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1、 谨以此论文献给我敬爱的指导老师殷波以及我 亲爱的家人 V朋友和同事们！ 王文新 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 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
2、： 1、 学校有权保留并向国家有关部门或机构 it 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宄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： 纟咏 剧輕字 :取爽 签 字 曰 期 年 夂 月 兮 签字日期 :&j 以牢 y 月 a?日 学位论文版权使用授权书 拱式蔬菜大棚自动控制
3、系统的设计 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 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 温拱棚己经成为现代化农业的重要组成部分。 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，实现了拱棚的髙度智能化。它的原理是对影响作物生长的环境参数进行检测 采集并进行相关信息的显示，方便工作人员及时了解蔬菜生长相关信息，并通过 中央计算机对采集信息进行处理，控制相应的开关设备，实现智能拱棚的自动控 制。这种技术还可根据蔬菜作物生长的最佳条件对开关设备进行预设定，促进了 作物的高产，同
4、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，在文章中对覆盖物进行了详细的分类和选择。 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
5、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。 智能拱棚改善了传统的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，提高了测控精度和控制相应开关设备的及时性，降低了工人的劳动强度， 实现了根据外界条件精确的种植蔬菜。智能拱棚控制系统实现了环境数据及作物 相关信息的精确采集，并根据采集信息控制相应设备，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，提出了能源方面向着光伏供电、地源热栗方向发展，并结合 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 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。同时对本次智能拱 棚
6、自动化控制系统的研宄工作进行了总结和展望，提出了完全智能化的拱棚控制 系统的设计理念。 关键词：拱棚；单片机； RS-485 总线；上位机 _ 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 _ Design of Automatic Control System For Arch Greenhouse ABSTRACT With the development of economic, the research for modernize agriculture would be more and more taken seriously. In the vegetable cultivation, the
7、 intelligent greenhouse has already become an important part of modem agriculture. The intelligent control system for vegetable greenhouse that is gradually developed is an efficient new resource-saving technology in Shouguang known as the vegetable town of China in recent years. It combined with co
8、mputer control technology on the basis of ordinary greenhouse to promote the greenhouse highly intelligent . This technique is based on the best conditions for the growth of vegetable crops to be pre-set to promote the high yield of the crop while saving labor. The lighting covering on the smart she
9、d is the most basic material,it ensures the normal planting crops in the not-open-air environment, at the same time to achieve the purpose to regulate growth cycle to prevent pests and diseases, and the purpose of improving the yield and quality of vegetables.In the article the cover were classified
10、 and detailed. The design thought of intelligent greenhouse is using microcontroller as the control the use of automation technology to acquisition parameters of the Shed air temperature, air humidity, soil temperature and humidity, light intensity, shutter time, carbon dioxide and oxygen concentrat
11、ion, and a number of importantthe data and displayed in the Shed through a wireless transmission network to facilitate staff promptly adjust the default parameters, but also through the RS-485 bus data acquisition information to the host computer and data processing, intuitive show to workstaff, wit
12、h alarm system, realize remote monitoring and control, to constitute the smart shed the comprehensive monitoring network, the more accurate the greenhouse temperature and humidity, ventilation time, illumination time and timing shutter time automatic control. The intelligent greenhouse will improve
13、the defects of fuzzy management that vegetable growers on vegetable growth rely on in the past experience, in todays conditions of production, the measurement of temperature, humidity, soil temperature and humidity and carbon dioxide content in shed, most 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 growers are manually estimat
14、ed based on crop growth conditions caused by low accuracy and control, not in time, labor-intensive, and easier to irreparable losses. Smart Shed achieve precise control by means of collecting environmental data and crop-related information, and improve labor efficiency, vegetables quality and yield
15、 of crop growth conditions. In the end of the paper, combined with the current developments of plastic greenhouse, I predict the trends of vegetables greenhouse,carry out the summary and outlook for the Smart Shed research and put forward the design concept completly intelligent. key word: plastic g
16、reenhouse; the microcontroller; RS-485 ;host computer 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 目录 1 前言 . 1 1.1 拱棚介绍及课题来源 . 1 1.2 国内外现状 . 2 1. 3 发展趋势 . 3 1.4 整体组成及框图 . 4 1.4.1 组成及原理 . 4 1.4.2 整体框图 . 5 2 覆盖系统及调节设备 . 7 2.1 覆盖物的选择 . 7 2. 2 机械传动装置 . 9 2.2.1 减速器的介绍 . 9 2.2.2 传动装置的控制 . 10 2.3 控制设备介绍 . 11 3 控制系统设计 . 13 3.1 环境中温湿度的检
17、测 . 13 3.1 .1 影响蔬菜生长的环境因素 . 13 3.1.2 单片机系统 . 14 3.1.3 温湿度显示系统 . 17 3.1.4 硬件组成 . 20 3.1. 5 软件部分 . 27 3. 2 二氧化碳及光照的测量 . .28 3. 3 土壤参数的检测 . 29 3. 3.1 土壤参数介绍 . 30 3. 3. 2 土壤酸碱度测试仪介绍 . .31 3. 3. 3 土壤温湿度的测试 . 31 4 系统通信程序设计 . 37 4.1 上下位机概念 . . . 37 4. 2 通信方式 . .37 4.2 主从机通信连接 . 39 5 总结及展望 . 42 参考文献 . . . .
18、 45 m M . 49 个人简历及发表的学术论文 . . 51 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 1 刖 S 1.1 拱棚介绍及课题来源 1995 年 4 月 6 日，山东省寿光市被国家正式命名为 “ 中国蔬菜之乡 ” ，经过 十几年的发展，目前寿光市共有冬暖式蔬菜大棚 41 万个，年产蔬菜 41 亿公斤，成 为名副其实的中国一号菜篮子，种植蔬菜的收入已经超过当地农业收入的 70%, 因此对蔬菜大棚应用技术的研宄越来越显得重要，自动化控制的蔬菜大棚已成为 高效农业的一个重要组成部分。经过笔者实际调查，目前寿光市的蔬菜大棚基本 有两种，一种是土墙式的大棚，俗称冬暖式蔬菜大棚，这种棚的特点是保温效
19、果 好，缺点是前后两个棚间距大，造成土地利用率低，造 价高，要用专业机械建造 ; 另一种是全支架结构的大棚，俗称拱式大棚，由于拱式大棚的结构特点造成人工 覆盖保温难操作，保温效果不如土墙式好，但是拱棚建造容易，不需要专门机械， 棚和棚之间的距离小，节省土地，采光好。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，并提高自动化控制水平，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。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
20、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，再在拱棚内加上自动控制系统后，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。拱棚自动控制系统使用后，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，并且建棚成本较高
21、，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 1 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 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 拱棚自动覆盖，棚内气候自动调节，逐步替代上墙式的问题，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 利用大棚进行作物栽培，国外叫设施农业，我国叫工厂化农业。一般来说设 施农业是具有一定的设施，能在局部范围改善或创造出适宜的气象环境因素，为 动植物生长发育提供良好的环境条件而进行有效生产的农业。具体到大棚温室栽 培来说，它以玻璃或者塑料薄膜为
22、采光材料，外面覆盖保温材料，可以在冬季或 其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。大棚温室生产以达到调节产期，促进 生长发育，防止病虫害，提高产量，质量为目的。而温室设施的关键技术是环境 控制，该技术的最终目的是提高控制和作业精度。 自 20 世纪 70 年代以来，国外设施农业发 达的国家在温室环境技术配套工程 方面进行了大量的研宄，并取得了一些技术成果。以荷兰为代表的欧洲国家设施 农业规模大，自动化程度高，生产效率高，设施农业内的光，水，气，肥等均实 现了智能化控制 2;以色列的现代化温室可根据作物对环境的不同要求，通过计 算机对内部环境进行自动检测和调控，实现温室作物全天候，周年性的高效生产
23、。 美国，日本等国还推出了当今世界最先进全封闭式生产体系，即利用人工补充光 照，采用网络通讯技术和视频技术进行温室环境的远程控制与诊断，由机器人或 者机械手进行移栽作业的植物工厂，可以大大提 高生产效率和产量。 我国目前的设施农业还处在初级发展阶段，特别是广大农村，因为生产分散 , 缺乏技术指导和资金支持，形不成生产规模。就寿光市而言， 80%的温室大棚采 用最低级的手动控制。生产一线的种植者既是温室的传感器，又是对作物进行管 理的执行机构，他们是温室环境控制的中心。他们通过室外的气候状况和作物生 长状况进行观测，凭借积累的长期的经验进行直观的推测和判断，手动调节大棚 内的的环境。这种控制是最
24、直接，最有效，最迅速的，也符合传统农业的生产规 律。但这种方式的劳动生产率很低，对种植者的素质要求较高，不适 合农业现代 化的要求。可喜的是近年来随着农村土地流转，一批技术和资金以农场或者公司 的运作方式进入到设施农业中去，建立了现代化的蔬菜大棚。这种大棚控制系统， 2 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 在温室自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结收集农业领域的知识和各种 实验数据构建起专家系统，建立植物生长的数学模型，研宄开发出一种适合不同 作物生长的专家控制系统，自动的对温室内的环境气候进行调节，以适合不同时 期的作物生长。 目前，拱棚保温装置方面的研宄主要是山东省农业科学院 2008 年
25、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。 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
26、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 理水银温度计，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、 空气中二氧化碳等的含量情况对拱棚进行自
27、动控制，自动调节到预先设定蔬菜生 长的条件范围中，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。 蔬菜拱棚自动检测系统能够自动检测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，采用数字式传感器和无线传输方式，解决了以往 拱 棚布线困难，测试数据易受干扰等缺点，实现了数据测量准确，可靠度高，精 3 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 度好，整体运行稳定，在蔬菜拱棚及冬暖式土棚中有很好的应用前景。 拱棚自动控制系统今后将向模块化、科学化、大型化，操作方便化、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
28、果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己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 w，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
29、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、 滴灌保湿、人工补光等操作，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釆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。 4 拱式蔬菜大棚自动
30、控制系统的设计 图 1-1 智能拱棚的功能框图 1.4.2 整体框图 智能拱棚自动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： 第一章为前言，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。 第二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。 第三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
31、。 第四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 5 _ 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 _ 集中处理。 第五章为总结与展望，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。 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 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，
32、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
33、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
34、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。 7 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 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，同时由于釆用缝合技术，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
35、，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 1(TC 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
36、当属最佳。相比其他保温被，一次性投入成本 大，但以使用年限来计算（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，因其良好的保温性能，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
37、右，而在东北，内蒙等地，平均温度要比 其他 保温被高 6C。 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 8 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 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，并且吸附大棚膜上的尘土
38、，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
39、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个 齿，从而减速，再通过 W 输出机构，将摆线轮的自转运动传递给输出轴，从而 使得输出转速大大降低。 行星摆线针轮减速器应用非常广泛，在环保、石油
40、、化工、纺织、输送、起 重、冶金等行业中作驱动和减速装置 8，它独特的平稳性使得在各个行业和领域 被广泛的使用。摆线针轮减速器的特点如下： 9 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 1) 无论是单级传动还是多级传动，都会存在很大的减速比和高效率，效率 能达到90%,单级传动能达到 1:87. 2) 采用行星传动原理使得结构紧凑，体积小，输入输出轴在同一轴心上， 使得机型尺寸会很小。 3) 使用寿命长，可靠性高，部分传动采用滚动摩擦。具有机件平衡的机理， 使得其运转平稳噪声低。 同时摆线针轮减速机在常温下采用的是 40#和 50#机械润滑油，想要获得更 好的减速机的性能，延长寿命，也可采用更好级别的极
41、压齿轮油；本设计中的减 速器的润滑机构采用油池润滑，油面高度在视油窗的中部即可，严防油泵断油， 避免减速机的关键部件损坏。摆线针轮减速器可以再长时间工作，可实现正反转， 从而实现卷帘机的收放。 摆线针轮行星减速器是变速箱传动装置中非常重要的部件，它的小体积、轻 重量、高效率是本设计采用的重点，在全面考虑了多齿啮合、轮齿均载及运行平 稳等要求下，实现了承载能力高、传递效率高、可靠性高等指标，设计了该摆线 针轮行星减速器。此摆线针轮行星减速器在很多场合可替代二级三级的齿轮减速 器或者涡轮减速器，良好的优越性使得摆线针轮行星减速器越来越 普及，性能也 越来越完善。 2. 2. 2 传动装置的控制 减
42、速器作为电动机输出的接受器，同时也是拱棚保温被卷放的输入装置，作 为中间环节，性能的好坏固然重要，但是与电机功率等的良好匹配也是非常必要 的，这就要根据拱棚的长度，保温被单位面积的重量进行合理的选择电机功率， 怎本设计中采用的是复合材料大棚保温被，重量轻，保温性能好，实验拱棚为 80M 的中等棚，选择功率为 1.6KW的三相异步电机，经过实验证明此电机能很 好的满足设计要求。整个传动装置的流程图如2-1，己经安装于实验现场的电动 机与减速器的组合如图 2-2,此图采用的是一侧式，适用于小型拱棚。在拱棚较 大的情况下采用中间式。 10 拱式蔬菜大棚自动控制系统的设计 图 2-1 智能拱棚传动装置
43、流程图 图 2-2 减速器及电动机组成的传动装置（一侧式 ) 2. 3 控制设备介绍 拱棚顶部微喷、天窗调节湿度、温度：空气温湿度传感器接受来自空气中的 温度湿度信号，根据预先设定的要求，经过微处理器的数据处理，从而控制步进 电机带 动电控天窗拉绳，实现天窗开口的拉开与闭合；如果空气干湿程度离预设 值较远，这时候需要开拱棚顶部的微喷探头，从而实现温湿度的调节。 调节土壤湿度：如果土壤湿度传感器接受来自土壤中湿度的传递信号经过微 处理器处理后与预设定值存在差异，这时候需要对土壤进行浇灌，此时就会打开 滴灌设备，对蔬菜作物进行浇灌，保证蔬菜作物的正常生长。 加温系统调节温度：在冬季，天气寒冷干燥时，大棚内的蔬菜生长温度单靠 拱棚保温被的温度达不到理想的生长温度，这时候需要加温系统。加温系统采