孔維蓉++何培祥++李博++徐丹

摘要：玻璃溫室棚頂易受灰塵、微生物等污染，人為清洗困難，而市面上缺乏相應(yīng)的清洗設(shè)備，針對此現(xiàn)狀設(shè)計(jì)了一種可遙控的玻璃溫室棚頂清洗機(jī)。該清洗機(jī)由電機(jī)驅(qū)動的行走機(jī)構(gòu)、可旋轉(zhuǎn)的毛刷、水泵等構(gòu)成，通過遙控器可使其在玻璃溫室棚頂前進(jìn)、后退、噴水清洗，以保證溫室大棚的透光率，提高室內(nèi)農(nóng)作物的產(chǎn)量，具有很好的實(shí)用價值，對我國設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室栽培的發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：玻璃溫室；大棚清洗機(jī)；設(shè)施農(nóng)業(yè)；透光率；產(chǎn)量

中圖分類號： S220.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0429-02

為緩解我國副食品供應(yīng)偏緊的矛盾，我國農(nóng)業(yè)部于1988年提出“菜籃子工程”；1995年，新一輪“菜籃子工程”提出大力實(shí)施“設(shè)施化、多產(chǎn)化、規(guī)?；比撸霸O(shè)施化”是大棚化，“多產(chǎn)化”是種植多種新品種蔬菜，“規(guī)?；笔谴笈糠N植[1]。三化政策的提出使溫室大棚種植技術(shù)在我國各地迅速發(fā)展，如今我國溫室大棚總建筑面積超過200萬hm2，居世界前列[2]。蔬菜、花卉等農(nóng)作物的種植具有季節(jié)性、地理區(qū)域性，受氣候、海拔、溫度、濕度的影響，大棚栽培有效解決了此問題，大棚可以收集光照，人為控制溫度、濕度等以滿足作物光合作用的需求，從而提高作物的生長速度和產(chǎn)量，是農(nóng)民脫貧致富的重要手段，也是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要組成部分[3]。溫室大棚主要有玻璃溫室和塑料薄膜溫室大棚，相比之下玻璃溫室的保溫性、透光性、設(shè)施控制性更好，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，壽命一般為10～20年，透光率為80%～90%，室內(nèi)光照均勻，其缺點(diǎn)是成本較高，因此多用于科研或高標(biāo)準(zhǔn)種植，尤以花卉種植、育種育苗中應(yīng)用最多[4]。玻璃溫室可人為模擬作物生長的最佳環(huán)境，而溫室內(nèi)的光照狀況決定溫度、濕度等諸多因子，是影響溫室生產(chǎn)力的重要因素，因此溫室大棚的透光率直接影響作物的生長[5]。受自然環(huán)境影響，玻璃溫室頂棚常被灰塵污染，并有微生物繁殖形成的苔蘚等附著其上，且不易被自然降雨沖掉，使溫室內(nèi)照度明顯下降，并使氣溫、地溫上升，嚴(yán)重影響植物的光合作用及生長發(fā)育，導(dǎo)致作物減產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益降低[6-7]。玻璃溫室大棚是使用壽命較長、制造成本較高的農(nóng)業(yè)設(shè)施，須每年對大棚棚頂進(jìn)行清潔以保證透光率，使其能夠正常使用。而大棚頂部沒有牢固的搭接結(jié)構(gòu)供清潔人員著力，使清潔費(fèi)時費(fèi)力且有較高的危險性，若工具使用不當(dāng)則易損壞大棚，使農(nóng)民蒙受額外的經(jīng)濟(jì)損失[8-9]。目前市面上的玻璃溫室棚頂清洗設(shè)備較少，且已有設(shè)備的工作效率、自動化程度均較低，并受許多使用條件的限制，因此急需一種高效、高自動化的玻璃溫室棚頂清洗設(shè)備。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理

為降低成本并提高經(jīng)濟(jì)效益，種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展逐漸規(guī)?；?。常見的玻璃溫室主要是大型連棟式雙屋脊型，此溫室節(jié)省占地面積且規(guī)模效益好，本研究所設(shè)計(jì)的大棚棚頂清洗機(jī)主要用于該類玻璃溫室，清洗機(jī)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作示意見圖1。

玻璃溫室棚頂清洗機(jī)由放置在大棚棚頂兩側(cè)的清潔裝置構(gòu)成。清潔裝置包括主懸架，主懸架的前方固定有毛刷輥，毛刷輥由清洗電機(jī)經(jīng)傳動皮帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，毛刷輥前、后兩側(cè)設(shè)有帶噴頭的噴水管，前、后噴水管分別起濕潤、清洗的作用，2個噴水管與供水的水泵和濾水器連接，濾水器放置在大棚天溝里。在噴水管支撐桿的前端設(shè)有端部傳感器，用于檢測清洗機(jī)是否走到大棚端部。主懸架的后方固定有行走大輪，行走大輪通過行走電機(jī)經(jīng)傳動皮帶驅(qū)動，控制整個清潔裝置的前進(jìn)和后退，主懸架左、右各固定有輔助小輪，起輔助行走的作用。大棚屋脊兩側(cè)的清洗裝置用鉸鏈連接。

工作時先將大棚天溝的下水道堵起，天溝蓄滿水后起動清洗機(jī)，水泵和濾水器從天溝里抽水并輸送給噴水管，蓄電池的低壓直流電源通過電源線為行走電機(jī)、清洗電機(jī)供電，驅(qū)動行走大輪和毛刷輥轉(zhuǎn)動起來，行走大輪慢速推進(jìn)清洗裝置，毛刷輥以合適的高速度旋轉(zhuǎn)，有效清洗溫室大棚棚頂上的灰塵、青苔等附著物[10-12]。

2控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1控制系統(tǒng)原理

玻璃溫室棚頂清洗機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能是：控制器根據(jù)遙控器發(fā)出的信號，控制清洗機(jī)在棚頂前進(jìn)、后退、停止，并自動進(jìn)行清洗。控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以單片機(jī)為核心，對各輸入量進(jìn)行分析，并輸出相應(yīng)信號控制電機(jī)和水泵工作[13-14]（圖2）。

2.2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

清洗機(jī)采用遙控控制，遙控器向單片機(jī)輸出不同的控制

信號，經(jīng)單片機(jī)分析后對各電機(jī)進(jìn)行精確控制，確保清洗機(jī)的準(zhǔn)確運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)的主程序、行走子程序流程見圖3、圖4。

首先對單片機(jī)各模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，判定起動清洗機(jī)后，檢測電池容量是否大于設(shè)定值，以保證電量可維持清洗機(jī)至少清洗溫室大棚的一個縱向長度，若電量不足則發(fā)出報警信號，電量充足則開始行走。行走前先對遙控器發(fā)來的信號進(jìn)行判定，前進(jìn)、后退信號相應(yīng)地控制電機(jī)正傳、反轉(zhuǎn)。行走過程中隨時檢測端部傳感器的信號，若有端部信號傳來則表明清洗機(jī)走到大棚最末端，電機(jī)和水泵立即停止。清洗過程中，若控制人員發(fā)出停止信號，則清洗機(jī)的電機(jī)和水泵立即停止，保證清洗機(jī)的準(zhǔn)確運(yùn)行[15-17]。

3結(jié)論

設(shè)計(jì)的玻璃溫室棚頂清洗機(jī)可在人員的遙控下對溫室大棚棚頂進(jìn)行清洗，其自動化程度、工作效率均較高，能夠保證溫室大棚的透光率，提高作物產(chǎn)量，有效解決人為清洗大棚困難、效率低的問題。該清洗機(jī)不僅用于玻璃溫室，對于雙屋脊型板材材質(zhì)的溫室大棚同樣適用，具有很好的實(shí)用價值，對我國設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚栽培的發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王科，嚴(yán)華. 菜籃子工程20年[N]. 安慶日報，2007-09-24（3）.

[2]鐘鋼. 國內(nèi)外溫室發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及趨勢[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備，2013（9）：68-69.

[3]陶永紅. 淺談我國溫室大棚的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 安徽農(nóng)機(jī)，2003（1）：17-18.

[4]薛楠. 設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚嵌入式控制器開發(fā)[D]. 沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2013.

[5]裴孝伯，李世誠，蔡潤，等. 現(xiàn)代溫室光環(huán)境特征的研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，32（2）：246-249.

[6]李寶聚. 清潔棚膜新方法——柵膜清潔帶[J]. 農(nóng)村百事通，2009（14）：36.

[7]王宏麗，李凱，代亞麗，等. 節(jié)能日光溫室的發(fā)展現(xiàn)狀與存在問題[J]. 西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000（4）：108-112.

[8]周清. 塑料大棚清洗機(jī)的研究設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2003（3）：105-106，115.

[9]彭三河. 塑料大棚清洗機(jī)功率特性研究[J]. 長江大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版農(nóng)學(xué)卷，2010，7（3）：66-68.

[10]濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：高等教育出版社，2008.

[11]張大申. 玻璃幕墻的清洗[J]. 清洗世界，2004，20（4）：40.

[12]吳神麗，李宏穆，姚小軼. 一種墻面清潔機(jī)的研究與設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械工程師，2008（11）：118-119.

[13]周娟，錢稷，李中勇. 基于單片機(jī)的溫室大棚智能清潔機(jī)設(shè)計(jì)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（16）：7668-7670.

[14]周娟. 基于單片機(jī)的溫室大棚智能清潔機(jī)[D]. 保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[15]張建民. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，1996.

[16]李學(xué)海. PIC單片機(jī)實(shí)用教程：基礎(chǔ)篇[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[17]李學(xué)海. PIC單片機(jī)實(shí)用教程：提高篇[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.endprint