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        教學型溫室大棚的研制

        2012-12-21 08:50:50李巖舟班彩霞陳科余韋敏立
        裝備制造技術(shù) 2012年6期
        關(guān)鍵詞:溫室機電大棚

        李巖舟,周 清,班彩霞,陳科余,詹 榮,鄒 明,韋敏立

        (廣西大學 機械工程學院,廣西 南寧 530004)

        廣西大學作為一所211類地方性院校,主要的辦學定位是立足廣西,服務廣西,服務“三農(nóng)”,服務北部灣開發(fā)。本專業(yè)培養(yǎng)出的人才,如何能滿足廣西農(nóng)業(yè)特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)機械化發(fā)展,能滿足東盟自由貿(mào)易區(qū)對廣西農(nóng)機業(yè)的要求,將成為本專業(yè)培養(yǎng)中的重點。

        由于廣西目前的農(nóng)機市場主要是在東南亞,要想在該市場上具有一定的優(yōu)勢,必須大力發(fā)展農(nóng)機自動化控制技術(shù)。這就要求我們農(nóng)業(yè)機械工程及其自動化專業(yè)的學生,除了要學習傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械知識外,還要增加新興的機電一體化技術(shù)方面的內(nèi)容。在此背景下,本專業(yè)于2006~2007學年第一學期,開設了機電一體化系統(tǒng)設計這門課程。

        農(nóng)機專業(yè)機電一體化系統(tǒng)設計這門課程,作為農(nóng)業(yè)機械化及自動化專業(yè)大四上學期的專業(yè)選修課,是農(nóng)機專業(yè)多門選修課程的一個總結(jié)。其將前面所學測試技術(shù)、電工學、微機原理以及其他機械類課程的知識進行了匯總。如何讓學生更好的理解學過的知識并學以致用,進而能自主設計機電一體化產(chǎn)品,成為本門課程的一個重點和難點。

        通過對區(qū)內(nèi)外各兄弟院校農(nóng)機類專業(yè)課程的調(diào)研發(fā)現(xiàn),各院校為提高學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力,不約而同地通過加大實驗教學力度,來提高學生的學習效率和品質(zhì),但各院校大都采用室外實驗教學的形式進行。對于廣西大學來說,農(nóng)機專業(yè)實驗教學面臨著室外實驗場地不足、設備嚴重老化的問題。所以通過大量的調(diào)研后,決定研制一款教學型溫室大棚[1],作為農(nóng)機專業(yè)機電一體化課程的實驗設備。

        1 教學型溫室大棚的設計思路

        傳統(tǒng)的溫室大棚,是農(nóng)業(yè)機械中較為重要且綜合性較高的設備,由于其包含各種控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)及機械構(gòu)架,一直為農(nóng)機專業(yè)實驗教學所青睞。本專業(yè)在設施農(nóng)業(yè)課程中,已開設類似實驗。學生主要通過去使用戶外的溫室大棚了解相關(guān)知識。但由于其操作控制要根據(jù)室外環(huán)境變化來進行,難以達到實時控制,學生只能停留在對溫室大棚構(gòu)架和原理的了解上[2],對其控制及細節(jié)上把握不夠,最后導致實驗變成了參觀,無助于提高學生的實踐教學。

        所以,針對這一問題,有必要設計一種用于實驗教學的溫室大棚,要能滿足如下要求:

        (1)占用空間盡可能小,以滿足室內(nèi)教學使用;

        (2)能夠模擬外界環(huán)境的變化,按照試驗需要設置環(huán)境;

        (3)設置相關(guān)測量傳感器,能夠測量溫度、濕度及光照情況;

        (4)設計便于操作的控制系統(tǒng),收集傳感器輸入信號,輸出控制信號給驅(qū)動器。

        (5)設計驅(qū)動設備,實現(xiàn)溫室內(nèi)部環(huán)境的控制。

        2 教學型溫室大棚的整體設計方案

        教學型溫室大棚整體方案的設計,主要從大棚的骨架、遮陽幕系統(tǒng)[3]、光照控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等方面來進行研究[4]。

        溫室的組成,首先要有一個能夠承載重荷的骨架,骨架位于跨度之間,并且在承受載荷之后,不能有過大的變形,其次還要考慮大棚的通風、采光等其他性能,從而充分發(fā)揮設施農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢,減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在自然災害中的損失,提高經(jīng)濟效益。

        圖1為設計的溫室框架模型[5],體積為200 cm×150 cm×150 cm,框架主體為Q235萬能角鋼,用不銹鋼螺栓連接,用PE塑料薄膜覆蓋,頂部安裝遮陽網(wǎng)。

        圖1 溫室框架模型

        教學型溫室控制系統(tǒng),主要由STC12C5A60S2單片機、DHT11溫濕度傳感器、GZD-V1-15光照度變送器,LCD液晶顯示、繼電器控制模塊、報警模塊、LED指示燈、電爐加熱裝置、加濕器、排風扇、遮陽篷及熒光燈組成[6]。

        其中,

        STC12C5A60S2單片機,主要完成對外圍硬件的控制以及一些運算功能;

        DHT11溫濕度傳感器,輸出數(shù)字信號給單片機;

        GZD-V1-15光照度變送器,輸出模擬信號,經(jīng)單片機內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換;

        LCD液晶顯示,實時顯示溫濕度及光照強度值;

        繼電器模塊,起隔離控制電流與工作電流作用,實現(xiàn)使用單片機小電流控制大電流的目的,通過繼電器控制外部電器工作,實現(xiàn)對溫室實時準確控制。

        本系統(tǒng)控制原理結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

        圖2 教學型溫室控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        其由分布式的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)組成,外界環(huán)境模擬箱可通過人工控制,模擬外界環(huán)境變化(如溫度、濕度、光照強度等)。在模擬箱內(nèi),安裝了數(shù)據(jù)采集的傳感器,將光照變送器的輸出模擬信號和溫濕度傳感器的數(shù)字信號傳遞給單片機,單片機負責處理輸入信號并做出實時判斷,智能控制溫室內(nèi)的執(zhí)行機構(gòu),發(fā)生相應動作,使溫室內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境形成負反饋,維持適合作物生長的環(huán)境條件。同時為了提升控制的靈活性,另設置了點動控制按鈕,使其更適合教學與生產(chǎn)要求。

        3 結(jié)束語

        本實驗裝置,給學生提供了一個良好的機電一體化課程的實驗平臺。通過基本驗證性實驗,給學生提供了一個機電一體化系統(tǒng)分析、控制和設計的學習平臺;通過實踐,使學生系統(tǒng)地掌握有關(guān)機電一體化技術(shù)基礎知識,培養(yǎng)學生綜合利用基礎知識和技能來分析和解決機電系統(tǒng)工程實際問題的能力;通過該綜合實驗環(huán)節(jié),使學生掌握到先進的控制技術(shù),通過親自動手拆裝、編程、調(diào)試,將能更好地鍛煉學生的動手能力,真正起到提高實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新思維的作用。

        同時實驗裝置還能用于農(nóng)機專業(yè)新生入學的專業(yè)教育上,增加本院機電專業(yè)學生的實驗項目,讓同學通過對該實驗裝置的了解,激發(fā)學生對農(nóng)機的興趣,樹立對農(nóng)機的信心,明確未來的學習方向。

        [1]張 鑫.大棚型日光溫室性能及其應用技術(shù)研究[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學,2010.

        [2]郭長江,楊改云.玻璃溫室結(jié)構(gòu)設計[J].鄭州輕工業(yè)學院學報,2000,(1):65-67.

        [3]劉東來.我國目前使用的溫室遮陽系統(tǒng)類型及性能(一)[J].設施園藝,2000,(9):8-9.

        [4]蔡啟運.溫室與大棚的設計[J].天津農(nóng)業(yè)科學,1980,(02):13-19.

        [5]張安祥,孫 測,陸永強.裝配式單棟鋼管大棚的結(jié)構(gòu)設計及搭建[J].浙江農(nóng)村機電,2008,(4):39-41.

        [6]劉俊巖,張海輝,胡瑾,岳青,陳希同.基于ZigBee的溫室自動灌溉系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J],農(nóng)機化研究,2012,33(1):111-118.

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