一种新型农业大棚及其控制系统的设计

　　摘要]从经济环保的角度出发，通过对农业大棚作物的传统灌溉方式的改进，在大棚内，农作物的上方安装根据大棚内温度、土壤湿度由电路系统调控喷洒模式的创新型灌溉系统。系统首先进行喷灌，水呈雾状均匀喷洒到农作物上；系统能灵敏检测到土壤RH的变化，当土壤湿度达到一定RH值时，利用MCS-51单片机系统自动地切换到滴灌模式，对农作物进行缓慢灌溉，最终土壤达到系统预定的RH值时，系统自动停止灌溉。采用的单排喷洒装置可在吊顶导轨上直线行进，实现对直排式作物的均匀灌溉。

　　[关键词]创新型灌溉系统；MCS-51单片机；温度；RH

　　1设计整体结构

　　利用机械结构、电子器件构思出系统的整体结构，起初，可以提建立三种设想：一是参照以色列沙漠种植的成功案例，在大棚中嵌入控制系统（可以利用单片机），即每一棵植株受控于一个单独的控制单元，该控制单元可根据对温度、湿度的监测独立实现对喷洒系统的调控（可利用温敏、湿敏电阻元件），这种设想可以最大限度发挥控制系统的作用，并预期在节水方面达到最佳效果；二是采用密布式吊顶结构，对作物群进行统一喷洒，喷洒装置不是独立单元，而是呈阵列分布，固定于吊顶之上，对温度、湿度的监测系统不是服务于单独的植株，而是对作物群进行整体监测，喷洒阵列根据此统一的监测系统适时转换喷洒模式，该设想可将电路系统最大限度的简化三是采用单排传动式喷洒系统，即将喷洒装置安装成一列，并利用传动系统实现单排行进，在行进过程中完成喷洒，并根据检测系统对温度、湿度的监测完成喷洒模式的转换。对比三种设想，第一种方案虽然有良好的节水效果，但存在两个难点，一是难以实现将植株按照既定的单元种植，二是独立控制的电路系统较为复杂，难以实现，此外该方案成本极高；第二种方案虽然布线简单，易于实现，但需要大量的喷洒装置，增大了输水管道布局的复杂性，水压难以控制，达不到节水效果；第三种方案是对前两种方案的折中，虽然外加了传动装置和单独控制传动的电路系统，但整体结构易于实现，并且这种喷洒方式可以达到节水效果。综上，选择第三种方案即单排传动式喷洒系统。

　　2设计传动系统

　　在该阶段，可以就单排传动系统的行进导轨形状和传动方式设计出不同方案。

　　2.1导轨形状

　　一是服务于现有通用的大棚结构，即吊顶导轨呈中央凸起的圆弧状，单排喷洒装置在此圆弧形导轨上行进并完成喷洒。二是导轨呈直线斜向上，线端点为大棚圆弧顶点以及下部切点。三是直导轨平传动，直线端点为大棚圆弧的两个下切点。出于降低设计难度的考虑，我们选择了第三种方案，即直导轨平传动。

　　2.2传动方式

　　采用带传动，将单排喷洒装置固定于传送带上实现行进；采用螺旋传动（利用丝杠实现）；采用滑轮悬线牵引行进。出于提高传动稳定性的考虑我们选取了第二种方案，即利用丝杠传动。

　　3实现对温度、湿度的监控

　　在单片机电路系统中嵌入温敏电阻元件和湿敏电阻元件（也可用温度、湿度传感器代替），电路连接方式如图3。

　　4设计特色

　　充分考虑了我西北地区水资源短缺的问题，利用简单机械传动机构和电子系统相配合的方式实现电路系统自动控制机械传动，自动控制喷洒，最大限度实现对水资源的合理利用，通过改变单片机设置不同参数进行模式转换，本系统不仅适用于单一作物大棚，还可适用于对多种不同习性（指对温度、湿度要求不同）的作物实现合理喷洒灌溉。

　　5推广及其应用情况

　　目前本系统尚处于模型制作和实验阶段，如后期可以推广向市场，则可以考虑用成本更低的材料代替目前模型所用的材料，如在电路系统中嵌入采用更清洁的能源如太阳能电池为系统提供动力，还可利用太阳能为输水管道加热，以满足作物生长对水温的要求。另外，可以更大限度利用单片机的功能，开发出更多的模式（设置不同的既定温度值和湿度值）以满足更多品种作物生长的要求，以使该系统具有更强的市场竞争力。

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