蔬菜大棚自动通风系统的设计及实现(论文).doc

甘肃省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛7一、前言在各种植物蔬菜生长过程中特别是蔬菜大棚里农作物的生长需要适合它生长的适宜温度及二氧化碳浓度所以要经常测量蔬菜大棚内的温度高低与二氧化碳浓度大小根据温度的高低与二氧化碳浓度大小采取一定的措施使得更好的调节温棚内的温度及二氧化碳浓度达到农作物生长所适宜的条件。通常采取的措施是通风措施因为通风换气对于大棚蔬菜有降温、排湿、调节补充二氧化碳、排除有害气体等多方面的作用。通风跟蒸腾作用和光合作用都有关其中以蒸腾作用为主。由于温度过高作物蒸腾作用加强棚内湿度增加通风是为了降低湿度防止病虫害发生这是最主要的;其次温度升高并在植物正常生长的阈值以内时作物的光合作用会随之增强通风有利于供给足够的二氧化碳进行光合作用有助于增产、增收。而温度的高低及二氧化碳浓度大小对农作物生长有很大的影响。植物只有在一定的温度范围内才能够生长。温度对生长的影响是综合的它既可以通过影响光合、呼吸、蒸腾等代谢过程也可以通过影响有机物的合成和运输等代谢过程来影响植物的生长还可以直接影响土温、气温通过影响水肥的吸收和输导来影响植物的生长。在封闭的温室大棚中二氧化碳的浓度较低满足不了植物光合作用所需量同时由于缺少二氧化碳使得植物的光合作用进行缓慢因而造成植物抗病虫害能力降低、产量减少、品质下降、生产周期延长等情况。二氧化碳浓度过高常引起蔬菜作物叶片卷曲影响光合作用的正常进行会影响作物对氧气的吸收。不能进行正常的呼吸代谢作用而影响正常的生长发育促进衰老过程。棚室内空气中二氧化碳浓度过高如不及时换气则使棚内温度迅速升高引起蔬菜作物的高温危害所以通风换气对蔬菜大棚使非常重要的。并且那些搭棚的农民有时在忙也要放下手中的活去蔬菜大棚里通风。有时候这样对给农民带来不便而且不能及时到棚里给蔬菜大棚通风。鉴于这种情况设计了蔬菜大棚自动控制通风系统减少了人力劳动恰到好处的给蔬菜大棚通风使室内的温度与二氧化碳达浓度到有利于农作物生长比例。二、控制系统设计蔬菜大棚自动通风系统的设计首先需要检测棚内温度及二氧化碳浓度的大小将检测信号传输至智能控制器智能控制器通过计算及处理将输出信号传至智能控制阀阀门的开度通过拉杆拉动弹性系数恰到好处的弹簧由弹簧控制通风口开合度的大小从而实现棚内温度及二氧化碳浓度的自动控制。其设计原理图如下图1所示：信号检测控制器智能控制阀通风口开合度控制棚内温度二氧化碳浓度图1蔬菜大棚自动控制原理图对于整个自动控制系统其信号检测环节难度及质量要求最高实现检测过程的元件及工作原理如下：1、温度传感器[1]热电阻:根据金属丝的电阻随温度变化的原理工作的。热电阻是测量低温的温度传感器一般测量温度在-200~800℃。温度传感器的工作原理图[５]如图2所示：图2PN结温度传感器应用电路2、蔬菜大棚浓度传感器蔬菜大棚是一个相对封闭的环境作物在温室内不断进行着的吸收与释放过程因此蔬菜大棚内的浓度与外界环境有明显的差异。一般来说白天温室内绿色植物光合作用旺盛浓度急剧下降；夜间光合作用停止呼吸作用释放室内浓度逐渐升高。作物群体的来源包括空气和土壤。假定温室面积为（）空间容积为V（）则其室内的浓度对时间的变化率可用下式表示:(1)式中___计算施用量g/h；---室内空气设定的目标浓度g/在常温常压下1g/相当于531ml/;---室外空气浓度g/；n---换气次数次/h;---净光合作用强度一般1-8g/(.h）。基于浓度对时间的变化率设计了红外吸收型二氧化碳传感器来监测温室内的浓度。红外吸收型二氧化碳气体传感器的工作原理：红外吸收型CO2气体传感器是基于气体的吸收光谱随物质的不同而存在差异的原理制成的。不同气体分子化学结构不同对不同波长的红外辐射的吸收程度就不同因此不同波长的红外辐射依次照射到样品物质时某些波长的辐射能被样品物质选择吸收而变弱产生红外吸收光谱故当知道某种物质的红外吸收光谱时便能从中获得该物质在红外区的吸收峰。同一种物质不同浓度时在同一吸收峰位置有不同的吸收强度吸收强度与浓度成正比关系。因此通过检测气体对光的波长和强度的影响便可以确定气体的浓度。根据比尔朗伯定律输出光强度、输入光强度和气体浓度之间的关系为：（2）式中为摩尔分子吸收系数；C为待测气体浓度；L为光和气体的作用长度（传感长度）。对上式进行变换得：