日光溫室卷簾機自動控制技術研究與應用*

石建業， 羅有中，王嬌敏，石 剛，董建文

（1.定西市農業科學研究院，甘肅定西 743000；2.定西市金源農業發展有限責任公司，甘肅定西 743000）

日光溫室卷簾機自動控制技術研究與應用*

石建業， 羅有中1※，王嬌敏1，石 剛2，董建文2

（1.定西市農業科學研究院，甘肅定西 743000；2.定西市金源農業發展有限責任公司，甘肅定西 743000）

日光溫室是我國獨有的現代農業栽培設施，但生產中存在著智能化、機械化程度不高的現狀。經過兩年多試驗優化，完成了自動控制系統的設計、試制，改進完善自動控制系統的性能，研發了日光溫室卷簾機自動控制器1套，取得國家專利2項。應用日光溫室卷簾機自動控制系統，大大減輕了勞動的強度，每天延長光照時間1 h，使棚內溫度提高3～5℃，棚內作物生長周期縮短，可提前5～6 d上市。溫室卷簾自動控制系統作用顯著，得到廣大種植戶認可，將成為日光溫室生產中重要的管理系統。

日光溫室 卷簾機 自動控制 系統 研究

日光溫室是我國獨有的現代農業栽培設施，具有保溫好、投資低、節約能源、高產高效等優點，能充分利用太陽能，在寒冷地區一般不加溫進行果蔬反季節越冬栽培，生產新鮮果品蔬菜，因此，在我國北方地區取得了長足的發展。日光溫室生產中存在著智能化、機械化程度不高的現狀，尤其是日光溫室保溫被卷放，勞動力投入多、勞動強度大，安全隱患多，制約了日光溫室的發展。日光溫室卷簾機自動控制系統的研發和推廣應用，改變日光溫室生產的方式，改善生產的環境條件，提高勞動效率，顯著提高了種植效益。經過兩年多試驗優化，完成了自動控制系統的設計、試制，改進完善了自動控制系統的性能，研發日光溫室卷簾機自動控制器1套，取得國家專利2項。研發日光溫室卷簾機自動控制系統，大大減輕了體力勞動的強度，是農民從繁重緊張艱苦的勞動環境中解脫出來，它改變了傳統的人工卷簾方法，比人工操作提高效率10倍以上。從經濟角度來分析，它能延長光照時間和卷放簾時間1 h，充分利用增加時間差來提高和保持室內溫度，使棚內溫度提高3～5℃，棚內作物生長周期縮短，可提前5～6 d上市。溫室卷簾自動控制技術作用越來越明顯，得到廣大種植戶認可，將成為日光溫室生產的重要的管理系統。

1 系統技術方案

1.1 系統依據當地氣象太陽總輻射觀測值為參數

結合多年實際作業經驗，每天選擇太陽輻射變幅最大的區間作為自動卷簾時間，每年的11月上旬至次年4月中旬為運行時期，依據二十四節氣規律，結合實際生產進行微調，每月確定1次運行參數，制定出最佳揭蓋簾時間。

1.2 以系統運行參數為基礎

選擇電子元器件和動力配件，經過嚴密組裝配合，組成智能化自動卷簾控制系統，是溫室自動卷簾的核心系統，是區分于常規自動卷簾的主要標志，可在沒有工作人員的情況下自動準時進行保溫簾的揭蓋，實現溫室光照與溫度的有機配合。

1.3 運用電子元器件的集成

解決了自動、遙控、手動3種功能之間相互轉換的難題，實現任意跳轉，避免控制器之間的相互干擾，安裝安全控件使卷簾機準確到位，保證控制系統的正常運行，提高了日光溫室自動卷簾機的安全性。

2 系統運行總體設計

2.1 系統組成

系統組成將減速機與電機相結合，或利用現有的自動卷簾機等動力設備，組成溫室自動卷簾的動力系統，與溫室自動卷簾控制系統配套組合，組成完整的溫室自動卷簾智能系統。

日光溫室卷簾機自動控制系統技術路線

表1 系統運行指標

圖1 外形結構

2.2 系統運行指標

系統運行指標（表1）

2.3 外形結構

本儀器由單片微型計算機（微電腦）、時鐘、輸出控制、顯示屏、觸摸鍵盤、射頻遙控組件及儀器外殼等組成。

儀器外型結構如（圖1）。

2.4 內部構造

內部構造（圖2）。

表2 正常天氣條件下的蓋簾時間

圖2 內部結構

3 系統工作原理

日光溫室卷簾機自動控制器中設置兩塊微電腦時控開關，輸入數據后，微電腦系統的信息反饋到電機正反轉控制器，電機正反轉控制器將啟動電機運行系統，從而完成保溫簾的自動卷放。

在一般情況下，系統處于自動控制狀態，微電腦系統可以自動識別每天的開關時間，與外界環境無關，這就大大減少外界環境給系統造成的誤差。手動控制只有在特殊情況下才能使用，只要按下手動開關，日光溫室卷簾就會鋪放或收攏，不受時間限制。另外，系統還具有時差補償、時間調整（包括年、月、日、時、分、秒、周）等功能。當外部供電臨時停止時，本儀器會自動啟動備用電源（內電源），使存入的數據不丟失，時鐘正常運行。

4 研究結論

4.1 建立基礎數據庫

按照氣象部門每天定時的太陽輻射、溫度觀測值，依據太陽輻射的變化規律，建立基礎數據庫；依據數據庫分別選擇上午太陽輻射在20～40 w/m2，下午太陽總輻射在110～50 w/m2之間為最佳揭蓋簾時間，同時結合二十四節氣規律和多年實際工作經驗，確定了最佳的系統運行參數，是溫室自動卷簾的基礎系統（表2）。

4.2 研發自動卷放簾控制系統

以最佳的系統運行參數為基礎，選擇適宜的自控元器件和動力元器件，經過嚴密組裝配合，組成自動卷放簾控制系統，是溫室自動卷放簾的核心系統，是區分于常規自動卷簾的主要標志，可在沒有工作人員的情況下自動進行保溫簾的卷放，實現溫室光照與溫度的有機配合。自動卷放簾控制系統的核心系統全部成本約2 000元，使用壽命5年以上。投資回收率快，成本低廉，易于推廣。

4.3 編程數據

將揭蓋簾開啟和關閉時間組輸入到微電腦定時控制器，定時控制器按照設定的時間進行相應的控制，控制信息傳送給設備，完成自動控制。在一個定時控制器上可以設定多組器時間，操作簡單、使用方便。同時還安裝遙控器控制和手動控制，在自動控制出現錯誤時，遙控控制和手動控制任何一個都可以來控制整個系統。

5 技術成熟度及推廣應用情況

5.1 技術先進性和成熟度

國內先進的自動卷簾機系統主要是以手動開關控制自動卷簾，而研發的日光溫室智能化自動卷簾控制系統主要是用已輸入的數據庫自動開啟器，從而達到自動卷簾。該系統是以當地的太陽總輻射氣象觀測值為基礎，依據二十四節氣規律和實際工作經驗，確定了最佳的揭蓋簾時間，然后在微電腦控制器中輸入揭蓋簾時間，實現自動控制操作。日光溫室自動卷簾控制系統是將智能化和機械化相結合，結構簡單，操作方便，能自動控制拉放時間，卷放自如，大幅度地提高效率，極大地減輕了勞動強度，解放了勞動力。每次只需6～7 min，每天可使作物延長光照時間1～2 h左右，改變了作物的生長環境，極大的提高了日光溫室的種植效益。

5.2 發展前景分析

日光溫室是北方農村發展經濟、提高農民收入的重要手段之一，也是農民返鄉創業的重要項目，日常管理中人工卷簾是體力勞 動相當大的一個環節。由于電動卷簾機卷簾與人工卷簾相比具有減輕勞動強度、提高作業效率、延長光照時間等優點受到大棚種植戶的歡迎應用越來越普遍。

5.3 推廣應用情況

此項技術的發明，實現了溫室保溫簾的自動化控制，工作人員不在現場亦能實現準時自動卷簾，揭蓋簾時間在6～7 min，縮短了揭蓋簾時間1 h；由于增加了光照時間，充分地利用了時間和光照強度，可提高棚內溫度2～3℃，滿足溫室作物生長需要，促進溫室作物增產；可大大延長溫室光照時間，溫室積溫增加，使溫室內作物生長周期縮短、早熟，作物能提前上市5～10 d，賺取時間差價；改變了傳統人工卷簾的操作方法，提高卷簾效率十幾倍，減輕了人工卷簾的勞動強度，提高了勞動效率。

6 存在問題及解決辦法

6.1 保溫被過卷事故

保溫被在降雪后自動卷起時，易發生從溫室后坡面滾下，對棚頂造成很大損壞，還容易造成人身傷害。通過在棚頂卷起保溫被的停放位置設置了行程開關，當卷起的草簾到達停放位置時，行程開關自動切斷電源，卷簾機停止運行，防止了由于卷過而造成保溫被墜落。

6.2 電機和卷簾機損壞

在卷簾機卷起草簾時，如負荷超過電機的額定負荷，會使電流過大燒毀電機，甚至損壞卷簾機機頭。該系統設置了限流保護電路，當電流超過設定值時，會自動將電源切斷，保護了電機和卷簾機。

[1] 李 鋒，陳學東 溫室卷簾機自動控制系統的設計與應用 寧夏農林科技，2012，53（12）：181～182

[2] 朱瑜紅．基于 STC 單片機的溫室定時自動卷簾控制器設計與實現．江蘇農業科學，2015，43（12）：485～487

[3] 叢祥安，于麗穎．日光溫室卷簾機電氣保護裝置的設計與研究．特色農業，2008，（1）：10～11

[4] 王晉生．日光溫室卷簾機的應用與推廣．農機推廣與安全，2006，（11）：38

國家科技部星火計劃項目，項目名稱：甘肅半干旱區日光溫室自動控制技術應用示范，項目編號：2015GA860004）

石建業（1963年—），本科，研究員，主要從事設施農業抗旱品種、節水灌溉、栽培技術及設施農業自動控制研究。電話：18909328965，E-mail：dxsjy889@163.com

羅有中（1966年—）本科，高級農藝師，主要從事旱作農業技術研究和農業自動控制技術研發