日光溫室卷簾機自動控制技術研究與應用*

石建業(yè)， 羅有中，王嬌敏，石 剛，董建文

（1.定西市農業(yè)科學研究院，甘肅定西 743000；2.定西市金源農業(yè)發(fā)展有限責任公司，甘肅定西 743000）

日光溫室卷簾機自動控制技術研究與應用*

石建業(yè)， 羅有中1※，王嬌敏1，石 剛2，董建文2

（1.定西市農業(yè)科學研究院，甘肅定西 743000；2.定西市金源農業(yè)發(fā)展有限責任公司，甘肅定西 743000）

日光溫室是我國獨有的現(xiàn)代農業(yè)栽培設施，但生產中存在著智能化、機械化程度不高的現(xiàn)狀。經過兩年多試驗優(yōu)化，完成了自動控制系統(tǒng)的設計、試制，改進完善自動控制系統(tǒng)的性能，研發(fā)了日光溫室卷簾機自動控制器1套，取得國家專利2項。應用日光溫室卷簾機自動控制系統(tǒng)，大大減輕了勞動的強度，每天延長光照時間1 h，使棚內溫度提高3～5℃，棚內作物生長周期縮短，可提前5～6 d上市。溫室卷簾自動控制系統(tǒng)作用顯著，得到廣大種植戶認可，將成為日光溫室生產中重要的管理系統(tǒng)。

日光溫室 卷簾機 自動控制 系統(tǒng) 研究

日光溫室是我國獨有的現(xiàn)代農業(yè)栽培設施，具有保溫好、投資低、節(jié)約能源、高產高效等優(yōu)點，能充分利用太陽能，在寒冷地區(qū)一般不加溫進行果蔬反季節(jié)越冬栽培，生產新鮮果品蔬菜，因此，在我國北方地區(qū)取得了長足的發(fā)展。日光溫室生產中存在著智能化、機械化程度不高的現(xiàn)狀，尤其是日光溫室保溫被卷放，勞動力投入多、勞動強度大，安全隱患多，制約了日光溫室的發(fā)展。日光溫室卷簾機自動控制系統(tǒng)的研發(fā)和推廣應用，改變日光溫室生產的方式，改善生產的環(huán)境條件，提高勞動效率，顯著提高了種植效益。經過兩年多試驗優(yōu)化，完成了自動控制系統(tǒng)的設計、試制，改進完善了自動控制系統(tǒng)的性能，研發(fā)日光溫室卷簾機自動控制器1套，取得國家專利2項。研發(fā)日光溫室卷簾機自動控制系統(tǒng)，大大減輕了體力勞動的強度，是農民從繁重緊張艱苦的勞動環(huán)境中解脫出來，它改變了傳統(tǒng)的人工卷簾方法，比人工操作提高效率10倍以上。從經濟角度來分析，它能延長光照時間和卷放簾時間1 h，充分利用增加時間差來提高和保持室內溫度，使棚內溫度提高3～5℃，棚內作物生長周期縮短，可提前5～6 d上市。溫室卷簾自動控制技術作用越來越明顯，得到廣大種植戶認可，將成為日光溫室生產的重要的管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)技術方案

1.1 系統(tǒng)依據(jù)當?shù)貧庀筇柨傒椛溆^測值為參數(shù)

結合多年實際作業(yè)經驗，每天選擇太陽輻射變幅最大的區(qū)間作為自動卷簾時間，每年的11月上旬至次年4月中旬為運行時期，依據(jù)二十四節(jié)氣規(guī)律，結合實際生產進行微調，每月確定1次運行參數(shù)，制定出最佳揭蓋簾時間。

1.2 以系統(tǒng)運行參數(shù)為基礎

選擇電子元器件和動力配件，經過嚴密組裝配合，組成智能化自動卷簾控制系統(tǒng)，是溫室自動卷簾的核心系統(tǒng)，是區(qū)分于常規(guī)自動卷簾的主要標志，可在沒有工作人員的情況下自動準時進行保溫簾的揭蓋，實現(xiàn)溫室光照與溫度的有機配合。

1.3 運用電子元器件的集成

解決了自動、遙控、手動3種功能之間相互轉換的難題，實現(xiàn)任意跳轉，避免控制器之間的相互干擾，安裝安全控件使卷簾機準確到位，保證控制系統(tǒng)的正常運行，提高了日光溫室自動卷簾機的安全性。

2 系統(tǒng)運行總體設計

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成將減速機與電機相結合，或利用現(xiàn)有的自動卷簾機等動力設備，組成溫室自動卷簾的動力系統(tǒng)，與溫室自動卷簾控制系統(tǒng)配套組合，組成完整的溫室自動卷簾智能系統(tǒng)。

日光溫室卷簾機自動控制系統(tǒng)技術路線

表1 系統(tǒng)運行指標

圖1 外形結構

2.2 系統(tǒng)運行指標

系統(tǒng)運行指標（表1）

2.3 外形結構

本儀器由單片微型計算機（微電腦）、時鐘、輸出控制、顯示屏、觸摸鍵盤、射頻遙控組件及儀器外殼等組成。

儀器外型結構如（圖1）。

2.4 內部構造

內部構造（圖2）。

表2 正常天氣條件下的蓋簾時間

圖2 內部結構

3 系統(tǒng)工作原理

日光溫室卷簾機自動控制器中設置兩塊微電腦時控開關，輸入數(shù)據(jù)后，微電腦系統(tǒng)的信息反饋到電機正反轉控制器，電機正反轉控制器將啟動電機運行系統(tǒng)，從而完成保溫簾的自動卷放。

在一般情況下，系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)，微電腦系統(tǒng)可以自動識別每天的開關時間，與外界環(huán)境無關，這就大大減少外界環(huán)境給系統(tǒng)造成的誤差。手動控制只有在特殊情況下才能使用，只要按下手動開關，日光溫室卷簾就會鋪放或收攏，不受時間限制。另外，系統(tǒng)還具有時差補償、時間調整（包括年、月、日、時、分、秒、周）等功能。當外部供電臨時停止時，本儀器會自動啟動備用電源（內電源），使存入的數(shù)據(jù)不丟失，時鐘正常運行。

4 研究結論

4.1 建立基礎數(shù)據(jù)庫

按照氣象部門每天定時的太陽輻射、溫度觀測值，依據(jù)太陽輻射的變化規(guī)律，建立基礎數(shù)據(jù)庫；依據(jù)數(shù)據(jù)庫分別選擇上午太陽輻射在20～40 w/m2，下午太陽總輻射在110～50 w/m2之間為最佳揭蓋簾時間，同時結合二十四節(jié)氣規(guī)律和多年實際工作經驗，確定了最佳的系統(tǒng)運行參數(shù)，是溫室自動卷簾的基礎系統(tǒng)（表2）。

4.2 研發(fā)自動卷放簾控制系統(tǒng)

以最佳的系統(tǒng)運行參數(shù)為基礎，選擇適宜的自控元器件和動力元器件，經過嚴密組裝配合，組成自動卷放簾控制系統(tǒng)，是溫室自動卷放簾的核心系統(tǒng)，是區(qū)分于常規(guī)自動卷簾的主要標志，可在沒有工作人員的情況下自動進行保溫簾的卷放，實現(xiàn)溫室光照與溫度的有機配合。自動卷放簾控制系統(tǒng)的核心系統(tǒng)全部成本約2 000元，使用壽命5年以上。投資回收率快，成本低廉，易于推廣。

4.3 編程數(shù)據(jù)

將揭蓋簾開啟和關閉時間組輸入到微電腦定時控制器，定時控制器按照設定的時間進行相應的控制，控制信息傳送給設備，完成自動控制。在一個定時控制器上可以設定多組器時間，操作簡單、使用方便。同時還安裝遙控器控制和手動控制，在自動控制出現(xiàn)錯誤時，遙控控制和手動控制任何一個都可以來控制整個系統(tǒng)。

5 技術成熟度及推廣應用情況

5.1 技術先進性和成熟度

國內先進的自動卷簾機系統(tǒng)主要是以手動開關控制自動卷簾，而研發(fā)的日光溫室智能化自動卷簾控制系統(tǒng)主要是用已輸入的數(shù)據(jù)庫自動開啟器，從而達到自動卷簾。該系統(tǒng)是以當?shù)氐奶柨傒椛錃庀笥^測值為基礎，依據(jù)二十四節(jié)氣規(guī)律和實際工作經驗，確定了最佳的揭蓋簾時間，然后在微電腦控制器中輸入揭蓋簾時間，實現(xiàn)自動控制操作。日光溫室自動卷簾控制系統(tǒng)是將智能化和機械化相結合，結構簡單，操作方便，能自動控制拉放時間，卷放自如，大幅度地提高效率，極大地減輕了勞動強度，解放了勞動力。每次只需6～7 min，每天可使作物延長光照時間1～2 h左右，改變了作物的生長環(huán)境，極大的提高了日光溫室的種植效益。

5.2 發(fā)展前景分析

日光溫室是北方農村發(fā)展經濟、提高農民收入的重要手段之一，也是農民返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)的重要項目，日常管理中人工卷簾是體力勞 動相當大的一個環(huán)節(jié)。由于電動卷簾機卷簾與人工卷簾相比具有減輕勞動強度、提高作業(yè)效率、延長光照時間等優(yōu)點受到大棚種植戶的歡迎應用越來越普遍。

5.3 推廣應用情況

此項技術的發(fā)明，實現(xiàn)了溫室保溫簾的自動化控制，工作人員不在現(xiàn)場亦能實現(xiàn)準時自動卷簾，揭蓋簾時間在6～7 min，縮短了揭蓋簾時間1 h；由于增加了光照時間，充分地利用了時間和光照強度，可提高棚內溫度2～3℃，滿足溫室作物生長需要，促進溫室作物增產；可大大延長溫室光照時間，溫室積溫增加，使溫室內作物生長周期縮短、早熟，作物能提前上市5～10 d，賺取時間差價；改變了傳統(tǒng)人工卷簾的操作方法，提高卷簾效率十幾倍，減輕了人工卷簾的勞動強度，提高了勞動效率。

6 存在問題及解決辦法

6.1 保溫被過卷事故

保溫被在降雪后自動卷起時，易發(fā)生從溫室后坡面滾下，對棚頂造成很大損壞，還容易造成人身傷害。通過在棚頂卷起保溫被的停放位置設置了行程開關，當卷起的草簾到達停放位置時，行程開關自動切斷電源，卷簾機停止運行，防止了由于卷過而造成保溫被墜落。

6.2 電機和卷簾機損壞

在卷簾機卷起草簾時，如負荷超過電機的額定負荷，會使電流過大燒毀電機，甚至損壞卷簾機機頭。該系統(tǒng)設置了限流保護電路，當電流超過設定值時，會自動將電源切斷，保護了電機和卷簾機。

[1] 李 鋒，陳學東 溫室卷簾機自動控制系統(tǒng)的設計與應用 寧夏農林科技，2012，53（12）：181～182

[2] 朱瑜紅．基于 STC 單片機的溫室定時自動卷簾控制器設計與實現(xiàn)．江蘇農業(yè)科學，2015，43（12）：485～487

[3] 叢祥安，于麗穎．日光溫室卷簾機電氣保護裝置的設計與研究．特色農業(yè)，2008，（1）：10～11

[4] 王晉生．日光溫室卷簾機的應用與推廣．農機推廣與安全，2006，（11）：38

國家科技部星火計劃項目，項目名稱：甘肅半干旱區(qū)日光溫室自動控制技術應用示范，項目編號：2015GA860004）

石建業(yè)（1963年—），本科，研究員，主要從事設施農業(yè)抗旱品種、節(jié)水灌溉、栽培技術及設施農業(yè)自動控制研究。電話：18909328965，E-mail：dxsjy889@163.com

羅有中（1966年—）本科，高級農藝師，主要從事旱作農業(yè)技術研究和農業(yè)自動控制技術研發(fā)