智能蔬菜拱棚设计文档格式.docx
- 文档编号:7763677
- 上传时间:2023-05-09
- 格式:DOCX
- 页数:50
- 大小:1.34MB
智能蔬菜拱棚设计文档格式.docx
《智能蔬菜拱棚设计文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《智能蔬菜拱棚设计文档格式.docx(50页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
年月日
---------------------------------------------------------------------
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,并同意以下事项:
1、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。
2、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
同时授权清华大学“中国学术期刊(光盘版)电子杂志社”用于出版和编入CNKI《中国知识资源总库》,授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。
(保密的学位论文在解密后适用本授权书)
学位论文作者签名:
导师签字:
签字日期:
年月日签字日期:
________
摘要
随着经济的发展,现代化农业的研究越来越受到重视。
在蔬菜种植方面,保温拱棚已经成为现代化农业的重要组成部分。
作为现代化农业生产的一重要标志就是对影响作物生长的环境参数进行检测采集并进行处理,方便工作人员进行具体操作。
为了推动我国农业发展,实现农业生产的科学化,提高农业研究的准确性,必须大力发展现代化的农业设施和相配套的农业工程。
蔬菜拱棚智能控制系统是近年来在中国蔬菜之乡寿光逐步发展起来的一种高效的资源节约型新技术,它在普通温室大棚的基础上,结合计算机自动控制技术,实现了拱棚的高度智能化。
这种技术根据蔬菜作物生长的最佳条件进行预设定,促进了作物的高产,同时节约了劳动力。
智能拱棚的采光覆盖物是整个拱棚的最基本材料,它保证了作物在非露天环境中的正常种植,同时达到调节生长周期、防止病虫害和提高蔬菜产量和质量的目的。
智能拱棚的设计思想是利用单片机作为控制核心,利用自动化技术实现对拱棚内空气温度、空气湿度、土壤的温湿度、光照强度、卷帘时间、二氧化碳及氧气浓度等参数的采集,并将一些重要的数据信息通过无线传输网络在拱棚内显示,方便工作人员及时调整预设参数,同时还通过RS-485总线将采集的数据信息传给上位机并对数据进行处理,将其直观的展现给工作人员,并附有报警系统,实现远距离的测控,构成智能拱棚的综合监控网络,比较准确的实现了棚内温湿度、通风时间、光照时间及定时卷帘时间等的自动控制。
智能拱棚将改善了以往蔬菜种植者依靠种植经验对蔬菜生长进行模糊管理的缺陷。
在当今生产条件下,大多数农户对拱棚内温度、湿度、土壤的温湿度及二氧化碳含量的测量是根据作物的生长状况人工估计,这种状况测控精度低,不及时,工人的劳动强度大,较容易造成不可换回的损失。
智能拱棚通过收集环境数据及作物的相关信息,达到
对作物生长条件的精准控制,提高了劳动力效率、蔬菜质量和产量。
在论文的末尾,结合当前拱棚发展情况,给出了蔬菜拱棚自动化控制的发展趋势。
并对本次智能拱棚自动化控制系统的研究工作进行了总结和展望,提出了完全智能化的拱棚设计理念。
关键词:
拱棚;
单片机;
RS-485总线;
上位机
DesignofAutomaticControlSystemToArchGreenhouse
ABSTRACT
Withthedevelopmentofeconomic,theresearchformodernizeagriculturewouldbemoreandmoretakenseriously.Inthevegetablecultivation,theintelligentgreenhousehasalreadybecomeanimportantpartofmodernagriculture.Animportantsymbolofthemodernizationofagriculturalproductionsisacquisitionenvironmentalparametersaffectingcropgrowthtodetectandprocesstofacilitatethestafftocarryoutspecificoperations.Inordertopromotethedevelopmentofouragriculture,scientificagriculturalproductionandimprovetheaccuracyofAgriculturalResearch,wemustvigorouslydevelopmodernagriculturalfacilitiesandsupportingagriculturalengineering.
Theintelligentcontrolsystemforvegetablegreenhousethatisgraduallydevelopedisanefficientnewresource-savingtechnologyinShouguangknownasthevegetabletownofChinainrecentyears.Itcombinedwithcomputercontroltechnologyonthebasisofordinarygreenhousetopromotethegreenhousehighlyintelligent.Thistechniqueisbasedonthebestconditionsforthegrowthofvegetablecropstobepre-settopromotethehighyieldofthecropwhilesavinglabor.
Thelightingcoveringonthesmartshedisthemostbasicmaterial,itensuresthenormalplantingcropsinthenot-open-airenvironment,atthesametimetoachievethepurposetoregulategrowthcycletopreventpestsanddiseases,andthepurposeofimprovingtheyieldandqualityofvegetables.Thedesignthoughtofintelligentgreenhouseisusingmicrocontrollerasthecontrol,theuseofautomationtechnologytoacquisitionparametersoftheShedairtemperature,airhumidity,soiltemperatureandhumidity,lightintensity,shuttertime,carbondioxideandoxygenconcentration,
andanumberofimportantthedataanddisplayedintheShedthroughawirelesstransmissionnetworktofacilitatestaffpromptlyadjustthedefaultparameters,butalsothroughtheRS-485busdataacquisitioninformationtothehostcomputeranddataprocessing,intuitiveshowtoworkstaff,withalarmsystem,realizeremotemonitoringandcontrol,toconstitutethesmartshedthecomprehensivemonitoringnetwork,themoreaccuratethegreenhousetemperatureandhumidity,ventilationtime,illuminationtimeandtimingshuttertimeautomaticcontrol.Theintelligentgreenhousewillimprovethedefectsoffuzzymanagementthatvegetablegrowersonvegetablegrowthrelyoninthepastexperience.intoday'
sconditionsofproduction,themeasurementoftemperature,humidity,soiltemperatureandhumidityandcarbondioxidecontentinshed,mostgrowersaremanuallyestimatedbasedoncropgrowthconditionscausedbylowaccuracyandcontrol,notintime,labor-intensive,andeasiertoirreparablelosses.SmartShedachieveprecisecontrolbymeansofcollectingenvironmentaldataandcrop-relatedinformation,andimprovelaborefficiency,vegetablesqualityandyieldofcropgrowthconditions.
Intheendofthepaper,combinedwiththecurrentdevelopmentsofplasticgreenhouse,Ipredictthetrendsofvegetablesgreenhouse,carryoutthesummaryandoutlookfortheSmartShedresearchandputforwardthedesignconceptcompletlyintelligent.
keyword:
plasticgreenhouse;
themicrocontroller;
RS-485;
hostcomputer
1前言
1.1拱棚介绍及课题来源
拱棚以黄河为界,在黄河以南地区,应用广泛,但因其结构及保温效果,仅限于春季、秋季应用[1]。
如果将拱棚的保温效果提高到冬暖式土棚的程度,就可以延长拱棚的使用周期,提高蔬菜等农作物的产量,同时还可以降低农民的生产成本,提高自动化水平。
因拱棚结构原因,人们很难在棚顶操作覆盖物,所以一般拱棚保温措施很少,导致拱棚内蔬菜的定植周期缩短。
实践证明,拱棚在覆盖保温装置后,在北纬40°
以南的地方,耐寒类的作物能够安全越冬,再在拱棚内加上保温装置后,能达到甚至优于冬暖式土棚的效果[2]。
同时由于拱棚的灵活性,也避免了冬暖式土棚在夏季棚内温度过高,作物无法生长的弊端。
拱棚智能覆盖保温装置研制成功,将会实现保温被收放的自动化作业,极大的降低了劳动成本,缩短了覆盖物收放时间,提高了拱棚的使用率。
还能大幅度提高土地利用率,扩大作物有效栽培面积,而且能降低了农民的生产成本,提高了农民收益,并将产生极大的社会效益。
目前,寿光的蔬菜大棚主要是冬暖式土棚,为了便于采光,各大棚间距较大,土地资源浪费严重;
建棚成本较高,大约在8-10万元左右,而单纯拱棚的成本大约在2万元左右,加上自动化控制设备,成本跟建冬暖式土棚价格相仿。
在冬暖式土棚中,劳动力浪费严重,土地利用率低等缺点无法避免,为了切实解决以上问题,提高蔬菜之乡的蔬菜产量,降低生产成本,提出该课题。
1.2国内外现状
目前,拱棚保温装置方面的研究主要是山东省农业科学院2008年发明一种实用新型专利:
拱圆棚收放保温被装置。
该装置是一种上拉式卷帘机。
保温被由拱圆棚的顶部覆盖在拱圆棚的外表面上,在拱圆棚上设置有三角支架,三角支架通过其两侧的固定绳固定,三角支架的顶部设置有转动轴,收放绳的一端缠绕在转动轴上,另一端绕过保温被的底部固定在三角支架的底部,转动轴端部通过传送绳与设置在地面上的轮毂相连,轮毂上设置有转动手柄。
该装置的特点是结构简单,缺点是保温被在拱棚顶部,造成棚内遮阴,由于保温被安装在拱棚的顶部,造成维护保养不方便,同时也没有实现智能化控制[3]。
在国外对拱棚自动控制的研究较早,开始与上世纪的七十年代,采用的是模拟组合仪表。
在八十年代末期,分布式控制系统出现并得到广泛应用。
进入二十一世纪,出现了高度智能化的基于计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。
现在各国的拱棚智能化技术发展很快,逐渐由自动化智能控制向着完全自动化和无人化的方向发展。
1.3发展趋势
智能拱棚是在冬暖式土棚智能化的基础上发展起来的,随着大棚技术的成熟,智能拱棚的数量不断增多。
对于蔬菜等农作物而言,最主要的是温湿度控制,温度太低,蔬菜等农作物停止生长甚至冻死,温度太高,蔬菜也会死亡,因此必须将拱棚内的温度控制在一个合适的生长范围内。
传统的方法是在拱棚内悬挂物理水晶温度计,工作人员根据温度计的显示,对风口进行关闭或者打开,进而控制蔬菜拱棚内的温度,这种方法不仅耗费人力,而且不准确,如果大棚量较大的情况下,显然是不合适的。
在拱棚内温度太低的情况下,缺少加温设备,拱棚内温度很难提升,温度控制是拱棚蔬菜种植的难题。
现代化的农业大棚,就要解决这些弊端,实现蔬菜大棚的自动化管理。
根据大棚内空气温湿度、土壤温湿度、空气中二氧化氮等的含量情况对拱棚进行自动控制,自动调节到预先设定蔬菜生长的条件中,使得作物生长不受自然气候的影响,提高工作的效率,进而提高蔬菜的产量,实现高效的生产。
蔬菜拱棚监控系统能够自动监控拱棚内环境等蔬菜生长条件的变化,本方案结合蔬菜栽培拱棚的特点,采用数字式传感器,解决了以往拱棚的缺点,实现了测量数据的准确,可靠度高,精度好,运行稳定,在蔬菜拱棚及冬暖式土棚中有很好的应用前景。
拱棚保温系统今后将向模块化、科学化、拱棚大型化,操作方面化、智能化、产业化方向发展,操作将更简单、性能更可靠、维护更方便,成本更低。
拱棚在保温效果上不下降的情况下逐渐取代冬暖式土棚,并向完全自动化、无人化管理的方向发展。
1.4整体组成及框图
1.4.1组成及原理
本项目机械部分借鉴现在已经在冬暖土棚上广泛应用的卷帘机原理,采用一种更加有效的、大扭矩、小体积的减速器[4],与电动机,导轨等组成覆盖系统;
以单片机作为智能控制的核心,实现整个拱棚的完全智能化控制。
它的原理为在蔬菜拱棚内安装多路温湿度传感器、二氧化碳传感器等,这些传感器将采集的信息通过无线设备发送到附近的接收器上,在接收器接受到这些信息后首先送到单片机控制核心,实现采集并处理温度传感器的测量数据、现场显示,超范围数据报警及存储功能,然后发送到管理中心的中心计算机,提供给相应的工作人员浏览,同时会做出相应的自动控制,实现拱棚内的采暖、通风等,同时如果在预设条件之外时,系统还提供了语音报警功能,提醒工作人员及时采取措施,真正实现了拱棚内蔬菜生长的完全智能化管理。
在管理中心人员看到信息后,也可人为的调整控制信息。
在整个方案中,我们用到土壤温湿度传感器,光照传感器,二氧化碳传感器等,单片机对拱棚内环境参数进行多点采集并根据结果进行相应的处理,控制相应设备。
对大棚内环境检测的参数除在拱棚内显示外,还传到上位计算机,上位计算机对各类传感器的数据进行处理保存,帮助工作人员更合理的对蔬菜进行管理。
图1-1智能拱棚的功能框图
1.4.2整体框图
智能拱棚控制系统的整体框图如图1-1。
1.5论文的整体结构介绍
本篇论文总共分为五章,整体的论文框架如下:
第1章为前言,主要对蔬菜拱棚自动控制系统的国内外发展情况,蔬菜拱棚的发展前景做简单介绍,同时将自动控制系统的整体框图做了简单的描述;
第2章为覆盖系统及调节设备,对拱棚的关键材料保温被做了详细的筛选,并将整个智能拱棚中用到的关键设备做了说明;
第3章为控制系统的设计,着重从环境监测、土壤检测和空气检测三个方面作介绍,分别对这三方面的器件选择,硬件的设计再到软件流程图做了详细的介绍,是整个论文的核心部分。
第4章为系统通信程序的设计,主要为上下位机的通信,通过无线传输设备将传输到中转站的现场数据通过RS485总线与中心计算机联系,方便工作人员集中处理。
第5章为总结与展望,对整篇论文做了总结,并对智能拱棚的发展趋势做了简要说明。
2覆盖系统及调节设备
2.1覆盖物的选择
保温覆盖材料种类很多,有草帘子、蒲席、纸被及棉被等。
他们存在共同的缺点:
笨重、卷放费时费力,而被雨雪弄湿后,不仅重量增加,保温性能大幅下降,而且会对保温薄膜污染严重,使得透光率降低。
现在开发的新型的保温被有效的克服了这方面的缺陷,导热系数小、保温性好、卷放通风性好、重量适中及寿命长的优点。
传统蔬菜大棚或者拱棚都是用草帘子覆盖进行保温的。
草帘子覆盖拱棚寿命低,缺点多,而且还影响蔬菜的产量,从上世纪80年代开始,保温被对蔬菜大棚保温开始出现,并逐渐完善[5]。
理想的保温被应具有保温效果好、透光透气性好、防潮、收放方便以及使用寿命好等特点,蔬菜大棚的的快速发展及良好的经济效益,使得成本偏高的逐渐被农户们接受。
作为大棚“棉衣”的保温被,给蔬菜提供保温的同时也使得人们餐桌逐渐丰富。
下面将市场上流行的保温被所用材料、价格、特点等方面总结如下[6]:
针刺毡保温被:
所用材料为碎布线,用针刺毡做保温材料,这种保温被造价低,自身重量大,防风性及保温性较好,但防水性能差,在弄湿后需要大场地晾晒。
棉毡保温被:
用棉毡作为主要材料,两面附上防水牛皮纸,价格低廉,但是用寿命短,保温效果与针刺毡保温被相仿。
防火保温被:
材料为毛毡,上下附上防火布和铝箔,特点为结构简单,防火防水性能好,保温性、机械化性强,使用寿命长。
泡沫保温被:
以泡沫为主料,以化纤布为面料。
特点为重量轻、柔软、抗腐蚀性,用这种材料加工后的保温被不仅保温性能好,而且防水性、易保存性都较好,但是由于本身重量太轻,防风性能较弱。
混凝土保温被:
这种保温被在温差变化较大时由于其导热系数小,保温性能更好、防水防潮性能好,具有良好的抗压性和拉伸性,施工简单,方便,外形尺寸适宜,没有气味,没有有害气体的排放,有利于蔬菜作物的生长。
复合型保温被:
材料为利用两毫米厚的厚蜂窝塑料膜加无纺布、化纤布缝合而成,具有重量轻,保温性能好的优点,很适合机械卷放,但是内部的两层蜂窝塑料膜和两层无纺布经过多次卷放后容易破碎。
腈纶棉保温被:
内部材料采用的是腈纶棉和太空棉,外部面料采用的无纺布,经过缝合而成,优点是能满足保温性能的要求,缺点是结实耐用性差,经过多次机械卷放后,无纺布很容易破碎,同时由于采用缝合技术,雨雪天气侯,水会从针眼中渗透。
上面这几种保温被虽然保温性能较好,都适合于机械卷动,但随着拱棚及各类蔬菜大棚的推广面积的扩大,本身的缺陷不要不断的改进与完善,现在市场上又推出了两种新型的保温被,其特点如下:
复合材料大棚保温被:
材料采用的是新型的高保温材料复合而成,重量轻、防老化、防水、保温隔热及反射红外线等功能,使用寿命长,正常可达5-9年,保温效果好,在同样的条件下,可比草毡保温被提高10℃左右,同时容易收藏,适用于日光温室、联栋温室、塑料大棚等的保温覆盖,是目前保温被的良好选择。
羊毛大棚保温被:
全羊毛保温被使用寿命相比大棚保温被更长,其重量轻、防水性能、防老化功能更强,保温效果更佳,羊毛具有良好的自然卷曲性能,沥水,能保持长久的蓬松,保温性能当属最佳。
相比其他保温被,一次性投入成本大,但已使用年限来计算(使用寿命正常为10-15年),为低成本,高效益性投入。
目前复合材料大棚保温被和羊毛大棚保温被,引起良好的保温性能,较长的使用寿命,较好的机械卷曲性等特点成为蔬菜拱棚的首选保温被,与其他保温被相比优点如下:
保温效果提高的前提下,增加了经济收入。
在北方地区,其他类型保温被,例如草毡子保温被,使用一年后保温效果明显降低,而新型大棚保温被采用抗紫外线原料保护,解决了高寒地区的保温及高阳光照射区的紫外线问题。
不同地区采用的保温被材料不尽相同。
例如在寿光地区,使用新型保温被在最寒冷的冬季要比其他保温被温度高四摄氏度左右,而在东北,内蒙等地,平均温度要比其他保温被高6℃。
降低成本,延长寿命。
随着机械化程度提高,收放保温被都采用了卷帘机,使得劳动强度大大降低,但其他类型的保温被一般在2到3年就要更换,浪费财力物力,但是复合材料新型保温被使用寿命可达到十年,同时还易于回收,降低了使用成本,就卷帘机来讲,相比草毡子保温被,需要较小的卷帘机即可,节省成本。
耐腐蚀性好,运输方便,易于保存,能清洁大棚膜,提高采光率。
保温被材料使用的毛纤维或者化学纤维,注重了抗紫外线和抗氧化能力,解决了其他保温被怕腐蚀,潮湿的难题。
其在使用中不掉毛,并且媳妇大棚膜上的尘土,保证拱棚膜的清洁,提高了采光率,在寒冷的冬季,这是非常必要的。
防雨雪,容易清理。
在雨雪天气,草毡子等材料的保温被容易受潮吸水,使得保温效果丧失,造成经济损失,同时还有可能吸水使得单位面积的重量加大,压垮拱棚。
但是新型复合材料保温被就可以有效的避开这些问题。
新型复合材料保温被相比其他类型的保温被的优势是非常明显的,在此项目中我们采用的是复合材料大棚保温被。
2.2机械传动装置
2.2.1减速器的介绍
减速器是各种传动机械中常见的部件,其作用是将电动机的轴转速降低到设备所要求的转速[7],本设计采用的减速装置是摆线针轮减速器,采用摆线针齿啮合的应用行星式传动原理,摆线针轮减速机采用摆线与针齿啮合、行星式传动原理,故也成为行星摆线减速器,其全部传动装置分为输入、减速和输出三部分。
在输入轴上安装错位的180°
双偏心套,并将两个滚柱轴承安装在偏心套上,使得H机构,摆线轮的中心孔,由摆线轮与针齿轮上环形排列的针齿啮合,组成齿差为一的减速器,当输入轴带动偏心套转动一周,因摆线轮上齿廓曲线及针齿轮的限制,使得摆线轮形成既有公转运动又有自传运动的平面运动。
当输入轴正向转动一周,偏心套会同步转动一周,摆线轮向相反方向转过一
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 智能 蔬菜 设计
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)