教学型温室大棚的研制

李岩舟，周 清，班彩霞，陈科余，詹 荣，邹 明，韦敏立

（广西大学 机械工程学院，广西 南宁 530004）

广西大学作为一所211类地方性院校，主要的办学定位是立足广西，服务广西，服务“三农”，服务北部湾开发。本专业培养出的人才，如何能满足广西农业特色优势产业机械化发展，能满足东盟自由贸易区对广西农机业的要求，将成为本专业培养中的重点。

由于广西目前的农机市场主要是在东南亚，要想在该市场上具有一定的优势，必须大力发展农机自动化控制技术。这就要求我们农业机械工程及其自动化专业的学生，除了要学习传统的农业机械知识外，还要增加新兴的机电一体化技术方面的内容。在此背景下，本专业于2006～2007学年第一学期，开设了机电一体化系统设计这门课程。

农机专业机电一体化系统设计这门课程，作为农业机械化及自动化专业大四上学期的专业选修课，是农机专业多门选修课程的一个总结。其将前面所学测试技术、电工学、微机原理以及其他机械类课程的知识进行了汇总。如何让学生更好的理解学过的知识并学以致用，进而能自主设计机电一体化产品，成为本门课程的一个重点和难点。

通过对区内外各兄弟院校农机类专业课程的调研发现，各院校为提高学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，不约而同地通过加大实验教学力度，来提高学生的学习效率和品质，但各院校大都采用室外实验教学的形式进行。对于广西大学来说，农机专业实验教学面临着室外实验场地不足、设备严重老化的问题。所以通过大量的调研后，决定研制一款教学型温室大棚[1]，作为农机专业机电一体化课程的实验设备。

1 教学型温室大棚的设计思路

传统的温室大棚，是农业机械中较为重要且综合性较高的设备，由于其包含各种控制系统、执行机构及机械构架，一直为农机专业实验教学所青睐。本专业在设施农业课程中，已开设类似实验。学生主要通过去使用户外的温室大棚了解相关知识。但由于其操作控制要根据室外环境变化来进行，难以达到实时控制，学生只能停留在对温室大棚构架和原理的了解上[2]，对其控制及细节上把握不够，最后导致实验变成了参观，无助于提高学生的实践教学。

所以，针对这一问题，有必要设计一种用于实验教学的温室大棚，要能满足如下要求：

（1）占用空间尽可能小，以满足室内教学使用；

（2）能够模拟外界环境的变化，按照试验需要设置环境；

（3）设置相关测量传感器，能够测量温度、湿度及光照情况；

（4）设计便于操作的控制系统，收集传感器输入信号，输出控制信号给驱动器。

（5）设计驱动设备，实现温室内部环境的控制。

2 教学型温室大棚的整体设计方案

教学型温室大棚整体方案的设计，主要从大棚的骨架、遮阳幕系统[3]、光照控制系统、湿度控制系统、温度控制系统等方面来进行研究[4]。

温室的组成，首先要有一个能够承载重荷的骨架，骨架位于跨度之间，并且在承受载荷之后，不能有过大的变形，其次还要考虑大棚的通风、采光等其他性能，从而充分发挥设施农业的优势，减少农业生产在自然灾害中的损失，提高经济效益。

图1为设计的温室框架模型[5]，体积为200 cm×150 cm×150 cm，框架主体为Q235万能角钢，用不锈钢螺栓连接，用PE塑料薄膜覆盖，顶部安装遮阳网。

图1 温室框架模型

教学型温室控制系统，主要由STC12C5A60S2单片机、DHT11温湿度传感器、GZD-V1-15光照度变送器，LCD液晶显示、继电器控制模块、报警模块、LED指示灯、电炉加热装置、加湿器、排风扇、遮阳篷及荧光灯组成[6]。

其中，

STC12C5A60S2单片机，主要完成对外围硬件的控制以及一些运算功能；

DHT11温湿度传感器，输出数字信号给单片机；

GZD-V1-15光照度变送器，输出模拟信号，经单片机内部AD转换模块转换；

LCD液晶显示，实时显示温湿度及光照强度值；

继电器模块，起隔离控制电流与工作电流作用，实现使用单片机小电流控制大电流的目的，通过继电器控制外部电器工作，实现对温室实时准确控制。

本系统控制原理结构框图如图2所示。

图2 教学型温室控制系统结构图

其由分布式的数据采集与控制系统组成，外界环境模拟箱可通过人工控制，模拟外界环境变化（如温度、湿度、光照强度等）。在模拟箱内，安装了数据采集的传感器，将光照变送器的输出模拟信号和温湿度传感器的数字信号传递给单片机，单片机负责处理输入信号并做出实时判断，智能控制温室内的执行机构，发生相应动作，使温室内环境与外界环境形成负反馈，维持适合作物生长的环境条件。同时为了提升控制的灵活性，另设置了点动控制按钮，使其更适合教学与生产要求。

3 结束语

本实验装置，给学生提供了一个良好的机电一体化课程的实验平台。通过基本验证性实验，给学生提供了一个机电一体化系统分析、控制和设计的学习平台；通过实践，使学生系统地掌握有关机电一体化技术基础知识，培养学生综合利用基础知识和技能来分析和解决机电系统工程实际问题的能力；通过该综合实验环节，使学生掌握到先进的控制技术，通过亲自动手拆装、编程、调试，将能更好地锻炼学生的动手能力，真正起到提高实践能力、培养创新思维的作用。

同时实验装置还能用于农机专业新生入学的专业教育上，增加本院机电专业学生的实验项目，让同学通过对该实验装置的了解，激发学生对农机的兴趣，树立对农机的信心，明确未来的学习方向。

[1]张 鑫.大棚型日光温室性能及其应用技术研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2010.

[2]郭长江，杨改云.玻璃温室结构设计[J].郑州轻工业学院学报，2000，（1）：65-67.

[3]刘东来.我国目前使用的温室遮阳系统类型及性能（一）[J].设施园艺，2000，（9）：8-9.

[4]蔡启运.温室与大棚的设计[J].天津农业科学，1980，（02）：13-19.

[5]张安祥，孙 测，陆永强.装配式单栋钢管大棚的结构设计及搭建[J].浙江农村机电，2008，（4）：39-41.

[6]刘俊岩，张海辉，胡瑾，岳青，陈希同.基于ZigBee的温室自动灌溉系统设计与实现[J]，农机化研究，2012,33（1）：111-118.