王彩鳳，沈?qū)殗?，王高州，梁佩?/p>

（1.江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212134；2.江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江212016；3.鎮(zhèn)江宏宇機(jī)電設(shè)備有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212016）

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平日益提高，大棚水果市場逐漸擴(kuò)大。草莓是一種柔軟多汁、甜酸適度、營養(yǎng)豐富的果品，所以依靠農(nóng)業(yè)科技，大力推廣塑料大棚種植草莓能更好地滿足人民生活需要，同時(shí)也是國家菜籃子工程所包含的內(nèi)容。而影響大棚種植的草莓質(zhì)量最重要的因素是溫度控制，溫度太高或太低對(duì)于草莓生長都是不利的，必須掌握草莓各生長階段的溫度需要，通過各種方法將溫度始終控制在適合草莓生長的范圍內(nèi)，以保證大棚草莓的正常發(fā)育乃至高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，如果緊靠人工控制既耗人力，又容易發(fā)生差錯(cuò)[1]。目前大部分草莓大棚溫控都是采用人工自動(dòng)降溫的方式來對(duì)大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，即使有少部分是采用自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)溫度控制，也都存在一個(gè)控制滯后的問題。

因此，筆者設(shè)計(jì)了草莓大棚的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，以達(dá)到實(shí)時(shí)控制草莓大棚內(nèi)的溫度，適應(yīng)生產(chǎn)需求的目的。

1 整體方案設(shè)計(jì)

受季節(jié)影響，如何考慮在炎熱的夏季使草莓大棚內(nèi)的溫度能夠維持在草莓生長的最佳溫度，這與草莓生長的質(zhì)量密切相關(guān)。本文研究的是在夏季草莓大棚中安裝噴霧降溫系統(tǒng)，可使草莓四周環(huán)境溫度降低，為草莓的生長提供最適宜的溫度環(huán)境，從而提高草莓的存活率，同時(shí)提高草莓的產(chǎn)量與質(zhì)量。噴霧降溫系統(tǒng)利用散發(fā)到空氣中的水微粒，在汽化的過程中要吸收大量周圍環(huán)境中的熱量，從而降低周圍環(huán)境的溫度，是快速降溫的有效手段。

該系統(tǒng)首先采用進(jìn)口高性能溫度傳感器對(duì)夏季草莓大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，溫度傳感器的布置盡量分散，保證所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)分析草莓生長的適宜溫度，通過在智能溫度控制器中預(yù)先設(shè)置溫度的上下限，將溫度傳感器所采集的數(shù)據(jù)與設(shè)置值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，若草莓大棚內(nèi)的溫度超過上限值，則自動(dòng)開啟噴霧降溫系統(tǒng)進(jìn)行降溫，一旦草莓大棚內(nèi)的溫度降至下限值時(shí)，自動(dòng)停止降溫系統(tǒng)，通過這一系統(tǒng)的調(diào)節(jié)始終將草莓大棚內(nèi)的溫度自動(dòng)控制在草莓生長的適宜溫度范圍之內(nèi)，具體自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 草莓大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件部分主要由溫度采集系統(tǒng)、溫度顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)[2]，以及儲(chǔ)水容器、水泵、三級(jí)過濾器、噴嘴、管路等輔助元件組成。

2.1 溫度采集、顯示系統(tǒng)

采用進(jìn)口高性能溫濕度傳感器，如圖2所示，可同時(shí)對(duì)溫度、濕度信號(hào)進(jìn)行測量控制[3]，并實(shí)現(xiàn)液晶數(shù)字顯示，采用雙排大屏幕段式LED數(shù)碼顯示，其中溫度4位數(shù)碼一體，濕度3位數(shù)碼一體；溫度測量和控制，測量范圍：0～99.9℃；濕度測量和控制，測量范圍：0～99%RH；可分別用按鍵設(shè)置溫濕度上/下限值，并實(shí)現(xiàn)參數(shù)的掉電存貯。該系統(tǒng)不需要再進(jìn)行標(biāo)定，因?yàn)橹悄軠囟瓤刂破鞅旧硪呀?jīng)進(jìn)行了校正，不再需要進(jìn)行調(diào)整，可以直接使用，將采集的數(shù)據(jù)直接送入單片機(jī)，不使用A/D轉(zhuǎn)換器，從而提高系統(tǒng)精度。

圖2 溫度采集模塊

2.2 控制系統(tǒng)

智能溫濕度控制器（Intelligent temperature controller，簡稱ITC）是整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部分，是以先進(jìn)的單片機(jī)為控制核心，還可通過按鍵對(duì)溫、濕度分別進(jìn)行上、下限設(shè)置和顯示，從而使儀表可以根據(jù)現(xiàn)場情況，自動(dòng)開啟噴霧裝置，對(duì)被測環(huán)境的實(shí)際溫、濕度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。動(dòng)作指示通過兩常開觸點(diǎn)輸出，真正使儀表實(shí)現(xiàn)了智能化更能適應(yīng)復(fù)雜多變的現(xiàn)場情況，從而達(dá)到有效地保護(hù)設(shè)備的目的，具體示意圖如圖3所示。

圖3 智能溫濕度控制器

該溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)有“手動(dòng)控制”和“溫濕度控制”兩種模式，當(dāng)處于“手動(dòng)模式”時(shí)，只要按下啟動(dòng)按鈕，就可以隨時(shí)開啟噴霧降溫系統(tǒng)，按下停止按鈕，即可停止噴霧降溫系統(tǒng)；當(dāng)處于“溫濕度控制模式”時(shí)，將智能溫度控制器的常開觸點(diǎn)接入控制電路中，當(dāng)大棚內(nèi)環(huán)境溫度超過設(shè)定值的上限值時(shí)，常開觸點(diǎn)閉合，接通控制電路，自動(dòng)開啟噴霧降溫系統(tǒng)；當(dāng)環(huán)境溫度降低至設(shè)定值的下限值時(shí)，常開觸點(diǎn)斷開，切斷控制電路，自動(dòng)關(guān)閉噴霧降溫系統(tǒng)，從而達(dá)到讓大棚內(nèi)的溫度始終保持在草莓生長最適宜的溫度。

電氣控制原理圖如圖4所示。

圖4 電氣控制原理圖

以上為控制系統(tǒng)的硬件接線圖，當(dāng)處于“溫濕度控制模式”時(shí)，控制系統(tǒng)核心的智能溫濕度控制器的內(nèi)部控制流程如圖5所示。

圖5 控制流程圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)環(huán)境

試驗(yàn)場所在鎮(zhèn)江市農(nóng)科院的草莓生長大棚。其面積約240 m2左右，東西長40 m，南北寬6 m，是具有保溫性能的框架覆膜結(jié)構(gòu)，采用鋼結(jié)構(gòu)的骨架，上面覆蓋多層保溫塑料膜，形成一個(gè)溫室空間。

試驗(yàn)時(shí)間為2016年6月份。草莓大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)為：環(huán)境溫度28℃，相對(duì)濕度50%左右。

根據(jù)草莓在該季節(jié)的溫度要求，系統(tǒng)采用噴霧降溫的方式來達(dá)到草莓最佳生長效果[4]。根據(jù)大棚面積以及噴頭噴灑的有效面積，設(shè)計(jì)噴頭線路共四列80行，共320個(gè)噴頭，每列80個(gè)，依次間隔為0.5 m。安裝后的效果圖如圖6所示。

圖6 安裝效果圖

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

在硬件安裝完畢的基礎(chǔ)上，將控制系統(tǒng)開啟，選擇試驗(yàn)的時(shí)間段從下午1：00開始至3：30，其中草莓的最適宜溫度要求為25℃，當(dāng)系統(tǒng)開啟時(shí)，大棚內(nèi)的實(shí)際溫度為27.5℃，每隔十五分鐘采集一次數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)如下表1所示。

表1 時(shí)間-溫度采集表

3.3 試驗(yàn)效果及分析

在以上所述環(huán)境下，進(jìn)行大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的試驗(yàn)，通過對(duì)比分析大棚內(nèi)溫度在系統(tǒng)控制前和控制后的變化，得出以下如圖7所示的時(shí)間-溫度時(shí)序圖，從圖中可以看出，該系統(tǒng)能將溫度很好地控制在標(biāo)準(zhǔn)溫度25℃的有效范圍之內(nèi)，以達(dá)到草莓生長的最佳溫度效果。

圖7 時(shí)間-溫度時(shí)序圖

經(jīng)過試驗(yàn)證明，使用該控制系統(tǒng)可以達(dá)到預(yù)期效果，試驗(yàn)效果圖如圖8所示，降溫效果較好，智能性好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。本系統(tǒng)適用范圍廣，不僅適用于大棚草莓溫度自動(dòng)控制，同時(shí)可用于其它大棚農(nóng)作物的溫度控制中。

圖8 試驗(yàn)效果圖

4 結(jié)論

（1）整個(gè)控制系統(tǒng)能夠在草莓成熟季節(jié)的高溫狀態(tài)下，對(duì)棚內(nèi)進(jìn)行溫度的自動(dòng)控制，控制后的溫度能夠在原來的基礎(chǔ)上最多下降4.6℃左右，從而讓溫度環(huán)境完全滿足草莓生長的農(nóng)藝要求。

（2）本控制系統(tǒng)首次提出了“手動(dòng)控制”和“溫濕度控制”兩種模式并用，達(dá)到了根據(jù)不同的工況采用不同的控制模式效果，更有利于草莓大棚的控制。

（3）采用該控制系統(tǒng)后，讓草莓達(dá)到最適宜的生長環(huán)境，當(dāng)季草莓產(chǎn)量大大提高，口味也更加鮮美。