn)行比較，基于分析結(jié)果之上設(shè)計(jì)相應(yīng)的操作方案。在智能溫室控制條件的實(shí)施過程中，西門子PLC控制系統(tǒng)程序可以切換到手動(dòng)控制或是自動(dòng)控制?；谑謩?dòng)控制下，系統(tǒng)操作時(shí)不會受到外界環(huán)境因素的影響，只要根據(jù)需求實(shí)施手動(dòng)化操作即可。以需求為標(biāo)準(zhǔn)，能對智能溫室控制系統(tǒng)程序進(jìn)行劃分，具體分為環(huán)境因素判斷程序、數(shù)據(jù)初始化程序、執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出控制程序等，這些程序共同組成了具備穩(wěn)定性、簡便性及功能齊全性的智能溫室控制系統(tǒng)。

4結(jié)語

篇2

關(guān)鍵詞：光伏；薄膜電池；智能型；溫室大棚

1 引言

上世紀(jì)70年代，能源危機(jī)的爆發(fā)和日益惡化的環(huán)境引發(fā)全球的思考，發(fā)展可再生、無污染能源成為人類的共識。在此前提下，太陽能特別是太陽能光伏發(fā)電，在世界范圍內(nèi)受到高度重視，獲得飛速發(fā)展。這也給農(nóng)業(yè)溫室大棚的發(fā)展提供了一個(gè)新的平臺。溫室大棚突破了傳統(tǒng)作物種植受季節(jié)、環(huán)境、氣候等諸多因素的限制，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義。但目前我國溫室大棚多依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行管理，自動(dòng)化程度不高，這種方式生產(chǎn)效率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，且對種植者的素質(zhì)要求較高。而智能型光伏溫室大棚能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境各基本要素的控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化生產(chǎn)，并解決了無電、缺電地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的供電問題。

2 光伏技術(shù)與溫室大棚的結(jié)合

這種溫室大棚采用非晶硅薄膜式太陽能電池。

首先，薄膜電池弱光性好，陰雨天也能發(fā)電，常年累計(jì)發(fā)電量比普通的晶硅電池高20%左右。其次，這種電池利用薄膜的分光技術(shù)將作物所需波段的太陽光穿透電池后被作物吸收，作物生長不需要的波段則被用于薄膜電池吸收發(fā)電，部分被轉(zhuǎn)換成熱能以提高棚內(nèi)溫度。植物進(jìn)行光合作用主要是利用有效光譜為440nm的藍(lán)光和660nm的紅光區(qū)，（見圖1所示），而這種薄膜電池的最大吸收波峰在400-600nm，在理論上薄膜電池的最大吸收波峰與植物光合作用的吸收波峰并不沖突（是否完全不影響作物生長仍在研究中）。另外，紫外線不是作物生長所需，甚至?xí)茐淖魑?，薄膜電池可以對其進(jìn)行吸收，省卻了加遮陽網(wǎng)的麻煩。

非晶薄膜電池使得光伏與溫室大棚能夠更好的融合，在不影響大棚內(nèi)作物正常生長的基礎(chǔ)上，能夠借用大棚的向陽面直接低成本發(fā)電，供大棚內(nèi)的各種設(shè)備使用（見圖3所示），實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排；同時(shí)，也充分有效的利用了土地資源，使農(nóng)業(yè)用地的利用最大化。

3 光伏溫室大棚的智能控制系統(tǒng)

雖然溫室大棚在我國得到了廣泛應(yīng)用，但大多數(shù)未采用智能控制技術(shù)，自動(dòng)化程度低，環(huán)境控制能力有限，這也在一定程度上影響了溫室作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，因此，溫室大棚智能控制系統(tǒng)的建立很有必要。

影響作物生長的因素主要有溫度、濕度、CO2濃度以及光照等，其間還要進(jìn)行殺蟲、灌溉等工作，如果能夠?qū)崿F(xiàn)對這些因素的智能控制，不僅可以減輕種植者的負(fù)擔(dān)，還能提高農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。而整個(gè)系統(tǒng)的用電可以由太陽能薄膜電池提供，即使將大棚建在無法利用電網(wǎng)電能的偏遠(yuǎn)地區(qū)，也不會受到限制。光伏溫室大棚的智能控制系統(tǒng)原理如圖4所示。

1）溫度的調(diào)節(jié)：根據(jù)棚內(nèi)作物設(shè)置最佳溫度范圍，并通過溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)室溫低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)棚外陽光情況（通過光照傳感器檢測）利用太陽能加熱器（陽光充足時(shí)）或者電加熱設(shè)備（陽光不足時(shí)）進(jìn)行升溫，電加熱部分由蓄電池組供電。當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，采用濕簾-風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行降溫，濕簾是利用水蒸發(fā)吸熱原理降溫，風(fēng)機(jī)則通過產(chǎn)生的風(fēng)壓強(qiáng)制空氣流動(dòng)進(jìn)行降溫。有研究表明，大棚的室溫達(dá)到33度時(shí)便需要強(qiáng)制降溫，否則會對作物生長產(chǎn)生不利影響，濕簾和風(fēng)機(jī)二者結(jié)合使用，有效控制了棚內(nèi)高溫的產(chǎn)生。

2）濕度的調(diào)節(jié)：如同溫度調(diào)節(jié)，當(dāng)棚內(nèi)濕度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)太陽能水泵工作，通過大棚頂端的噴嘴噴出的噴霧來提高濕度，這樣也避免了濕度過大。當(dāng)濕度高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)窗開啟進(jìn)行通風(fēng)，利用濕度差來進(jìn)行室內(nèi)外的空氣交換，以降低濕度，必要時(shí)可以驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)加快空氣流動(dòng)和交換。

3）CO2濃度的調(diào)節(jié)：CO2是作物進(jìn)行光合作用的重要原料，適宜的濃度可以使作物活力增強(qiáng)、產(chǎn)量增加，溫室大棚是相對封閉的環(huán)境，使得對CO2濃度進(jìn)行控制成為可能。提高CO2濃度是通過CO2發(fā)生器實(shí)現(xiàn)的，棚內(nèi)濃度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)控制CO2發(fā)生器工作；濃度過高時(shí)，則驅(qū)動(dòng)電動(dòng)窗開啟進(jìn)行通風(fēng)。

4）光照的調(diào)節(jié)：傳統(tǒng)的大棚需要遮陽網(wǎng)進(jìn)行遮陽，但這種光伏溫室大棚的太陽能薄膜電池本身就具有遮陽功能，且利用分光技術(shù)將不利于作物的光譜光照吸收，作物所需的則可以正常穿透（見前文所述），因此，可以兼作遮陽網(wǎng)使用。當(dāng)光照弱于正常值時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)檢測到的光照度，控制開啟相應(yīng)數(shù)量的LED補(bǔ)光燈，以滿足作物生長的光照要求。另外，還可以根據(jù)作物的特性適當(dāng)延長光照時(shí)間，提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量，甚至也可以用來反季節(jié)培植作物。

5）雨感功能：溫室大棚能的智能控制系統(tǒng)能夠檢測天氣狀況，并適時(shí)進(jìn)行防護(hù)處理。當(dāng)出現(xiàn)下雨的天氣時(shí)，系統(tǒng)接受到傳感器感應(yīng)到雨滴的信息，并驅(qū)動(dòng)電動(dòng)窗自動(dòng)關(guān)閉，使棚內(nèi)作物避免遭遇“雨災(zāi)”。

6）殺蟲功能：大棚內(nèi)作物生長可能會遭到害蟲的侵?jǐn)_，再加上通風(fēng)需要，時(shí)常開啟電動(dòng)窗，棚外的害蟲也難免進(jìn)入，為盡量減少使用農(nóng)藥，培植綠色作物，棚內(nèi)配置了太陽能殺蟲燈。這種殺蟲燈通過紫外光利用昆蟲趨光的特性將其引誘，并用高壓網(wǎng)將害蟲擊殺。殺蟲燈由智能系統(tǒng)控制開關(guān)時(shí)間，并由薄膜電池充電的蓄電池為其供應(yīng)電能。

7）灌溉功能：棚內(nèi)安裝了土壤濕度傳感器，并將檢測數(shù)據(jù)傳至控制系統(tǒng)，當(dāng)作物需要灌溉時(shí)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)光伏水泵工作為其提供水源。而光伏水泵也肩負(fù)著為屋頂噴嘴提供水源的工作（見上文所述），其工作與否完全取決于棚內(nèi)作物的需要，避免了過量用水，起到節(jié)水作用。

4 智能型光伏溫室大棚的前景展望

智能型光伏溫室大棚利用光伏技術(shù)和智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對棚內(nèi)溫度、濕度、CO2濃度以及光照的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)，并根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)進(jìn)行“避雨”、殺蟲、灌溉等一系列工作，真正實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化，在減輕種植者負(fù)擔(dān)的同時(shí)，也提高了農(nóng)作物的生產(chǎn)效率。而整個(gè)系統(tǒng)只需要用大棚上安裝的太陽能薄膜電池來供給能量便可運(yùn)行，無污染且節(jié)約能源，也保證了不便接入電網(wǎng)偏遠(yuǎn)地區(qū)的正常使用。

目前，光伏和智能控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起步階段。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高對我國有著重要意義，多學(xué)科與農(nóng)業(yè)的融合將是農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然方向。而對于光伏行業(yè)來說，將溫室大棚透光屋面充分利用，作為光伏發(fā)電的建筑基礎(chǔ)，可以節(jié)約大量的土地資源，有助于實(shí)現(xiàn)低成本發(fā)電。另外，加強(qiáng)對各類作物生長機(jī)理的基礎(chǔ)性研究對普及和推廣這種智能型光伏溫室大棚有著重要意義，有助于推動(dòng)這種大棚從概念性展示向?qū)嵱秒A段的發(fā)展，以真正實(shí)現(xiàn)提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量，又兼顧發(fā)電的雙贏效果。

參考文獻(xiàn)：

篇3

溫室注肥器的作業(yè)原理

溫室注肥器的主要功能是將高濃度的肥料從肥料桶中按照一定的比例注入到供水管路中。通常來說，注肥器是按照肥水的比例來進(jìn)行計(jì)量的，例如，若肥水比例為1：100，則表示1份肥料與99份的水進(jìn)行混合。一般情況下，肥水比例也可以用百分比的方式表示，若肥水比例為1：50的情況下，則肥料的百分比為2％，若肥水比為1：100，則肥料的百分比為1％。目前，國內(nèi)注肥器應(yīng)用比較常見的作業(yè)方式有四大類。

第一類是壓差式注肥。該種方法也是最簡單的注肥方法，如圖1所示。該注肥方法通過灌溉水在肥料罐中的循環(huán)，把肥料溶解，隨灌溉水通過灌水器灌溉到土壤內(nèi)的作物根部。該種注肥方式是利用一個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門通過調(diào)節(jié)閥門的開度大小，從而在閥門兩端產(chǎn)生一個(gè)壓力差，通過該壓力差將肥料罐中的肥料溶液壓入灌水管路中。差壓式注肥系統(tǒng)一般由儲液罐、進(jìn)水管、供肥液管及調(diào)壓閥等組成。其中，儲液罐一般是由金屬制成的，內(nèi)有保護(hù)涂層，它是承壓容器與滴灌管道并聯(lián)連接，使進(jìn)水管口和出水管口之間產(chǎn)生壓差，并利用這個(gè)壓力差使部分灌溉水從進(jìn)水管進(jìn)入肥料罐，再從出水管將經(jīng)過稀釋的營養(yǎng)液注入灌溉水中。它的優(yōu)點(diǎn)是：加工制造簡單，造價(jià)較低，不需外加動(dòng)力設(shè)備，而且顆粒狀的易溶肥料可以直接導(dǎo)入肥料罐中而不需要預(yù)先進(jìn)行溶解作業(yè)。缺點(diǎn)是：溶液濃度變化大，無法控制，注肥不均勻。罐體容積有限，添加液劑次數(shù)頻繁且較麻煩。儲液罐中的液體不斷被水稀釋，輸出液體濃度不斷下降，從而造成其與水的混合比例不易控制。

第二類是利用文丘里的工作原理進(jìn)行作業(yè)。文丘里注肥器是用文丘里和施肥罐相連，并把化學(xué)物質(zhì)注入到灌溉系統(tǒng)的干管中。水流經(jīng)文丘里時(shí)產(chǎn)生一吸力，可以把化學(xué)物質(zhì)吸到管道中來。如圖2所示。

文丘里注肥器與儲液桶配套組成一套施肥裝置，利用文丘里管或者射流器產(chǎn)生的局部負(fù)壓，將液態(tài)的肥料吸入灌溉管路中。該種注肥方式的優(yōu)點(diǎn)是：在灌溉水流壓力及流量穩(wěn)定的情況下，肥液濃度穩(wěn)定不變，施肥質(zhì)量好，效率高。通過控制肥料原液流量與灌溉水的流量比值，可嚴(yán)格控制混合比。多應(yīng)用于要求實(shí)現(xiàn)灌溉液EC、pH值實(shí)時(shí)自動(dòng)控制的施肥灌溉系統(tǒng)中。缺點(diǎn)是：在灌溉水源壓力及流量變化較大的情況下，注肥裝置工作性能不穩(wěn)定。

第三類是水源驅(qū)動(dòng)活塞式注肥裝置，該種裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖3所示。該種注肥方式目前在國內(nèi)獲得廣泛的應(yīng)用。其工作原理是：利用灌溉管路的水壓力，推動(dòng)驅(qū)動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也拉動(dòng)注入活塞向上運(yùn)動(dòng)，注入活塞向上運(yùn)動(dòng)使肥料液因大氣與注肥腔之間的壓差而進(jìn)入注肥腔內(nèi)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)活塞到達(dá)最上端時(shí)，灌溉水從注水腔流入混合腔，兩活塞均向下運(yùn)動(dòng)，注肥腔內(nèi)的壓力增大，其與混合腔就存在著壓差，于是肥料注入混合腔內(nèi)；各工作水流通道均為單向；灌溉水和肥料液兩股沖擊液體進(jìn)入混合腔后碰撞在一起形成湍流使兩者迅速充分地混合均勻。其優(yōu)點(diǎn)是：在施肥作業(yè)時(shí)事先設(shè)定好肥水比，不管注入的灌溉水的壓力及流量如何變化，其混合的肥水比例都將是恒定的。另外，系統(tǒng)也可將多個(gè)注肥器串聯(lián)使用，可以實(shí)現(xiàn)不同肥料的均勻注入。缺點(diǎn)是：購置成本高，對有些腐蝕性強(qiáng)的肥料會造成注肥器的損壞，另外其維護(hù)使用必須認(rèn)真。

第四類是組合式自動(dòng)灌廄施肥系統(tǒng)，如圖4所示。該種注肥方式能夠按照用戶設(shè)置的灌溉施肥程序和EC／pH實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過預(yù)先編制好的程序和根據(jù)反映作物需水和肥的某些參數(shù)，自動(dòng)地通過系統(tǒng)上的一套肥料泵準(zhǔn)確適時(shí)地把肥料養(yǎng)分直接注入灌溉管道中，連同灌溉水一起適時(shí)適量地施給作物。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：灌溉水和肥料預(yù)先在水桶中混合，混合后的水溶液通過加壓泵加壓到灌溉管路中，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的施肥灌溉。因?yàn)樵谙到y(tǒng)的灌溉管路中安裝有EC及pH測定傳感器，實(shí)時(shí)測定灌溉溶液的EC和pH值，從而系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)調(diào)整灌溉溶液所需的各種肥料的配比，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化灌溉。系統(tǒng)可以很方便地安裝在已有的灌溉管路中，另外施用的不同肥料可以放在不同的肥料容器中，系統(tǒng)可以一次將所需的不同肥料按照預(yù)先設(shè)定的比例注入到灌溉水流中，系統(tǒng)最多可一次注入4種不同的肥料。另外，系統(tǒng)安裝的控制計(jì)算機(jī)可以按照用戶設(shè)定的程序完成不同時(shí)段的施肥灌溉作業(yè)。該系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)是購置成本高，適合于較大面積的分區(qū)灌溉施肥作業(yè)。

溫室注肥器的選擇方法

溫室注肥器的選擇首先是考慮經(jīng)濟(jì)性，需要依據(jù)灌溉施肥作業(yè)的面積而確定，對于單獨(dú)農(nóng)戶的一些小型的溫室，溫室灌溉管路連接簡單，施用的肥料是顆粒狀的可溶肥料，選擇差壓式的注肥系統(tǒng)即可，利用該種注肥方式可以簡化施肥的過程。而對于使用液態(tài)微肥和土壤消毒類的化學(xué)農(nóng)藥采取滴灌的方式注入則宜選用文丘里注肥器，利用該種注入方式可以實(shí)現(xiàn)肥料的準(zhǔn)確注入，同時(shí)也可減少肥料的浪費(fèi)和農(nóng)藥在注入過程中通過不同容器的轉(zhuǎn)移造成的污染。而對于規(guī)?；善煌r(nóng)戶單獨(dú)經(jīng)營的溫室，可以使用水源驅(qū)動(dòng)活塞式注肥裝置，為了降低單個(gè)溫室安裝該種注肥器造成的成本增加，目前在我國研制開發(fā)成功一種適合不同溫室移動(dòng)式溫室注肥系統(tǒng)，通過系統(tǒng)配置的快速插接管路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精準(zhǔn)注肥，這樣可以明顯降低每個(gè)溫室都安裝該注肥系統(tǒng)造成的成本增加。而對于連棟大型溫室的注肥作業(yè)則可以選擇安裝組合式自動(dòng)灌溉施肥系統(tǒng)，利用這種注肥方式可以實(shí)現(xiàn)分區(qū)分時(shí)的程序化控制注肥作業(yè)。

另外，注肥器的選擇也要考慮設(shè)施溫室種植作物的品種和施入肥料的種類，考慮潛在的注肥需求，這樣可以明顯提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率和增加系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。肥料注入系統(tǒng)的水流量也是注肥器選擇需要考慮的問題，通常將水的流量分成三類，流量為0.2L／min～48L/min通常稱為小流量，流量48L/min-160L/min為中等流量，而流量大于160L/min則為大流量灌溉。水流量的檢測比較簡單的方法是當(dāng)用戶安裝有水表的情況下，用戶只需計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)流過的水量即可得到系統(tǒng)的供水流量值。

選擇注肥器時(shí)注肥比率也是用戶需要考慮的問題，國際上注肥比率通常分成五個(gè)范圍，1：4000～1：250(即0.025％～O.4％)屬于很低，1：500～1：100(即0.2％～1％)屬于低，1：200～1：100(即0.5％～1％)屬于中等，1：100～1：20(即1％～5％)屬于高，1：50～1：10(即2％～10％)則屬于超高，低的注肥濃度則意味著只有少量的液體 注入到灌溉水路中，當(dāng)肥料的注入比率大于1：200時(shí)，則肥料和水則不能夠?qū)崿F(xiàn)很好的混合，肥料注入土壤后極易對作物的葉片造成燒傷，對于溫室設(shè)施作物通常來講，肥料的注入比例不要高于1：200。

溫室注肥器使用過程中應(yīng)注意的問題

溫室注肥器的使用必須要注意水及肥料的充分過濾，系統(tǒng)著沒有很好的過濾，極易發(fā)生注肥管路的堵塞和注肥器的過度磨損。在某種程度上，每個(gè)灌溉系統(tǒng)都需要過濾器。過濾器可以有效地去除沙礫和大的有機(jī)懸浮顆粒。過濾器的類型主要有沙基質(zhì)過濾器、網(wǎng)式過濾器、碟片過濾器、水沙分離離心過濾器等。過濾器的選擇取決于設(shè)計(jì)流量。過濾器的類型取決于灌水器出口的大小和灌溉水質(zhì)。主要原則是：選擇的過濾器能夠全部截留直徑至少為系統(tǒng)中最小出口直徑的1/10的顆粒。網(wǎng)式過濾器只能去除少量的沙子和有機(jī)物，當(dāng)含有大量的藻類時(shí)，過濾器很快會被裝滿。一般來說，網(wǎng)孔越小，攔留的污物就越多，裝滿的就越快。為了增加過濾器清洗的時(shí)間間隔，可并排安排兩個(gè)或更多的過濾器或選用過濾面積大的過濾器。濾網(wǎng)可以是開槽的PVC、打孔的不銹鋼、不銹鋼絲網(wǎng)，也可以是合成線網(wǎng)，比如尼龍。有些過濾器必須拆開；中洗，而其他的，比如“Y”型過濾器，可以手動(dòng)或自動(dòng)沖洗。有些過濾器，比如尼龍網(wǎng)的，不用拆開就能進(jìn)行反沖洗。在沖洗過程中顫動(dòng)的濾網(wǎng)或在反沖洗過程中稍微張大的濾網(wǎng)，去除雜質(zhì)的效果要比硬網(wǎng)的效果好。溫室注肥管路中一般安裝的過濾網(wǎng)一般為140～200目之間。

溫室注肥第二個(gè)需要考慮的問題是，灌溉水的pH值和堿度值。利用自然降雨進(jìn)行灌溉的溫室必須考慮土壤的pH值及堿度值對注入肥料的影響。如果注入的肥料中添加化學(xué)農(nóng)藥，必須充分考慮所添加的化學(xué)農(nóng)藥對注肥系統(tǒng)部件的腐蝕性影響。

注肥器的安裝要注意水錘效應(yīng)的影響。水錘是水流沖擊管道，產(chǎn)生的一種嚴(yán)重水擊。由于在水管內(nèi)部，管內(nèi)壁是光滑的，水流動(dòng)自如。當(dāng)打開的閥門突然關(guān)閉或給水泵停車，水流對閥門及管壁，主要是閥門或泵會產(chǎn)生一個(gè)壓力。由于管壁光滑，后續(xù)水流在慣性的作用下，水力迅速達(dá)到最大，并產(chǎn)生破壞作用。因此，如果灌溉管路的水壓過高，則應(yīng)當(dāng)在接近注肥器的管路中安裝一個(gè)蓄能裝置。

溫室注肥器的保養(yǎng)

溫室注肥器在使用過程中要進(jìn)行合適的保養(yǎng)維護(hù)。在使用過程中吸肥管的吸口不要與液體肥料容器的底部接觸，這樣可以避免將肥料中的一些容易堵塞濾網(wǎng)和滴灌管路的的異物吸入到注肥器內(nèi)。不管使用何種注肥器，在注肥結(jié)束后一定要利用清水清洗注肥器。注肥器的肥料桶也要定時(shí)地進(jìn)行清洗，這樣可以避免在肥料桶內(nèi)滋生一些廢物雜質(zhì)，避免下次使用時(shí)發(fā)生堵塞管路的情況。定時(shí)檢查系統(tǒng)密封管路中的油封裝置，利用凡士林或者發(fā)動(dòng)機(jī)油對密封圈進(jìn)行定期密封。如果注肥器在較長時(shí)間內(nèi)不進(jìn)行使用，則可以將注肥器從管路中拆卸下來，利用凈水充分清洗，將注肥器中的水完全排出，利用一些封口材料將注肥器的進(jìn)出口進(jìn)行封堵，以防異物進(jìn)入到注肥器的內(nèi)部。在一些冬季結(jié)冰區(qū)域，應(yīng)當(dāng)注意注肥器的防凍問題，以防注肥器結(jié)冰凍裂。總之，對注肥器的科學(xué)合理維護(hù)，既可以延長注肥器的使用壽命，同時(shí)也可降低注肥器的使用維護(hù)成本。

篇4

關(guān)鍵詞：Android系統(tǒng)；智能手機(jī)；視頻監(jiān)控；網(wǎng)絡(luò)通信

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）06-00-02

0 引 言

我國目前已成為世界設(shè)施作物栽培第一大國[1]，特別是近來環(huán)境污染、食品安全等問題格外突出，實(shí)現(xiàn)溫室農(nóng)作物生長過程實(shí)時(shí)監(jiān)控是解決以上問題的關(guān)鍵。隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，溫室智能監(jiān)控、食品溯源等系統(tǒng)已成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要復(fù)雜的綜合布線，多采用視頻服務(wù)器和遠(yuǎn)程PC端訪問模式，具有施工難度大、價(jià)格昂貴和監(jiān)控靈活度差等問題；在Android平臺的智能終端（安裝了Android視頻監(jiān)控應(yīng)用軟件的智能設(shè)備，以下簡稱移動(dòng)端）上開發(fā)視頻監(jiān)控App，使用WiFi或4G網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境隨時(shí)隨地的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于Android的溫室智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)[2]，整個(gè)系統(tǒng)由無線網(wǎng)絡(luò)攝像頭、云臺、視頻服務(wù)器（以下簡稱服務(wù)端）、無線路由器、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)等組成，其架構(gòu)圖如圖1所示。PC監(jiān)控端和移動(dòng)端皆可通過Internet建立連接[3]；移動(dòng)端在本地WiFi網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可搜索設(shè)備的ID號，通過選擇某監(jiān)控設(shè)備的ID號訪問云臺，控制相應(yīng)攝像頭，實(shí)現(xiàn)視頻的實(shí)時(shí)監(jiān)控。移動(dòng)端通過觸屏方式控制云臺，實(shí)現(xiàn)攝像頭的上、下、左、右移動(dòng)，垂直90度、水平360度的移動(dòng)近乎可以實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)控功能[4]，系統(tǒng)中常用攝像頭云臺控制指令見表1所列。本文重點(diǎn)論述移動(dòng)端Android系統(tǒng)監(jiān)控軟件的方案設(shè)計(jì)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

視頻數(shù)據(jù)傳輸由RTP（Real-time Transport Protocol，RTP）與UDP協(xié)議共同完成，RTP協(xié)議負(fù)責(zé)控制與服務(wù)類信息傳輸，由UTP協(xié)議進(jìn)行打包、分組傳輸，RTP/UTP協(xié)議流程圖如圖2所示。Android系統(tǒng)采用Socket機(jī)制控制TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的可靠連接，Socket是一種跨平臺、支持異構(gòu)語言的編程方式，客戶端程序使用Socket類，服務(wù)端程序使用Server Socket類[5]。移動(dòng)端通過get Server IP（）方法獲取服務(wù)端地址，并設(shè)置相應(yīng)端口號，用戶驗(yàn)證并連接成功后，服務(wù)端視頻數(shù)據(jù)采用輸入流方式進(jìn)行傳入，然后使用Buffered Reader（）方法讀出數(shù)據(jù)，經(jīng)視頻數(shù)據(jù)編碼處理后顯示在界面上，通信結(jié)束后再調(diào)用socket.closed（）方法結(jié)束通信。系統(tǒng)采用H.264/AVC方法進(jìn)行視頻硬件編碼，H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)能適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)如高、低寬帶，無線超窄帶寬[6]，移動(dòng)端數(shù)據(jù)幀解碼的方法為：int DecodeH264Frame（ byteArray H264， int bFrame， byteArray yuv， int len， intArray size）。

3 系統(tǒng)服務(wù)端設(shè)計(jì)

系統(tǒng)服務(wù)端采用C#/CGI方式設(shè)計(jì)，CGI是外部應(yīng)用程序與Web服務(wù)器之間的標(biāo)準(zhǔn)接口，是信息傳遞的規(guī)程。服務(wù)端實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采集、存儲及遠(yuǎn)程訪問功能，通過網(wǎng)絡(luò)獲取視頻數(shù)據(jù)流程如圖3所示，實(shí)例HttpWebRequest類調(diào)用WebRequest Create（string requestUriString）發(fā)送網(wǎng)絡(luò)請求，用GetReponseStream（）方法獲取Internet資源響應(yīng)，實(shí)例化StreamReader類，StreamReader reader = new StreamReader（stream，Encoding.Default），讀取特定編碼數(shù)據(jù)，在Picturebox控件上顯示圖片信息，定時(shí)調(diào)用圖像處理代碼的Timer間隔在110 ms時(shí)即可實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)采集。

4 系統(tǒng)移動(dòng)端設(shè)計(jì)

移動(dòng)端程序開發(fā)環(huán)境為Eclipse+JDK+Android SDK+ADT；測試平臺為小米4LTE-CMCC+Android4.4.4。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)采用MVC架構(gòu)，使用Android提供的各種API接口進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，主要有系統(tǒng)設(shè)置、用戶驗(yàn)證、圖像處理、數(shù)據(jù)存儲、視頻播放等功能模塊，如圖4所示。在/res/layout目錄下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)界面開發(fā)，使用RelativeLayout和FrameLayout布局方式分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)登錄和視頻播放界面，主要布局文件有act_main.xml、add_camera.xml、cont_device_view.xml、ved_play.xml、set_list_item.xml，布局文件等會在R.java中自動(dòng)生成ID資源號，系統(tǒng)通過R類加以應(yīng)用。在/src目錄下實(shí)現(xiàn)Java主程序的編寫，使用setContentView（view）方法實(shí)現(xiàn)布局文件的應(yīng)用，使用findViewById（id）方法獲得layout 中的控件。在AndroidManifest.xml文件中可實(shí)現(xiàn)對Activity等系統(tǒng)組件的注冊，也可開啟系統(tǒng)訪問網(wǎng)絡(luò)、攝像頭等權(quán)限等，代碼如下所示：

移動(dòng)端程序設(shè)計(jì)流程如圖5所示。Android系統(tǒng)使用searchCamera（）方法搜索監(jiān)控設(shè)備的ID，識別并驗(yàn)證CA_USER、CA_PWD，使用CheckCameraInfo（String mac）方法驗(yàn)證監(jiān)控設(shè)備MAC地址；用Sstream（string ， int， int）方法請求視頻數(shù)據(jù)；用Void Init（）方法初始化視頻解碼；使用Bitmap getBitmap（）方法進(jìn)行圖片數(shù)據(jù)處理；用void onMeasure（int widthMeasureSpec， int heightMeasureSpec）實(shí)現(xiàn)視頻顯示比例；在void openVideo（）方法中實(shí)例化Mediaplayer類，如：mMediaPlayer = new MediaPlayer（），實(shí)現(xiàn)視頻的播放；使用onCreate（SQLiteDatabase db） 方法創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)用戶信息等數(shù)據(jù)的存儲；用int Pcontrol（string， int）方法實(shí)現(xiàn)云臺控制，命令為第一個(gè)參數(shù)。移動(dòng)端視頻監(jiān)控界面如圖6所示。

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)利用智能手機(jī)的便利性與Android系統(tǒng)平臺的開源性，研究實(shí)現(xiàn)了溫室監(jiān)控從固定的PC端到移動(dòng)端移植。在WiFi和4G兩種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，經(jīng)反復(fù)測試，視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，延遲小。本系統(tǒng)研究成果可以應(yīng)用到智能家居、智能交通等領(lǐng)域，具有應(yīng)用廣泛、使用方便等特點(diǎn)。后期需繼續(xù)解決結(jié)合傳感器實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)程報(bào)警、變焦等問題。

參考文獻(xiàn)

[1]張猛，房俊龍，韓雨.基于ZigBee和Internet的溫室群環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（Z）：171-176.

[2]劉萬輝，楊曄.基于Android系統(tǒng)的溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)[J].軟件，2013，34（5）：1-3.

[3]楊靖靖，趙榮臻，陶偉偉，等.Android平臺遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].南通大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，13（4）：7-11.

[4]孟飛，王劍峰，朱習(xí)軍.一種基于Android的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35（5）：524-528.

篇5

冬季由于室外溫度較低，所以作物一般在溫室中生長。作物的生長受到溫度、光照、濕度和二氧化碳等多方面因素的影響，為了促進(jìn)作物的生長，為其提供適宜的生長環(huán)境非常重要，所以需要對溫室內(nèi)的環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了溫室智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以更加準(zhǔn)備的掌握作物的生長環(huán)境，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)獲得高產(chǎn)和低耗的目的。本文中設(shè)計(jì)的溫室智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，并成功設(shè)計(jì)了智能溫濕度傳感器及通用智能終端，重點(diǎn)介紹了低成本溫室智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)組成模式的設(shè)計(jì)，繼而實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能對溫室系統(tǒng)的控制。

【關(guān)鍵詞】

溫室;監(jiān)控系統(tǒng);低成本

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)型國家，當(dāng)前在廣大的農(nóng)村，溫室農(nóng)業(yè)舉目皆是。近些年來，隨著中國農(nóng)村和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐步由傳統(tǒng)的粗放型管理方式轉(zhuǎn)向操作的現(xiàn)代集約化模式，農(nóng)業(yè)科技示范園為示范窗口的現(xiàn)代集約型農(nóng)業(yè)和高新技術(shù)應(yīng)用也正在崛起。開發(fā)和研究溫室環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對溫室中濕度、二氧化碳等因子的自動(dòng)監(jiān)測及控制。加強(qiáng)控制理論與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，引入智能化的方法及知識工程方法，實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能系統(tǒng)控制也將是未來溫室控制的發(fā)展方向。本文以MSP430F499超低功耗單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)智能對溫室系統(tǒng)的控制。低成本溫室環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比在成本上有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。其中設(shè)計(jì)了智能溫濕度傳感器的硬件、軟件與算法，通用智能終端的硬件與軟件;驗(yàn)證了RS-485通信、通用智能終端和智能溫濕度傳感器設(shè)計(jì)的正確性;使用MSP430F499單片機(jī)，充分利用了該單片機(jī)的超低功耗特性和豐富的片上系統(tǒng)，大大簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)，降低了功耗，減少了費(fèi)用，使得低成本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)成為了可能;本系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，不但可以應(yīng)用在溫室環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)中，而且還能滿足其它的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

1 溫室環(huán)境及其控制概述

作物生長收到溫度的影響，并且溫度是對其影響最重要的環(huán)境因素之一，如果作物的生長環(huán)境溫度適宜，那么作物可以達(dá)到最快的生長速度。溫度控制主要包括兩方面：冬季升溫和夏季降溫。溫室溫度的特點(diǎn)是：以外地區(qū)溫室溫度較高和較低的海拔高度和緯度，在時(shí)間的晝夜溫度和四個(gè)季節(jié)的變化，太陽輻射的周期性變化;不均勻性的影響下，冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)的設(shè)備布置，室外的天氣和溫室的不均勻空間分布的因素;由于溫室及其周邊環(huán)境中傳導(dǎo)的時(shí)刻，對流和輻射換熱的方式，再加上它在任何時(shí)間將由室內(nèi)和室外的諸多干擾因素的影響，熱源和熱輻射具有很大的不確定性;在不同生長階段的各種作物的發(fā)展對溫度的要求也不相同的;溫室溫度的變化是緩慢和延遲的。

2 本系統(tǒng)濕度控制方案

在試驗(yàn)溫度控制系統(tǒng)中，采用濕度傳感器來檢測溫度和濕度，檢測結(jié)果和相應(yīng)設(shè)定值進(jìn)行比較，然后再?zèng)Q定是否啟動(dòng)控濕裝置。由于溫度控制和濕度控制具有一定的耦合性，所以溫室的控制中嘗試使用的一些對該環(huán)境因素影響較大而對其他的環(huán)境因素影響最小的調(diào)控方案。例如，在夏季強(qiáng)烈的光照和濕度的情況下，由于張開遮陽網(wǎng)對濕度的影響比較小，故而只需要張開內(nèi)或外遮陽網(wǎng)遮陽。

在冬天夜間和陰雨季節(jié)，當(dāng)光照的強(qiáng)度低于光的補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)候，需要進(jìn)行人工補(bǔ)光。常用的溫室補(bǔ)光裝置主要有：金屬鹵化物燈、高壓水銀燈、白熾燈熒光燈、鹵燈等光源。對溫室中作物的光照時(shí)間和光照度進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)非常有必要。在冬天的夜晚和雨季時(shí)，當(dāng)光照的強(qiáng)度低于光的補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)候，為促進(jìn)作物的生長需要進(jìn)行人工補(bǔ)光。可以通過設(shè)定的值來控制光照。

3 低成本溫室智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)組成模式

3.1 組成模式一

該模式使用上位PC機(jī)和通用智能終端做下位機(jī)組成監(jiān)控系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成框圖如圖1。

3.2 組成模式二

該模式組成的監(jiān)控系統(tǒng)主要包括兩部分，分為為上位計(jì)算機(jī)和智能溫濕度傳感器，這兩部分組成的監(jiān)控系統(tǒng)的組成框圖如圖2所示。

3.3 組成模式三

該模式采用通用上位PC機(jī)與智能終端、溫濕度智能傳感器做下位機(jī)組成的監(jiān)控系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成框圖如圖3。

4 通用智能終端

通用智能終端的控制器為單片機(jī)MSP430，具有8路開關(guān)量輸入、8路模擬量輸入及路開關(guān)量輸出。其原理框圖如圖4-1所示。

該系統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)是被溫度傳感器檢測，根據(jù)室外氣象條件和室內(nèi)溫度，與設(shè)定值比較，決定降、升溫的方法和激活控制裝置。冬季提高溫度控制是根據(jù)溫度差的大小，決定暖風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，溫度差異大，激活時(shí)間就會較長。夏天控制冷卻是運(yùn)用遞階控制，當(dāng)開始第一階段的控制措施仍達(dá)不到規(guī)定的要求時(shí)，才會啟動(dòng)高一級的控制措施。冷卻控制由高到低依次為：濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)降溫;遮陽網(wǎng)開放;強(qiáng)制通風(fēng)冷卻（當(dāng)晴天遮陽網(wǎng)強(qiáng)制通風(fēng)前開）;天窗，側(cè)窗打開，自然通風(fēng)冷卻。

【參考文獻(xiàn)】

篇6

現(xiàn)有苗床灌溉裝置多為懸吊式，由懸吊架、懸吊導(dǎo)軌、主行走機(jī)構(gòu)、噴灌裝置、隨動(dòng)行走機(jī)構(gòu)和電控系統(tǒng)等部件組成，多用于溫室或塑料大棚育苗的灌溉。傳統(tǒng)方式的整套噴灌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，首先要有縱向的導(dǎo)軌，與此同時(shí)，在完成一個(gè)灌溉幅寬后，要通過橫向?qū)к墝姽鄼C(jī)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)灌溉作業(yè)區(qū)域，所以還要在縱向?qū)к壍囊欢税惭b橫向軌道才能完成作業(yè)。其次，由于噴灌系統(tǒng)安裝有縱向和橫向?qū)к?，?dǎo)致噴灌系統(tǒng)的自身重量較大，所以固定導(dǎo)軌的溫室骨架要有足夠的強(qiáng)度才足以支撐，無形中增加了安裝成本；并且有些農(nóng)戶自建的塑料大棚骨架較單薄，不適合安裝此類型的噴灌機(jī)。

同一溫室內(nèi)的種苗通常不是單一作物種類，或者不同大小的種苗，但是傳統(tǒng)的噴灌機(jī)的灌溉幅寬較大，作業(yè)時(shí)橫跨多個(gè)苗床。例如，張躍峰（2013）介紹的一款新的溫室雙臂雙軌施肥噴灌機(jī)一次覆蓋4 個(gè)苗床，安裝需要懸掛在空中。這種設(shè)計(jì)使得每條苗床的灌溉量不能根據(jù)作物種類及農(nóng)藝要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果這種問題沒有解決好，就會使得溫室栽培苗床管理分區(qū)無法靈活組合；造成部分品種種苗沒有做到按需投入水肥，引起生長差異，導(dǎo)致種苗均一性差，商品率低，收益提升難。因此，開發(fā)針對溫室大棚內(nèi)的實(shí)用型苗床自動(dòng)灌溉裝置非常有必要。

本文介紹一種靈巧、輕便型的穴盤育苗苗床灌溉裝置，通過利用苗床的結(jié)構(gòu)作為行走導(dǎo)軌，達(dá)到簡化噴灌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低成本的目的。此外，還可以根據(jù)苗床上的種苗及其農(nóng)藝要求進(jìn)行適量噴灌。

工作原理

該裝置由行走機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)橫梁、噴灌系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。圖1是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)三維圖。行走機(jī)構(gòu)安裝固定于調(diào)節(jié)橫梁的兩端，噴灌系統(tǒng)安裝固定于該調(diào)節(jié)橫梁上，控制系統(tǒng)安裝固定在行走機(jī)構(gòu)上。

行走機(jī)構(gòu)：由行走輪、行走輪固定架、連接橫梁、行走立柱、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)鏈輪及鏈條等組成。行走輪通過軸及軸承安裝固定于該行走輪固定架上，前后行走輪固定架通過連接橫梁焊接固定，行走立柱焊接固定在連接橫梁的中間位置，驅(qū)動(dòng)鏈輪安裝固定于該驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主、從動(dòng)行走輪的轉(zhuǎn)軸上，鏈條用于連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的鏈輪與主動(dòng)鏈輪、主動(dòng)鏈輪與從動(dòng)鏈輪。

調(diào)節(jié)橫梁：由U型梁和方梁等組成。U型梁和方梁通過螺栓連接緊固，并根據(jù)苗床寬度進(jìn)行寬度調(diào)節(jié)。

噴灌系統(tǒng)：由噴頭、噴管、噴灌固定架及加壓水泵組成。噴頭安裝固定在該噴管上，噴管利用該噴頭上的螺栓與噴灌固定架相連接，噴灌固定架懸吊安裝于調(diào)節(jié)橫梁上。

控制系統(tǒng)：由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、限位開關(guān)及控制盒組成。其特征在于，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)行走機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一調(diào)速，該限位開關(guān)安裝固定在該行走輪固定架上，用于檢測灌溉裝置是否行進(jìn)到苗床末端。

結(jié)構(gòu)

該裝置的行走機(jī)構(gòu)是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)，鏈條傳輸?shù)姆绞?，直接在苗床上行走，通過控制器設(shè)定灌溉的量，到達(dá)末端自動(dòng)停止。行走輪采用尼龍輪加工，可有效保護(hù)苗床兩側(cè)的擋沿不會磨損，同時(shí)提高行走的平穩(wěn)性。行走輪通過一組軸及軸承安裝固定于行走輪固定架上，前后兩組行走輪固定架通過連接橫梁焊接固定，在行走立柱上開有等間距的固定調(diào)節(jié)孔，用來調(diào)整調(diào)節(jié)橫梁及噴灌系統(tǒng)的噴灌高度，這樣高度可變就可以保證噴頭扇面最佳組合以適應(yīng)不用種類的作物，驅(qū)動(dòng)鏈輪采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。圖2是系統(tǒng)行走機(jī)構(gòu)。

調(diào)節(jié)橫梁采用U型梁和方梁組合的結(jié)構(gòu)，主要是解決溫室苗床規(guī)格寬度不一，行走機(jī)構(gòu)的匹配的難題。U型梁上開有滑槽，用于改變調(diào)節(jié)橫梁的寬度，方梁開有通孔，利用螺栓將U型梁和方梁連接緊固，保證裝置的整體性。調(diào)節(jié)橫梁通過兩邊獨(dú)立的機(jī)構(gòu)組合安裝，根據(jù)苗床的寬度對調(diào)節(jié)橫梁進(jìn)行微調(diào)，以適應(yīng)不同的苗床寬度。

噴灌系統(tǒng)用來根據(jù)需要進(jìn)行溶液加壓、輸送和霧化。采用整架方式安裝固定于調(diào)節(jié)橫梁上，可以安裝一組、二組或三組噴頭，同時(shí)可以將多種溶液分別獨(dú)立噴灑，也可用不同的方式組合噴灑。每排噴頭錯(cuò)位安裝，可實(shí)現(xiàn)溶液大流量單程噴灑。固定架通過U型固定卡懸吊安裝于調(diào)節(jié)橫梁上，可通過改變調(diào)節(jié)橫梁位置實(shí)現(xiàn)噴灌高度的靈活調(diào)節(jié)。

控制系統(tǒng)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、限位傳感器開關(guān)及變量控制器組成。為防止傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損壞作物幼苗，采用雙電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩側(cè)行走機(jī)構(gòu)，并通過程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)兩側(cè)行走機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一調(diào)速，在行走機(jī)構(gòu)的前后分別安裝上位置傳感器開關(guān)，將其安裝固定在行走輪固定架上，用于檢測灌溉裝置是否行進(jìn)到苗床末端，以使得苗床擋邊在觸碰到限位開關(guān)后，使灌溉裝置自動(dòng)停止或反向運(yùn)動(dòng)，此外，控制系統(tǒng)具有手動(dòng)和遙控兩種模式，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。控制系統(tǒng)的變量控制器安裝固定在立柱上，隨行走機(jī)構(gòu)移動(dòng)，方便移動(dòng)作業(yè)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

試驗(yàn)和應(yīng)用

篇7

西方發(fā)達(dá)國家在智能噴藥技術(shù)研究方面起步較早。19世紀(jì)40年代。法國的Hampe首先將靜電技術(shù)引入噴藥領(lǐng)域；19世紀(jì)60年代美國開始采用EHD發(fā)電式靜電噴撒機(jī)噴灑粉劑農(nóng)藥；80年代美國佐治亞大學(xué)開發(fā)出ESS系統(tǒng)，這是靜電技術(shù)在施藥領(lǐng)域的重大突破。

由于靜電技術(shù)涉及到諸多科學(xué)領(lǐng)域，中國對該項(xiàng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)施藥上的應(yīng)用起步較晚。國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出一種可用于溫室的靜電農(nóng)藥噴灑機(jī)。這種靜電噴藥機(jī)安裝有2個(gè)腳輪和把手，可用于推動(dòng)，適于在不同溫室間的靈活移動(dòng)，可以做到一機(jī)多溫室用、多人用、多種農(nóng)藥用。該機(jī)使用方便，采用多層絕緣技術(shù)，安全可靠。機(jī)器寬0.5m，可以靈活地溫室內(nèi)部的步道推動(dòng)，機(jī)器高1.1m，搬運(yùn)方便。另外，各種控制器都內(nèi)嵌到機(jī)身里，外部安裝有外罩，美觀安全?？刂茊卧芊庠诳刂葡鋬?nèi)，絕緣、防水、防潮。該機(jī)器作業(yè)操作簡單，易于維護(hù)，適合中國溫室大面積推廣應(yīng)用。

噴藥機(jī)工作原理

藥液首先經(jīng)過初級過濾器過濾后通過壓力單元進(jìn)行加壓，加壓后的藥液經(jīng)過計(jì)量孔計(jì)量后，通過噴槍實(shí)現(xiàn)霧化。農(nóng)藥在霧化過程中再經(jīng)過高壓脈沖電極使霧滴帶電，并在氣流的作用下二次霧化，霧化后的高速氣流將帶電的霧滴送到待噴灑的目標(biāo)植株上。靜電噴藥機(jī)采用220V交流電源作為工作電源，電源經(jīng)過控制箱后向系統(tǒng)的各個(gè)部分分別供電，控制箱內(nèi)有電源適配器、壓力單元和發(fā)光二極管以及其他電子控制元件。電源首先通過電源適配器產(chǎn)生12V直流電壓，該直流電壓為液泵和中間繼電器供電。液泵供電后將噴灑藥液從液箱內(nèi)經(jīng)過管路泵出，形成高壓液流，供給噴槍?？刂坪猩习惭b有壓力顯示表，可以實(shí)時(shí)顯示液泵所供液體的壓力，液泵由自動(dòng)卸壓和手動(dòng)調(diào)節(jié)壓力2種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。

溫室靜電噴藥機(jī)設(shè)計(jì)有2個(gè)液箱，分為大液箱和小液箱?；旌虾玫乃幰航?jīng)過沉淀后倒入大液箱，經(jīng)過過濾后，由壓力單元抽取藥液經(jīng)過系統(tǒng)二次過濾加壓后通過噴槍噴灑到目標(biāo)植株的表面，該液箱的容積為3L。小液箱盛有純凈水，主要用途是當(dāng)噴藥工作完成后，可用于清洗管路和噴頭，用來維護(hù)靜電噴藥機(jī)的壓力單元和噴槍以及電極，延長設(shè)備的使用壽命。機(jī)器安裝的靜音空氣壓縮機(jī)是通過中間繼電器控制的，中間繼電器的工作電壓為直流12V的電壓，這樣可以保證設(shè)備的控制精度和安全可靠性。當(dāng)電源接通，閉合啟動(dòng)開關(guān)后，繼電器線圈吸合，空氣壓縮機(jī)開始工作，產(chǎn)生高壓氣流，通過管路供給噴槍，使帶電藥液二次霧化。噴槍內(nèi)設(shè)計(jì)有高壓靜電發(fā)生模塊，采用獨(dú)立的12V充電蓄電池進(jìn)行供電，可以反復(fù)充電使用，高壓靜電發(fā)生模塊產(chǎn)生1.5kV脈沖高壓靜電，通過絕緣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)供給噴頭處的嵌入式脈沖中極，電極在噴槍內(nèi)部形成電場，高壓空氣流攜帶的汽化液滴在飛過電場時(shí)每一個(gè)霧滴都攜帶了負(fù)電荷，高速的帶電霧滴通過噴嘴處的尼龍防護(hù)罩噴灑向目標(biāo)植株的葉片。圖1為溫室靜電農(nóng)藥噴灑機(jī)流程框圖。

噴藥機(jī)結(jié)構(gòu)

噴藥機(jī)主要由4部分組成，即機(jī)架、靜電系統(tǒng)、氣體液體系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。機(jī)架主要作用是為噴藥機(jī)的各個(gè)部分和零件提供一個(gè)安裝的平臺，機(jī)架上安裝有推手和腳輪，使溫室噴藥機(jī)能在不同溫室之間方便移動(dòng)，提高靜電噴藥機(jī)的使用效率。靜電系統(tǒng)主要用來產(chǎn)生靜電脈沖，使霧滴攜帶負(fù)電荷，該系統(tǒng)包括蓄電池和高壓靜電發(fā)生模塊，主要內(nèi)嵌在靜電噴槍內(nèi)：氣體液體系統(tǒng)主要由藥箱、壓力單元和靜音空氣壓縮機(jī)組成，壓力單元和壓縮機(jī)分別提供噴藥機(jī)所需要的高壓液體和高速氣流；控制系統(tǒng)包括開關(guān)、控制箱、指示燈等，控制箱對壓力單元和空氣壓縮機(jī)進(jìn)行控制。其結(jié)構(gòu)圖如圖2a、圖2b所示，溫室靜電農(nóng)藥噴灑機(jī)實(shí)物圖如圖3所示。

設(shè)備應(yīng)用

該設(shè)備在北京小湯山國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范基地設(shè)施溫室中進(jìn)行示范應(yīng)用，取得良好的效果，殺蟲劑和殺菌劑的使用周期從原來的1周1次延長到2周1次，藥效能夠有效地持續(xù)2周以上。用量減少到原來的1／3。甜瓜在種植過程中，使用靜電噴藥機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，藥液能有效地吸附在葉片的正面和背面，噴藥作業(yè)結(jié)束后，溫室封閉環(huán)境中空氣中懸浮霧滴很少。和常規(guī)噴霧機(jī)器對比，使用靜電噴藥機(jī)附著在葉片背面的霧滴明顯增多，葉片正面的霧滴也能均勻地分布，葉片正面和葉片背面的霧滴附著量差異已經(jīng)很少，這就說明這種靜電技術(shù)在溫室噴霧作業(yè)中能夠有效地解決溫室噴霧面臨的瓶頸，為提高農(nóng)藥的使用效率以及降低農(nóng)藥殘留奠定了基礎(chǔ)。圖4為靜電噴藥機(jī)和常規(guī)噴藥機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中葉片的正面和背面霧滴吸附的顯微對比圖，圖4a為使用靜電噴藥機(jī)噴藥后葉片正面的霧滴吸附情況，霧滴所帶的負(fù)電荷由于同電荷互相排斥而均勻地分布在葉片表面，不會凝結(jié)成較大的霧滴而導(dǎo)致從葉片上滾落。圖4b為使用靜電噴藥機(jī)噴藥后葉片背面的霧滴吸附情況，霧滴帶負(fù)電荷，首先霧滴間因同為負(fù)電荷、同性相斥的作用而散開，當(dāng)快要到達(dá)葉片時(shí)，又由于葉片攜帶的正電荷、異性電荷相吸作用，一部分霧滴由于吸引力被吸附到葉片背面，均勻地分布在葉片背面。一般來說，大量的害蟲和病菌集中在葉片背面見不到陽光的地方，若攜帶負(fù)電荷的霧滴有效吸附在葉片背面，則葉片背面的病菌和害蟲就能得到有效抑制。圖4c為常規(guī)噴藥機(jī)噴霧后葉片正面的霧滴吸附情況，霧滴分布不是很均勻，而且有一部分霧滴凝結(jié)成比較大的水珠，葉片無法有效地吸收，導(dǎo)致藥液揮費(fèi)。圖4d為常規(guī)噴藥的葉片背面的霧滴吸附情況，由于枝葉的遮擋，常規(guī)噴藥機(jī)的藥液無法有效地到達(dá)葉片背面，同時(shí)，噴藥壓力單元產(chǎn)生的慣性無法“拐彎”，因此如果從上往下噴藥，霧滴基本上無法吸附到葉片背面，形成少量的霧滴吸附也是凝結(jié)成水珠，植物無法有效地吸收，因此也無法有效地抑制葉片背面的害蟲和病菌，同時(shí)大量的霧滴懸浮在空氣中或者噴在土壤上或者地膜表面，造成農(nóng)藥大量的浪費(fèi)。

篇8

溫室生產(chǎn)過程中的作物長勢監(jiān)測是作物生長管理的重要依據(jù)。科學(xué)地獲取第一手的溫室作物長勢數(shù)據(jù)、植被生長狀態(tài)、植被覆蓋度等信息，能夠?yàn)榫珳?zhǔn)水、肥管理提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，因此也一直是溫室園藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。目前，應(yīng)用比較廣泛的是對植被指數(shù)的監(jiān)測，包括LAI和NDVI。LAI是指葉面積指數(shù)(Leaf Area Index)，又叫葉面積系數(shù)，是一塊農(nóng)田上作物葉片的總面積與占地面積的比值。即葉面積指數(shù)=綠葉總面積／占地面積。葉面積指數(shù)是反映作物群體大小的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。在一定的范圍內(nèi)，作物的產(chǎn)量隨葉面積指數(shù)的增大而提高。當(dāng)葉面積超過一定的限度后，田間通風(fēng)不好，光照不足，光合效率減弱，產(chǎn)量反而下降。NDVI是指歸一化植被指數(shù)(NormalIzed Difference Vegetation Index)，利用兩個(gè)波段反射率進(jìn)行計(jì)算得出，是反映農(nóng)作物長勢和營養(yǎng)信息的重要參數(shù)之一，根據(jù)該參數(shù)可以獲得不同季節(jié)的農(nóng)作物對氮的需求量，對合理施用氨肥具有一定的指導(dǎo)作用。植被指數(shù)在作物生產(chǎn)決策中得到廣泛應(yīng)用。美國俄克拉荷馬州立大學(xué)在2002年推出了GreenSeeker光傳感器實(shí)時(shí)變量施肥機(jī)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)根據(jù)植物光譜理論實(shí)時(shí)計(jì)算出作物的生長條件和營養(yǎng)狀況。楊瑋等(2007)通過采用NDVI指數(shù)和氮肥優(yōu)化算法，采用變量施肥技術(shù)實(shí)現(xiàn)作物長勢趨于平衡。臺灣大學(xué)林慧美等對在溫室環(huán)境下相關(guān)植被指數(shù)的獲取和應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的論述，并將相關(guān)植被指數(shù)應(yīng)用于溫室灌溉水量的分級中。溫室精準(zhǔn)管理中植物長勢監(jiān)測是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，獲得的植被指數(shù)數(shù)據(jù)可以在作物歷史數(shù)據(jù)庫保存查詢，有非常重要的價(jià)值。

地物光譜儀

溫室環(huán)境下，植物長勢NDVI數(shù)值的測量如果采用地物光譜儀進(jìn)行測量，該測量方法存在視場角較小、對日光照明條件有較高要求的限制，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量較大、價(jià)值昂貴、操作困難，所以進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用有諸多困難。因此，在溫室實(shí)際生產(chǎn)中需要開發(fā)小巧便攜式的NDVI測量儀，以便非常方便地對作物長勢進(jìn)行精確測定。

基于自然光測量的便攜NDVI測量儀

GreenSeeker手持式NDVI測量儀利用自然太陽光源能夠非常方便地由一個(gè)人測量、記錄NDVI數(shù)值。該測量儀可對單個(gè)的測量點(diǎn)進(jìn)行測量，測量時(shí)可通過將測量數(shù)值和對應(yīng)的編號保存在系統(tǒng)自帶的掌上電腦中，也可通過掌上電腦實(shí)時(shí)地讀取相關(guān)的植被指數(shù)值。圖1為在溫室環(huán)境下使用手持式NDVI測量儀，圖2為NDVI掌上電腦。

由于國外引進(jìn)的儀器價(jià)格昂貴不利于推廣應(yīng)用，因此自主開發(fā)了一種基于ARM單片機(jī)芯片的小型NDVI測量儀，該測量儀可以在測量作物長勢的同時(shí)，將測量點(diǎn)的坐標(biāo)等外界傳感器參數(shù)同時(shí)記錄到測量系統(tǒng)的USB移動(dòng)存儲器中，測量完成后只需將記錄數(shù)據(jù)的USB存儲器拔下，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到系統(tǒng)的推薦施肥系統(tǒng)軟件中，即可利用該測定數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的推薦施肥使用。

系統(tǒng)原理

利用太陽光照射，測試儀內(nèi)14個(gè)光傳感器，分別是1是紅光入射光傳感器，2是紅光植被反射光傳感器，3是紅外入射光傳感器，4是紅外植被反射光傳盛器。以ARM7為微控制器，配置相應(yīng)的接口電路完成傳感器信號采集、USB盤實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、CAN總線數(shù)據(jù)通信、檢測信號顯示。傳感器信號采集部分包括特殊光譜響應(yīng)特性的光電傳感器、光學(xué)系統(tǒng)。NDVI測試儀硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

特殊光譜響應(yīng)的光電傳感器由窄帶干涉濾光片、硅光電二極管及其適配放大器等組成。窄帶干涉濾光片只允許中心波長附近通帶內(nèi)的光通過，4個(gè)窄帶干涉濾光片分為兩組，每組為特性相同的兩濾光片，它們的中心波長分別位于植被光譜反射率曲線斜率最大處兩邊的近紅外(0.77μm～0.86μm)和紅光(0.62μm～0.68μm)波段，紅光波段為植被葉綠體峰值吸收區(qū)域，干涉濾光片的帶寬應(yīng)保證在通帶內(nèi)光譜反射率沒有明顯變化，以保證NDVI的測量精度。4個(gè)硅光電二極管與4個(gè)窄帶干涉濾光片組成兩組光電傳感器，分別用于近紅外和紅光兩特征波長處入射光和植被的反射光的探測，硅光電二極管在近紅外和紅光特征波長處具有較高的光譜靈敏度，其光敏面尺寸要保證在不同的日光照射條件下有足夠大信號輸出和線性度。用于入射日光信號探測的兩個(gè)光電傳感器安裝在測試儀的上方，用于植被反射光探測的兩個(gè)光電傳感器安裝在儀器的下方面向植被。

ARM7微控制器的主要任務(wù)是數(shù)據(jù)采集、控制、顯示。系統(tǒng)設(shè)有5個(gè)按鍵，這些按鍵分別用來控制本裝置的供電，復(fù)位微處理器，測量目標(biāo)作物，儲器數(shù)據(jù)保存到U盤中。其中，AVD轉(zhuǎn)換器的輸入端連接放大電路輸出的4個(gè)信號，經(jīng)過AVD轉(zhuǎn)換后，通過數(shù)據(jù)線輸出到微控制器上，4個(gè)通道采集到的傳感器的值傳輸?shù)轿⒖刂破鬟M(jìn)行運(yùn)算后在液晶上顯示出歸一化植被指數(shù)值。

主控單元用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、外設(shè)控制。涉及的外設(shè)包括CAN總線控制器、USB盤模塊、串口、AD?？紤]到測量系統(tǒng)的升級方便性、成本的總體價(jià)格、功耗、緊湊性，在設(shè)計(jì)中選用具有ARM7內(nèi)核的LPC2119作為微控制器。

結(jié)構(gòu)描述

ARM7是一個(gè)通用的32位微處理器，具有高性能和低功耗的特點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)是基于精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)原理而設(shè)計(jì)的。指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡單得多。因此使用一個(gè)微型、廉價(jià)的處理器核即可實(shí)現(xiàn)很高的指令吞吐量和實(shí)時(shí)的中斷響應(yīng)。由于使用了流水線技術(shù)，處理和存儲系統(tǒng)的所有部分都可連續(xù)工作。通常在執(zhí)行一條指令的同時(shí)對下一條指令進(jìn)行譯碼，并將第3條指令從存儲器中取出。該處理器使用了一個(gè)被稱為THUMB的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)化策略，非常適用于對存儲器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產(chǎn)品的應(yīng)用。在THUMB后面一個(gè)關(guān)鍵的概念是“超精簡指令集”。具有標(biāo)準(zhǔn)32位ARM和16位THUMB兩個(gè)指令集，THUMB指令集的16位指令長度使其可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)ARM代碼兩倍的密度，卻仍然保持ARM的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢是使用16位寄存器的16位處理器所不具有的。

電源電路

LPC2119要使用兩組電源，I/O口供電電源為3.3V，內(nèi)核及片外外設(shè)供電電源為1.8V，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)為3.3V應(yīng)用系統(tǒng)。首先，輸入12V直流電源，然后通過LM7805將電源穩(wěn)壓至5V，再使用LD0芯片(低壓差電源芯片)穩(wěn)壓輸出3.3V及1.8V電壓。LDO芯片采用了LM117MPX-18和LM117MPX-3.3，其特點(diǎn)為輸出電流大，輸出電壓精度高，穩(wěn)定性高。LM117系列LDO芯片輸出電流可達(dá)800mA，輸出電壓精度±1％以內(nèi)，還具有電流限制和熱保護(hù)功能。使用時(shí)，其輸出端需要鉭電容來改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。

時(shí)鐘電路

LPC2119可使用外部晶振或外部時(shí)鐘源，內(nèi)部PLL電路可調(diào)整系統(tǒng)時(shí) 鐘，使系統(tǒng)運(yùn)行速度更快(CPU最大操作時(shí)鐘為60MHz)。如不使用片內(nèi)PLL功能及ISP下載功能，則外部晶振頻率范圍是1MHz～30MHz，外部時(shí)鐘頻率范圍是1MHz～50 MHz；若使用了片內(nèi)PLL功能及ISP下載功能，則外部晶振頻率范圍是10MHz～25MHz，外部時(shí)鐘頻率范圍是10MHz～25MHz，該測試儀采用片內(nèi)PLL功能及ISP下載功能，使用的外部晶振頻率為11.059MHz。時(shí)鐘電路如圖4所示。

復(fù)位電路

考慮到溫室的濕熱環(huán)境，以及ARM的芯片高速、低功耗、低工作電壓導(dǎo)致其噪聲容限低，對電源的紋波、瞬態(tài)響應(yīng)性能、時(shí)鐘源的穩(wěn)定性、電源監(jiān)控可靠性等諸多方面也提出了更高的要求。因此，復(fù)位電路使用了專用微處理器電源監(jiān)控芯片MA×708SD，提高系統(tǒng)的可靠性。由于在進(jìn)行JTAG調(diào)試時(shí)，nRST、nTRST是可由JTAG仿真器控制復(fù)位的，所以使用了三態(tài)緩沖門74HC125進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。信號nRST連接到LPC2119芯片的復(fù)位腳，信號nTRST連接到LPC2119芯片內(nèi)部JTAG接口電路復(fù)位腳。當(dāng)復(fù)位按鍵RST按下時(shí)，MAX708SD立即輸出復(fù)位信號，其引腳RST輸出低電平導(dǎo)致74HC125D導(dǎo)通，信號nRST、nTRST將輸出低電平使系統(tǒng)復(fù)位。平時(shí)MAX708SD的RST輸出高電平，系統(tǒng)可正常運(yùn)行或JTAG仿真調(diào)試。

液晶顯示電路

推廣應(yīng)用時(shí)的實(shí)際情況要求設(shè)備必須有簡單的漢字界面顯示。該測試儀的液晶顯示模塊是帶漢字字庫的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，內(nèi)含ST7920驅(qū)動(dòng)控制器，8000多國標(biāo)一、二級簡體字庫，編碼調(diào)用漢字字符，可圖文混排，并提供串行／并行兩用接口。電源操作范圍寬(2.7V～5.5V)，低功耗設(shè)計(jì)滿足產(chǎn)品的省電要求。同時(shí)，與單片機(jī)等微控制器的接口界面靈活。液晶顯示電路用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)。VDD可為3V或?yàn)?V，根據(jù)所使用的液晶進(jìn)行選擇，VO、VR兩端外接一電阻，用于亮度調(diào)節(jié)。D2用于分壓，保證液晶進(jìn)行背光時(shí)工作在4.0V～4.4V，起到保護(hù)液晶的作用。

U盤存儲電路

溫室環(huán)境的實(shí)際生產(chǎn)中U盤比較普及，普通用于容易接受這種存儲方式。易于采購和攜帶，具有多種容量可供選用，而且攜帶方便、存儲量大、掉電數(shù)據(jù)不丟失、即插即用。采用U盤存儲數(shù)據(jù)，可廣泛應(yīng)用到需要與計(jì)算機(jī)不定期交互數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，解決了掌上電腦或其他較笨重的設(shè)備帶到溫室進(jìn)行數(shù)據(jù)更新和采集的麻煩，具有良好的實(shí)用價(jià)值。U盤存儲電路用于實(shí)現(xiàn)RAM中的數(shù)據(jù)按照海量存儲協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)格式存儲到U盤中，電路采用U盤模塊來完成。U盤模塊上面集成了一個(gè)單片機(jī)和USB控制器芯片和少量的外部元件。其中USB芯片已經(jīng)集成了海量存儲協(xié)議，單片機(jī)內(nèi)部集成了USB功能軟件與底層軟件。LPC2119控制器通過串口與U盤模塊連接。U盤模塊的參數(shù)配置通過配置線與計(jì)算機(jī)通過USB口完成。便攜式NDVI測試儀如圖5所示。

儀器用于測量紅光和紅外光特征波長處入射光信號的傳感器，使用時(shí)垂直向上。為了減小日光入射角對信號幅度造成的影響，傳感器前設(shè)有毛玻璃或乳白玻璃的漫射體，漫射體下方是相應(yīng)波長的窄帶干涉濾光片和硅光電二極管。而用于測量紅光和紅外光特征波長處植被反射光信號的傳感器。使用時(shí)垂直向下，在最下方是相應(yīng)波長的窄帶干涉濾光片，它的上面為接收物鏡，使所要求的探測范圍，在離植被一定距離處成像在物鏡上方的硅光電二極管光敏面上。

應(yīng)用

篇9

噴頭是噴霧器的重要組成部分之一，它對農(nóng)藥的安全及高效使用起著決定性的作用。噴頭的形式?jīng)Q定著化學(xué)農(nóng)藥的噴灑數(shù)量和噴灑方式。液滴式噴頭是目前普遍使用的噴頭，它對減少噴灑漂移及噴灑危害造成的損失起著決定性的作用。實(shí)驗(yàn)證明，小霧滴噴頭適合噴灑殺菌及殺蟲劑，這樣噴灑的霧滴對噴灑靶標(biāo)具有較好的覆蓋性；大霧滴噴頭具有較好的穿透性，在植物生長的情況下，可以將更多的噴灑液滴噴灑到土壤表面。采用低漂移噴頭是減少噴灑液滴漂移的一個(gè)有效方法，因?yàn)樵趪姙⑦^程中，噴灑霧滴的大小對噴灑液滴在靶標(biāo)上的沉積和減少漂移起著決定作用。

以前，減少噴灑霧滴漂移常采用增大噴灑霧滴的方法，而增大霧滴的同時(shí)也就增加了藥液的噴灑量，這樣就增加了噴灑過程中的用水量，在設(shè)施溫室內(nèi)使用將會明顯增加設(shè)施的空氣濕度，易引發(fā)各種各樣的病害，與此同時(shí)也降低了勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此，科學(xué)合理地選擇相關(guān)噴灑噴頭，是設(shè)施園藝生產(chǎn)的重要技術(shù)之一。

預(yù)開孔扇形噴頭

預(yù)開孔扇形噴頭(Pre-orifice Flat Fan)，見圖1，該種噴頭在普通扇形噴頭的噴口前方插入一個(gè)預(yù)先開口的小塞，增加該小塞后，進(jìn)入噴頭噴口噴灑溶液的壓力得到降低，這樣噴灑出的液滴直徑將會大于常規(guī)的無預(yù)開口的噴頭。噴灑過程中，噴灑壓力表指示的壓力并不是噴頭出口處的壓力。它的主要規(guī)格有80015到8005各系列的噴頭，它也包括噴角為110°的系列噴頭。該類噴頭的噴灑壓力，最高不能高于60psi，最低不能低于30psi，工作時(shí)的最佳壓力為40psi。該類噴頭的優(yōu)點(diǎn)是，較普通的扇形噴頭，漂移可減少50％，但其不足是，堵塞時(shí)不容易清理。該種噴頭適合于園藝作物的不同苗期灌溉管理，該種噴頭隨噴灑壓力的提高，噴灑霧滴的直徑也呈逐漸變小的趨勢，表1列出了各種噴頭在不同噴灑壓力下的霧滴情況。

文丘里防漂移噴頭

目前在國際市場上有許多種不同的文丘里噴頭出售。該類型噴頭都有如下的共同特點(diǎn)，即都有1個(gè)～2個(gè)計(jì)量孔，其中一個(gè)孔是形成噴灑所需的液滴形狀，該孔稍微大于計(jì)量孔。在這兩種孔的中間是一個(gè)文丘里孔。在噴頭體內(nèi)，吸入的空氣與噴灑溶液相互混合，從而形成噴灑液體與空氣的混合體。因而，在噴頭出口處噴灑的壓力得到降低，噴灑的液滴中含有氣泡，避免了易漂移小液滴的形成。由于噴灑出的液滴中含有氣泡，液滴在接觸到噴灑的靶標(biāo)后會發(fā)生破裂，從而增加靶標(biāo)上的噴灑液滴數(shù)量，增加化學(xué)農(nóng)藥的噴灑覆蓋效果。

Greenleaf TurboDrop噴頭

見圖2，該噴頭是最早出現(xiàn)的一種文丘里噴頭。該種噴頭的噴尖可以從噴頭體上分離下來，換上其他的噴尖，從而適應(yīng)特殊的噴灑功能。例如，裝上特殊的噴嘴后即可增加噴灑液滴的直徑，加大噴灑的范圍。但是在變換噴尖的過程中，一定要遵照生產(chǎn)廠家推薦的流量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置。該種噴頭若要產(chǎn)生適當(dāng)噴灑霧滴，則噴灑壓力在30psi～150psi之間可以獲得較好的噴霧效果，最佳的噴灑壓力應(yīng)在60psi～80psi之間。該類噴頭的優(yōu)點(diǎn)是，可以安裝在標(biāo)準(zhǔn)噴頭的快速接頭座上，陶瓷計(jì)量孔確保其可長時(shí)間使用，避免由于該孔磨損而影響噴灑噴量。噴尖采用可分離的結(jié)構(gòu)方式，使得噴頭堵塞清理變得異常容易。該類噴頭在設(shè)施溫室內(nèi)使用主要是用于大面積溫室育苗床的灌水。

Turbo TeeJet Induction扇形噴頭

該噴頭的結(jié)構(gòu)類似于Greenleaf TurboDrop噴頭。與上述噴頭不同之處是，整個(gè)噴頭都是由塑料構(gòu)成的，該噴頭屬于低壓噴頭，若要產(chǎn)生一個(gè)好的噴灑模式，則噴灑壓力應(yīng)在15psi～100psi之間，噴霧壓力達(dá)到75psi時(shí)仍可噴灑出大的霧滴，但若噴灑壓力超過75psi時(shí)，則開始產(chǎn)生一些小霧滴，因此，最佳的噴灑壓力在60psi～80psi之間。該噴頭的優(yōu)點(diǎn)是，也可安裝在標(biāo)準(zhǔn)噴頭快速接頭座上，它特別適合于安裝在噴霧壓力低、壓力變化幅度大的噴霧器上。該噴頭具有較寬的噴霧錐角，因此噴灑覆蓋性能較好，在設(shè)施溫室內(nèi)灌溉苗床育苗作物的生長，可以明顯降低噴灌在噴灑壓力較高情況下，容易造成噴灑水分的漂移損失的問題。圖3為該噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

Teejet Air Induction噴頭

該噴頭簡稱AI噴頭。噴頭的噴嘴是由耐磨不銹鋼制成的。該種噴頭可用于帶狀均勻噴灑，噴頭的規(guī)格在110015～11005之間。若要得到好的噴灑扇形，噴灑壓力應(yīng)在40psi～100psi之間。最佳的噴霧壓力在60psi～80psi之間。該種噴頭產(chǎn)生的霧滴略粗于其他文丘里噴頭，該種噴頭即使在很高的噴霧壓力的情況下，仍可得到直徑較大的噴灑霧滴。因此，在灌溉用水過濾條件較差的灌溉地區(qū)，使用該噴頭具有較好的灌溉效果。圖4為該噴頭的實(shí)際形狀。

雖然大多數(shù)的文丘里噴頭標(biāo)定的最小壓力為30psi～40psi，但在實(shí)際條件下若要得到好的噴灑效果，噴頭的噴灑壓力則必須大于該壓力。若噴灑的壓力低于推薦的噴灑壓力，則噴灑液體不能形成較好的噴灑扇面，與此同時(shí)它也使通過吸氣孔進(jìn)入到噴頭體內(nèi)的空氣量減少，這樣將影響到空氣的吸入機(jī)制。若噴灑的液滴內(nèi)部沒有包含空氣泡，則將來的噴灑覆蓋性能就不好。文丘里噴頭可以在氣候變化的環(huán)境中使用，由于其具有較大的霧滴直徑，從而其防漂移和穿透特性均較好，因而在生產(chǎn)實(shí)踐中也變得逐漸廣泛起來。

雙扇形噴灑噴頭

篇10

本文介紹了一種基于貼接法嫁接技術(shù)的蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)，該機(jī)主要的技術(shù)難點(diǎn)是解決秧苗快速切削和精準(zhǔn)對接，以及嫁接夾自動(dòng)排序與供給等問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，該機(jī)采用雙工位上苗作業(yè)方式，砧木和接穗分別設(shè)有2對夾持手和2組切削裝置，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)構(gòu)建嫁接機(jī)三位仿真模型，結(jié)合氣動(dòng)輸出和PLC控制系統(tǒng)，開發(fā)出2TJ－800型蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)。

機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理

2TJ－800型蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)結(jié)構(gòu)包括砧木上苗機(jī)構(gòu)、砧木夾持手、砧木切削機(jī)構(gòu)、砧木搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、接穗上苗機(jī)構(gòu)、接穗夾持手、接穗切削機(jī)構(gòu)、接穗搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、嫁接夾自動(dòng)上夾機(jī)構(gòu)和和秧苗輸送帶等。

整機(jī)布局設(shè)計(jì)：砧木和接穗的搬運(yùn)裝置分別設(shè)有2組夾持手，采用水平對稱式分雙夾持手的旋轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)，并以2組搬運(yùn)裝置為基準(zhǔn)分別設(shè)置上苗工位、切削工位和對接工位。砧木和接穗搬運(yùn)裝置的初始位置設(shè)為水平0°，在操作臺兩側(cè)分別設(shè)置相應(yīng)上苗工位：兩搬運(yùn)裝置相向旋轉(zhuǎn)90°，分別設(shè)置2組砧木和接穗的切削工位；兩搬運(yùn)裝置相向旋轉(zhuǎn)180°，設(shè)置為砧木和接穗對接工位。

工作過程：如圖2所示，①將砧木1和接穗1分別放入砧木和接穗的上苗機(jī)構(gòu)中。②踩下砧木和接穗的上苗踏板，砧木和接穗的搬運(yùn)裝置的第一組夾持手伸出，夾持住砧木1和接穗1并縮回，兩搬運(yùn)裝置相向旋轉(zhuǎn)90°至切削工位1。⑨砧木和接穗切刀1分別對砧木1和接穗1進(jìn)行切削。④兩搬運(yùn)裝置繼續(xù)相向旋轉(zhuǎn)90°至對接工位，第一組夾持手再次同時(shí)伸出，使砧木1和接穗1的兩切削面剛好貼合在一起。⑤送夾裝置推出嫁接夾，夾持住砧木1和接穗1的貼合部位，第一組夾持手松開嫁接苗并縮回，嫁接苗落到輸苗帶上并輸出，完成一株苗嫁接。⑥同時(shí)，第二組夾持手處于上苗工位，伸出對砧木2和接穗2進(jìn)行取苗。⑦兩搬運(yùn)裝置同時(shí)反向旋轉(zhuǎn)90°，第二組夾持手至切削工位Ⅱ，砧木和接穗切刀Ⅱ分別對砧木2和接穗2進(jìn)行切削。⑧兩搬運(yùn)裝置繼續(xù)反向旋轉(zhuǎn)90°，第二組夾持手到達(dá)對接工位，同時(shí)，第二組夾持手再次伸出，使砧木2和接穗2的兩切削面貼合。⑨送夾裝置再次推出嫁接夾，完成2株苗嫁接，依次循環(huán)作業(yè)。

嫁接試驗(yàn)

試驗(yàn)用砧木和接穗苗參數(shù)見表1所示，其中，數(shù)據(jù)為均值，括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)差。

為準(zhǔn)確測定嫁接機(jī)效率，選用2名上機(jī)熟練的作業(yè)人員進(jìn)行4組不同秧苗的嫁接作業(yè)，與人工作業(yè)進(jìn)行對比試驗(yàn)。記錄每組連續(xù)完成100株嫁接苗的作業(yè)時(shí)間，數(shù)據(jù)如表2所示。

結(jié)果表明，該機(jī)平均嫁接速度為858株／h，人工嫁接速度為135株／h，嫁接速度是人工作業(yè)的6～7倍，完全可取代人工嫁接作業(yè)，用于工廠化嫁接育苗生產(chǎn)。

結(jié)論

(1)砧木和接穗的搬運(yùn)裝置采用水平對稱式的雙夾持手的旋轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)一組夾持手處于對接作業(yè)的同時(shí)，另一組夾持可進(jìn)行上苗作業(yè)，提高嫁接速度。

(2)該機(jī)平均嫁接速度823株／h，嫁接速度是人工作業(yè)的6～7倍，適合工廠化的嫁接育苗生產(chǎn)。瓜類比茄類嫁接速度稍慢，原因是切削工序不同，上苗子葉方向需要調(diào)整。