一种多功能自动化大棚的设计研发

罗杰

广安市农业农村局，四川广安

随着高效、绿色、生态农业的发展，节省能源、使用方便、节约空间已成为大棚种植的发展新方向。传统大棚通常使用竹结构或者钢结构的骨架，多为拱形排列，上面覆上一层或多层保温塑料膜，即形成了具有保温性能的框架覆膜结构。随着农业技术的发展，自动喷淋、自动补光等技术开始应用于大棚生产，但现有技术还不够成熟，没有完全实现大棚的一体化和自动化生产，需要耗费大量的人力物力。因此，研制一种集雨水节灌、自动监测、自动化喷淋加自动化施肥于一体的大棚，对提高劳动生产效率、节约资源等具有重要意义。

1 整体结构

多功能自动化大棚为交叉式钢架结构，主要由喷淋设备、温湿度传感器（H-THRJ45）、光照传感器（FMGZ）、管线、悬挂薄膜、水槽、蓄水池、集水池、水肥处理池、气压箱、电气控制室（STC89C52单片机）、捕虫网、电源模块和卷收器等组成（见图1）。

图 1 整体结构图

2 工作原理

大棚的顶部采用钢架进行交叉式搭建，塑料薄膜安装于钢架之上，喷淋设备安装于钢架的交叉处，温湿度传感器、光照传感器和捕虫网安装于钢架上，水肥滴灌管线安装于大棚底部，悬挂薄膜安装于大棚的前后侧，悬挂薄膜缠绕在卷收器上，水槽安装于大棚外部的四周，相互连接，将收集到的雨水利用连通管原理送到集水池，进行沉淀、过滤，集水池与水肥处理池联通，需要用水时打开连接开关，太阳能电池板为整个大棚提供动力来源。

在大棚工作过程中，温湿度和光照的规定值在电气控制室中设定。温湿度传感器和光照传感器不断地监测大棚内的温湿度及光照强度，并将数据传递给电气控制室的单片机进行分析处理。一旦发现温湿度异常，电气控制室则将该大棚环境定义为“可浇灌环境”并下达指令给喷淋设备，喷淋设备开始360°喷淋，保证大棚内的温湿度正常。一旦发现光照强度异常，电气控制室通过通信连接下达指令给卷收器内的驱动电机，驱动电机带动卷收器内的转轴转动，缠绕在卷收器上的悬挂薄膜因转轴转动被打开，实现大棚内的光照强度调节。当需要施肥时，将肥料倒入水肥处理池中，并将集水池中的水引入水肥处理池，与肥料充分混合，气压箱将水肥送入到大棚底部的管线中，实现自动施肥。同时，气压也在一定程度中起到了松土的作用，无需人工松土，整个过程成功实现了大棚种植的多功能和自动化。

3 关键零部件的设计

3.1 喷淋设备

喷淋设备为360°旋转喷头，保证在喷淋过程中无死角，喷洒均匀，提高了工作效率。

3.2 温湿度传感器

温湿度传感器的型号为H-THRJ45，性能稳定，抗干扰能力强，测量精度高。

3.3 光照传感器

光照传感器的型号为FM-GZ，其体积小，安装方便，测量精度高，响应速度快，稳定性好。

3.4 悬挂薄膜

悬挂薄膜为拉链式悬挂薄膜，拉链式的设计便于打开大棚，及时散热降温。

3.5 雨水节灌

主要是在大棚四周安装节水管道，将雨水收集至蓄水池，实现了雨水的回收利用，节约水资源。

4 结论

本大棚为交叉式钢架结构，更稳固、耐用且节省钢架；温湿度传感器、光照传感器的有效连接，可实现大棚的自动化喷淋；前、后侧悬挂薄膜的升降等功能，实现了大棚内部温湿度、光照等的自动调节；雨水节灌和滴灌施肥等技术的应用节约了水资源，减少了化肥的使用量；捕虫网的设置可生物防虫害，减少农药施用；太阳能电池板蓄电，可为大棚提供生产用电。多功能自动化大棚实现了大棚种植的多功能和自动化，节约了水资源和大量的劳动力，在一定程度上顺应了科学发展的理念，实现了产业的高效、节能、环保。