水力循环高架设施栽培装置优化设计及试验分析

高架设施栽培模式提升了温室作物的产量和质量。为此,针对固定式高架设施遮荫问题,通过测定30°、40°、50°、60°等不同角度栽培装置的光照遮阴变化情况,确定了基于光照因素的最优高架栽培架式角度为50°。为了解决固定式高架设施角度过大、底层作物光照不足等问题,利用温室控温管路系统中水的压力,创新设计了一种以水轮机为动力的自动循环高架装置,分析了结构组成及工作原理,采用SolidWorks软件设计了三维模型。同时,通过Fluent模拟分析不同型号叶轮作用下的水力压力和速度变化,确定了双列直线型六叶轮为最优叶轮选型。装置是以水力产生动力使栽培槽围绕支架匀速转动,为高架设施架式设计提供一种新思路,在创造良好光照条件的同时减少能源的消耗,具有较高的经济效益,在实际生产中具有一定的推广应用价值。

日光温室薄膜全自动清洗机研制与试验

针对日光温室薄膜人工清洗劳动强度大、自动化清洗设备缺乏的现状,该研究设计了一种日光温室薄膜全自动清洗机。为减小整机质量并降低成本,采用双蜗轮蜗杆电机分别驱动清洗主机的毛刷与爬升轴;设计地面移位换行装置,用以承载清洗主机沿温室长度方向移动;为实现自动换行清洗,设计棚顶移位换行装置,调整棚顶吊绳安装高度,避免吊绳在换行作业时与棚面产生干涉而影响换行质量或损伤薄膜。基于多传感器融合与数据校验技术,保证清洗主机、棚顶与地面移位装置间的协作实时性、一致性及可靠性。为验证设计方案的合理性与可行性,以参照日光温室跨度、脊高、肩高参数10:1制作模型温室,按外形尺寸5:1加工清洗样机,并进行对齐、倾斜偏移及清洗效果验证试验。结果表明,清洗主机升降时的水平偏移量在±3°以内,左右偏移量在±7 mm以内(换行操作时各偏移量无累积);地面与棚顶移位换行装置的单次换行误差与多次换行累计误差均在1 mm左右;毛刷材料选型与关键参数设计合理,可对薄膜表面灰尘进行有效清洗,洗净率为95.4%,清洗效果明显。该清洗机在丰富国内日光温室清洗装备类型的同时,有效解决了团队前期研发清洗机质量大、易伤膜、自动化水平低等问题,为温室大棚薄膜相关清洗设备的设计研发提供了参考。

基于模型预测控制的工厂化菇房空调调控方法

针对菇房空调系统在传统控制模式下易出现温度波动较大、运行能耗较高等问题,提出一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的食用菌工厂化菇房空调控制方法。首先基于等效电路法建立菇房阻容温度预测模型,利用遗传算法(Genetic Algorithms,GA)辨识模型内未知参数,建立以温度控制精度及系统能耗为优化方向的目标函数,然后以预测模型输出作为目标函数输入,最后通过粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)求解该目标函数,得到空调系统控制时域内的最优控制量。结果表明:基于MPC的温度控制方法能够有效在降低空调系统能耗的基础上提高温度控制精度,相较于传统阈值控制在温度控制精度上,平均绝对误差降低77%;在运行时间上,MPC控制方法平均每日能够减少1.2 h的压缩机运行时间,可节省10.4 kWh的电能。

温室大棚溶解混施智能施肥机设计与实现

为了实现固体水溶性肥料高效溶解与精准施肥,设计了一种温室大棚溶解混施智能施肥机,主要由肥料搅拌单元、供水单元、吸肥单元及控制单元组成,水肥配比采用模糊PID控制调节方式。首先,依据固体水溶性肥料的自身特点搭建带有肥料搅拌装置的施肥设备硬件系统;然后,根据施肥设备混肥特性,建立肥料EC值调控模型,设计PID控制器;最后,采用模糊控制方法自适应调节PID参数,提出模糊PID控制系统设计方法。试验结果表明:使用模糊PID控制策略能够显著提高系统性能,特别是在减少系统滞后时间和保持系统稳定性方面。

某ATU半封闭温室送风设备与环境特性研究

ATU半封闭温室结合长距离渗透喷射式布袋风管是一种广泛使用的温室类型。本文回顾了有关ATU半封闭温室的研究,提出了一种基于总流能量方程的长距离渗透喷射式布袋风管数学模型,并通过实测数据验证了改进模型的准确性。最后,利用皮尔逊相关系数分析了植物冠层温度的实测数据与植物冠层太阳辐射的仿真数据。结果显示,温室植物冠层温度与植物冠层太阳辐照度的相关系数为0.808,属于强相关。

基于数值模拟的温室湿帘-风机运行参数确定方法研究

为提高温室湿帘-风机系统降温效果、降低温室运行成本,运用计算流体力学方法(CFD)构建温室三维模型,模拟湿帘-风机系统运行过程,探究运行参数对温室内部温度场影响规律。对湿帘面积、风机风速、湿帘入口温度三种影响参数进行组合,通过成本分析、温度占比及温度分布均匀性选配合适的湿帘-风机降温系统参数。结果表明:模拟值与实测值最大误差为3.983%,验证CFD模型的有效性。由数值模拟可知:温室水平向及竖直向存在梯度变化,在湿帘-风机降温系统开启210 s时,温室内部整体温度稳定在27.9℃。夏季高温季节,当温室温度高达35℃时,利用CFD优选出湿帘-风机降温系统配置参数为湿帘面积0.5 m^(2),风机风速4 m/s;湿帘入口温度23.85℃时,经过300 s温度由35℃降低至30℃,温室内温度偏差系数为0.077,满足作物生长需求且成本低。基于数值模拟的温室湿帘-风机降温系统的参数选取方法,可应用到陕西地区双拱温室中。

高原节能日光温室设计

深入调研和考察了海拔3500 m左右四川甘孜州地区现有日光温室生产情况,提出了双向日光温室结构,日光温室采光面东西向布局,无动力风帽子散热,扩大日光温室规模,太阳能加热水储能等改进方案,探讨设计适合高原地区的节能日光温室,为高原设施农业健康高效发展做出积极贡献。

基于智慧物联的育苗人工光型智能控制系统研究

[目的]传统的光照条件控制方法效率低下、费时费力,而分布式设备之间连接传输欠缺、光型控制能力低下,因此针对各种植物幼苗培育周期、生长环境(光照)的不同,开发普适大多数作物的基于智慧物联的智慧育苗光照控制系统,使幼苗成活率提高、育苗成本降低是非常必要的。[方法]提出了基于智慧物联网技术的植物育苗工厂光照控制技术,建立了基于智慧物联的智慧育苗光照控制系统。该系统采用B/S和C/S混合架构,浏览器通过WCF通道与服务器并发通信,服务器通过移动4G/5G网络与微型控制器建立长连接,同时集成了智能照明领域先进的控制策略,包括网关、回路开关、回路电流、电表电量、执行场景、采集场景、时控计划、批量组控、干触点和设备日志等功能模块,并从终端层、感知层、硬件层、通信层、控制层和应用层6个层次分析了智慧育苗光照控制系统的多层架构。[结果]该系统可进行植物生长与环境信息的分布式实时采集与监测,达到LED照明分布式智慧控制,通过自适应控制方法对实时获取的有关光照的生长要素(光强、光质、光质融合)进行自适应调整与控制,从而实现了植物育苗过程中光照的自适应控制。[结论]基于智慧物联的育苗人工光型智能控制系统实际运行时能够达到高效、稳定、智能、节能等效果,应用前景广阔。

浅析智能大棚在重庆市永川区农业生产中的应用

智能温室大棚采用全封闭的建筑形式,可以隔绝外界环境,控制温度、湿度和光照等环境参数,从而为植物提供更加稳定、安全的生长环境。重庆市永川区蔬菜生产中的智能大棚主要是利用物联网通信技术,以无线传输为中心,灵活增设节点,远距离实时监控蔬菜生长环境。从需求、内容、实现与效果等方面,探索智能大棚在重庆市永川区农业生产中的应用。

基于STM32处理器的蔬菜大棚监测终端设计与实现

设计和实现一个基于STM32处理器的蔬菜大棚监测终端系统。该系统具备实时监测蔬菜大棚环境参数的功能,并通过通信模块将数据上传至云服务器。通过硬件设计、软件开发及数据处理和通信配置,建立了一个完整的监测系统。这个系统有望提高农户对蔬菜大棚的管理效率,促进农业生产的发展。

温室水肥一体化营养液调控装备设计与试验

针对当前温室生产中用水效率普遍较低、肥料使用量较高的问题,有必要对水肥一体化营养液调控及灌溉技术进行深入研究,探索适合中国具体情况的,低成本的水肥一体化营养液灌溉模式和相关农业装备。该文设计了一种水肥一体化营养液调控装备,根据营养液制备装置特点和制备过程,建立了营养液制备系统二阶数学模型,并利用增量式PID(proportion integration differentiation,比例-积分-微分)算法和改进Smith预估器对营养液的制备过程进行精确控制;利用EC传感器和p H传感器实时检测营养液的制备情况,并且通过驱动相应的继电器实现营养液的调控。试验结果表明,该水肥一体化营养液调控装备30 s左右可以进入营养液调控的稳定阶段(EC值误差在±0.1 m S/cm),系统达到规定的EC值的响应时间不超过60 s,使用该装备能够快速、精确的实现营养液的调控。

中国日光温室机械卷帘技术发展现状与趋势

自上世纪90年代以来,以设施蔬菜为代表的设施农业规模化发展促进了日光温室机械卷帘技术的产生,日光温室机械卷帘技术在实际应用中具体表现为国内各种类型的日光温室卷帘机。依据卷帘形式的不同,日光温室卷帘机分为后置卷绳上拉式和棚面自走式2类。概述2大类日光温室卷帘机的发展历程及其主要技术特点,就其卷帘机械结构、工作原理、制造等方面进行了详细的针对性特点分析与技术对比,详细阐述日光温室机械卷帘技术在发展应用过程中的3种主要关键技术:日光温室卷帘减速机技术、日光温室卷帘位置检测和控制技术、日光温室机械卷帘安全保障技术的发展和应用现状。并针对目前的日光温室机械卷帘技术发展现状,指出日光温室机械卷帘技术的重要发展方向和趋势:日光温室机械卷帘装置向提高装置卷帘效率和装置适用性方向进行优化;日光温室机械卷帘安全保障技术得到更多关注和更大规模的发展应用;通过环境传感器技术、非接触式测控技术等信息化手段,结合基于日光温室卷帘的温室环境预测模型形成的智能化、信息化的日光温室机械卷帘控制系统。

连栋温室地中热交换系统贮热加温的试验

为解决连栋温室冬季能耗大、费用高的问题，进行了采用地中热交换系统部分代替燃煤的贮热加温试验。测定了空气和管道周围土壤贮、放热前后的温度等参数变化，系统在夜间加温能力可达加温热流量６０Ｗ／ｍ２，可有效保证夜间室内气温高于室外１１℃以上。

温室自动控制系统的试验研究

介绍了一种自控型温室自动控制系统的设计。该系统采用网络控制系统结构和模糊控制技术使系统具有扩展容易、鲁棒性强的特点。有效地解决了温室环境参数变化规律随大气环境变化这一时变系统的控制问题。重点介绍了控制器的结构特点和温度参数模糊控制系统的设计并给出了实测结果。

4种日光温室保温被室内的试验性能测试

【目的】研发能代替草帘等传统覆盖物的新型日光温室保温被。【方法】分别选用喷胶棉、羊毛、PE发泡片和毛毡做保温芯材,试制了4种保温被,通过静态热箱试验,以草帘为对照分析了其保温性,并采用浸泡法与土工布综合强力机测试了这4种保温被的防水性和机械强度。【结果】静态热箱试验表明,在21和37 W热源功率下,喷胶棉保温被和羊毛保温被的传热系数分别为3.10,3.26 W/(m2.K)和3.42,3.49 W/(m2.K),而草帘为3.50和3.62 W/(m2.K),二者的保温性优于草帘;防水性的测试表明,羊毛保温被防水性最好,其吸水率为4.85%,喷胶棉保温被次之,为5.99%,PE发泡片保温被最差,为17.66%;机械强度测试表明,喷胶棉保温被的强度最高,为332.5N/cm,羊毛保温被次之,为328.3 N/cm,毛毡保温被最低,为172.7 N/cm。【结论】喷胶棉保温被和羊毛保温被性能良好,有望替代草帘成为日光温室的新型高效保温材料。

散射膜日光温室中种植垄向对番茄生长和产量的影响

在普通薄膜覆盖下的中国日光温室中,普遍采用南北垄向的种植方式,但较短的南北种植距离限制了农机具的使用和作业效率的提高。该研究在散射光日光温室中(散射膜的雾度55%,透光率85%),对南北、东西2种垄向种植的番茄的光环境、生理和产量指标进行了测试分析,以探讨在散射光日光温室中采用东西种植垄向的可行性。结果表明:东西与南北垄向番茄冠层的光照累积量无显著性差异;东西和南北方向种植的番茄的叶面积指数(LAI)分别为4.34和4.29,SPAD值分别为(42.7±1.0)和(43.1±0.6),叶片净光合速率分别为12.8和12.4μmol/m^2·s,差异均不显著;2016年12月至2017年4月番茄的实测总产量,东西和南北垄向分为2 537.6和2 421.1 kg,也没有明显差异。因此,在散射光日光温室中种植垄向对番茄的生长和产量没有产生影响,可以采用东西垄向的种植方式来替代南北垄向进行番茄生产。

基于Arduino的大棚环境监测系统设计与实现

农作物在其生长过程中极易受外部因素影响,针对传统农业经营管理方式存在的问题,开发一套基于Arduino软件的大棚温室环境监控系统装置。该系统采用了多个传感器,通过监测温室大棚内温度、湿度、土壤湿度、CO_(2)浓度等参数,实现对大棚作业的有效管理。该装置可以对温室内的各种环境参数进行稳定的检测与显示,在大棚农业应用方面能够为作业管理人员提供重要的决策依据及管理数据,从而更好地保证温室内环境的稳定与优化,并提升作物的生长速度与品质,进而提高了大棚作业的管理水平。

分布式温室智能控制系统设计与实现

温室是作物生长的重要环境,但是由于大部分的作物温室种植面积较广,管理难度较高,特别耗费人力和物力。而在如今的科技化和自动化时代,能够使作物温室朝着自动化种植的方向转化,将人力和物力从中解放出来。针对作物温室的自动化种植需要,本文针对STM32分布式温室智能控制系统做出研究,由两个分布的从机上安装的DHT11温湿度传感器采集作物温室内的温度、湿度,采用分布式方式在温室多点布置温湿度采样点。由NRF24L01无线通信方式将温室采样数据发送到主机上做出显示。主机可设置温室的平稳阈值,在温室内分布采集点的温湿度异常时做出调节。温室内的数据由主机通过WiFi传入到手机监控,引入AI语音交互系统,采用LD3320语音识别模块可控制终端设备。经过测试,该分布式温室智能控制系统能做到自动调节作物生长的温湿度生长环境因子,且结合网络传输到手机做出监控与远程控制。因此,由此开发出的分布式温室智能控制系统产品必将拥有广阔的市场前景。

C/N比对枸杞枝条基质化发酵堆体腐熟效果的影响

【目的】探讨C/N比对枸杞枝条基质化发酵堆体腐熟效果的影响。【方法】采用随机区组设计,以烘干鸡粪和尿素(质量比1∶1)为氮源,分别调整堆体的C/N比为20∶1、30∶1、40∶1和50∶1,研究C/N比对枸杞枝条基质化发酵过程中养分变化规律和腐熟指标的影响。【结果】C/N比对枸杞枝条基质化发酵堆体温度、养分和腐熟指标产生显著的影响。C/N为30堆体升温最快,高温持续时间最长(高于55℃,达到8 d,高于50℃,达到20 d),缩短枸杞枝条腐熟的时间;C/N为30堆体ToC为29.38%,降解率最高为23.49%,TN为15.64 g/kg,NO3-N为0.366 g/kg,NH4-N为0.052 g/kg,减少率最大为16.69%,加速了枸杞枝条有机质的分解,提高了堆肥腐熟进程中的总氮和硝态氮含量,有效控制了氮素的损耗,保证了枸杞枝条腐熟后的肥力;C/N为30堆体种子发芽指数(GI)为94.61%,T值为0.41,堆体发酵达到腐熟,且对植物无毒害作用。【结论】C/N为30∶1枸杞枝条基质化堆腐处理效果最好,为枸杞枝条基质发酵的最适C/N水平。

装配加温除湿系统的轻简装配式日光温室设计及性能试验

针对中国传统日光温室土地利用率低、建设成本高、墙体构造各异及温度和湿度环境难以调控等突出问题,该研究设计出一种轻简装配式日光温室,并配套了基于温室主动蓄放热原理的冬季夜晚加温和除湿系统,其温室骨架可与主动蓄放热系统结合为一体。研究结果表明:相比于传统砖墙日光温室,轻简装配式温室冬季夜晚温度提高4.5℃以上;采用基于主动蓄放热系统热能的除湿系统,可将温室夜间相对湿度降低14%,相对湿度控制在80%以下;该温室可实现整体式装配安装,大大减少了施工时间和安装成本,温室后墙厚度为166 mm,与后墙为600 mm厚的砖墙温室相比,墙体占地面积减少72%,显著提高了土地利用率。