温室大棚智能除雪系统的设计与研究_王梓铭.pdf

DOI 10 19392 j cnki 1671 7341 201902007 温室大棚智能除雪系统的设计与研究 王梓铭 陈秀芬 湖州市爱山小学教育集团 浙江湖州 313000 摘 要 基于对温室大棚除雪功能运用的深入研究 研制出了 温室大棚智能除雪系统 模型 此款智能除雪系统能够很好地 解决温室大棚除雪不便的实际问题 可以为农业种植户提供方便 减少因雪灾但来的经济损失 本文详细介绍了此款温室大棚智 能除雪系统的设计与制作 关键词 温室大棚 模型 自动除雪 使用说明 一 绪论 玻璃蔬菜温室大棚是具有出色的保温性能的框架结构大 棚 它的出现使得人们可以吃到反季节蔬菜 从而很好的解决 了人们的 菜篮子 问题 但是由于面积过大 造成骨架支撑结 构不强 在大雪中容易坍塌 给国家和种植户带来极大的经济 损失和不便 为了抗击雪灾 人们想出了各种因对办法来减轻 雪灾所带来的损失 针对不同建筑种类的大棚 运用了各种除 雪方法来清除积雪 防止因积雪过多而造成大棚的倒塌 如 1 利用空调制热原理除雪法 连栋温室大棚因不易上人清 雪 制热时 制冷剂被压缩机加压 成为高温高压气体 进入温 室内机的换热器 此时为冷凝器 冷凝液化放热 成为液体 同 时将室内空气加热 从而达到提高室内温度 并在温室内顶部 加装暖风筒 把多个大棚连通 融化顶部积雪至温室天沟 在天 沟的顶面 须加防冻液 或下面加装融雪管道 将天沟上的积雪 融化流掉 以减轻温室的压力负荷 但不足之处在于建设繁琐 成本较大 一般农业种植户经济无法承担 2 手持式吹雪机除 雪法 优点是设备携带方便 经济成本轻 适合小面积使用 但 需人工不定时清除积雪 具有时效性 晚上不能及时使用 且只 能在积雪不大 没有成冻雪的情况下使用 运用情景较为单一 3 使用消防水带利用高压冲水除雪法 该方法只适合室外温 度较高 积雪较薄的环境中使用 否则会造成积雪冲刷不净 水 被积雪阻挡 加上室外温度低 极易出现冰冻 增加大棚顶部的 压力负荷 加大大棚倒塌的几率 4 撒融雪剂除雪法 氯盐类 融雪剂的融雪原理是 氯盐类融雪剂溶于水 雪 后 溶液的冰 点下降 都在零度以下 如氯化钠溶于水后冰点在 10 氯化 钙在 20 左右 醋酸盐类可达 30 左右 盐的溶解使含盐雪 水的凝固点降低 因此在雪水中溶解了盐之后就难以再形成冰 块 其原因是 融雪剂溶于水后 水中离子浓度增大 使水的液 相蒸气压下降 但冰的固态蒸气压不变 为达到冰水混合物平 衡共存时固液相蒸气压相等的状态 冰便融化 故洒上融雪剂 可以除冰雪 但是对环境的危害也是不容忽视的 特别是可能 对土壤有害 对农作物的生长也可能不利 5 温室大棚内部烧 火加温法 通过在大棚内部放置加热的装置 如电炉 生火 烧 碳等 但极易引发火灾和一氧化碳中毒 综合上述各类除雪方法均有利弊 因此 现研究大棚智能 除雪系统 很好的解决了此问题 此款除雪装置添加成本低 操作便捷 能自动清除积雪 因此具有较好应用前景 二 功能简介 温室大棚智能除雪系统通过压力传感器感知到大棚顶部 积雪达到预设压力的情况下 将信号反馈给微型电脑控制板 由控制板接通电路并发出加热指令至电热丝 通过电热丝发热 进行融雪除雪工作 吹风系统作为除雪辅助 对积雪进行机械 吹风除雪 以上 2 个系统均能实现自动与手动开启从而达到 智能除雪的功能 即解决了温室大棚除雪不便的实际问题 三 温室大棚智能除雪系统 的主要结构 1 温室大棚 2 电源开关 3 arduino uno 控制模块 4 ar duino uno 控制模块供电电池 5 薄膜式压敏电阻 6 加热电热 丝 7 光电耦合继电器供电电池 8 光电耦合继电器 9 稳压 模块 10 吹风系统 温室大棚智能除雪系统 的实用模型图 四 温室大棚智能除雪系统 的物理原理 自动除雪系统 查文献分析可知 当积雪达到 10cm 时 温 室大棚就会面临被压塌的风险 也就是说 10cm 为一个阈值 装 置最好能够在积雪达到 10cm 之前就能开始工作 而压敏电阻 是一个感应压力从而转变自身压力值的存在 无法直接感应雪 的厚度 现需要将其两者进行一个转换 雪的密度变化范围很 大 新下的松软雪的密度为 0 04 0 1 克 立方厘米 融雪时雪 的密度可达 0 6 0 7 克 立方厘米 雪的平 均密度为 0 2 0 25 克 立方厘米 现取其平均值 本模型温室大棚单面的面 积约为 40cm 60cm 根据密度公式 m v 可知 10cm 厚的积 雪质量可达 6Kg 根据重力公式 G mg 其压力为 58 8N 但积 雪不是单单作用于一点 而是整一个面 则我们需要重新计算 薄膜压敏电阻上感受到的压力 测量得到薄膜面积约为 20 平 方厘米 占比 1 120 则其感受到压力值为 0 49N 即当压敏电 阻感受到压力为 0 49N 时 必须启动电路开始工作 arduino 为 信号处理装置 在接收到压敏电阻信号后 控制输出模块即电 热丝和风扇进行加热和吹风 以此达到除雪功能 五 温室大棚智能除雪系统 的制作方法 1 外形材料选用强度大能见度好的 AWWP 材料 用广告 雕刻机切割再拼合而成 长宽高分别为 50CM 30CM 35CM 屋 顶斜面长度 21 25CM 角度为 45 度 2 自动除雪系统 在温室大棚的一侧安装 arduino uno 控 制模块及供电电池 同时将光电耦合继电器及供电电池 稳压 模块 吹风系统安装于大棚顶部 将发热电热丝 薄膜式压敏电 阻安装于大棚屋顶斜面处 利用 3D 打印技术打印出上述部件 的固定支架 供电电池为 9v 3 连接电路 六 温室大棚智能除雪系统 的使用说明 1 安装好后 设备处于自动待机状态 2 下雪时 当积雪达到一定厚度 薄膜式压敏电阻感受大 压力变化 并将信号传给 arduino uno 控制 下转第 20 页 8 科技创新 科技风 2019 年 1 月 于模糊子集的推理及其运用方法 逐步的将该模糊子集的推理 方法与现有的成熟的单片机数字逻辑运算等特点结合起来 因 此就有了作者前面所提出的基于作用于模糊子集推理的单片 机模糊控制理论及其工作原理 并在此基础上研制完成了对 80C552 型单片机模糊控制器的开发及应用 最终是以热工系 统作为被控对象 并通过大量的实验数据收集整理计算 终究 在研究人员大量数据佐证下正确验证了所研发的模糊控制器 当初提出的研究目的是有效的 文献 5 将模糊控制技术同样也可以应用于供水系统 基 于模糊控制技术技术人员设计出了有关自调整修正因子的 Fuzzy PID 控制器 克服了传统 PID 控制设计中参数调整困难 的问题 并通过变频调速实现了供水系统恒压控制 实验证 明 该系统可取代高位水塔和直接水泵加压等传统供水模式 具有明显的节能效果和稳定的控制性能 4 结语 本文简要描述了模糊控制的起源 发展过程以及其工作过 程和典型的应用领域 由于模糊控制不完全依赖精确的数学 模型 适用性广泛 控制原则改变容易等优点 使其极容易进行 广泛应用 我们有理由相信 在自动化相关技术飞速发展的今 天 模糊控制以其众多的技术优势 必定能得到更为广泛的应 用 也会受到更多控制工作者的青睐 参考文献 1 张丽香 牛昱光 模糊控制浅谈 J 自动化博览 1994 4 25 26 2 高桂革 模糊控制理论及其应用的发展 J 上海电机 学院学报 2005 8 5 62 64 3 吴再华 尹立贤 模糊控制系统原理及应用浅析 M 兰 州文理学院学报 自然科学版 2008 22 1 91 94 4 张吉礼 欧进萍 孙德兴 基于作用模糊子集推理的单 片机模糊控制实现原理及其应用 J 控制理论与应用 2001 18 4 576 580 5 张吉礼 孙德兴 欧进萍 模糊控制技术在变频调速恒 压供水系统中的应用研究 J 电气传动自动化 2003 25 6 16 17 上接第 8 页 模块 3 由 arduino uno 控制模块发出控制指令 通过光耦合继 电器电 接通电源 自动启动电热丝加热 同时运行风扇送风辅 助除雪 4 上述功能也可以根据实际情况 选择手动开启除雪 模式 七 相关拓展 温室大棚有较高性价比 广泛应用于农业种植 今后还可 以继续开发手机 APP 应用软件 集大棚顶部压力负荷 室内 外温度 室内空气湿度等等实时数据 通过手机查看各类数据 并控制除雪系统装置的自动启停功能 实现了防患于未然 让 用户及时对设备和安全隐患进行及时处理 做到早发现早处 理 同时 本除雪系统安装维护方便 功能简单实用 除了运用 在温室大棚方面 还可以广泛安装到农贸市场 工厂大型车间 老旧房屋等顶面上 解决因积雪引起的坍塌事故 本系统是一个开元的系统 可以根据具体环境 具体条件 做出不断调整 适应市场的各种需求 通过物联网技术 配备 无线传感节点 每个无线传感节点可监测各类环境参数 通过 接收无线传感汇聚节点发来的数据 进行存储 显示和数据管 理 并以直观的图表和曲线方式显示给温室的用户 同时根据 种植植物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息 实现 温室集约化 网络化远程管理 还能与农业专家系统平台数据 进行综合分析 形成控制要求 使大棚控制系统完成相应控制 从而达到农作物的最优生长环境 以此提高农业生产中的培 育产量和效率 成为现代化农业发展的推动力 今后随着科技的不断进步 本系统还可以不断改进 最终 能实现融入到智慧城市这个大数据平台之中 参考文献 1 蔡睿妍 Arduino 的原理及应用 J 电子设计工程 2012 20 16 155 157 2 翟国富 崔行磊 杨文英 电磁继电器产品及研究技术 发展综述 J 电器与能效管理技术 2016 02 1 8 3 王迪轩 保护地蔬菜雪害防除技术问答 N 农资导报 2017 12 19 C04 4 谭亲璐 雪灾面前 蔬菜大棚缘何如此脆弱 N 湖北日 报 2018 01 31 010 作者简介 王梓铭 2006 男 汉族 浙江湖州人 湖州市 爱山小学教育集团 609 级学生 指导老师 陈秀芬 1989 女 汉族 浙江湖州人 本科 中 小学二级 湖州市爱山小学教育集团 从事小学科学教学工作 任学校教研组长 02 科教论坛 科技风 2019 年 1 月