日光温室卷帘机自动控制技术研究与应用*

石建业， 罗有中，王娇敏，石 刚，董建文

（1.定西市农业科学研究院，甘肃定西 743000；2.定西市金源农业发展有限责任公司，甘肃定西 743000）

日光温室卷帘机自动控制技术研究与应用*

石建业， 罗有中1※，王娇敏1，石 刚2，董建文2

（1.定西市农业科学研究院，甘肃定西 743000；2.定西市金源农业发展有限责任公司，甘肃定西 743000）

日光温室是我国独有的现代农业栽培设施，但生产中存在着智能化、机械化程度不高的现状。经过两年多试验优化，完成了自动控制系统的设计、试制，改进完善自动控制系统的性能，研发了日光温室卷帘机自动控制器1套，取得国家专利2项。应用日光温室卷帘机自动控制系统，大大减轻了劳动的强度，每天延长光照时间1 h，使棚内温度提高3～5℃，棚内作物生长周期缩短，可提前5～6 d上市。温室卷帘自动控制系统作用显著，得到广大种植户认可，将成为日光温室生产中重要的管理系统。

日光温室 卷帘机 自动控制 系统 研究

日光温室是我国独有的现代农业栽培设施，具有保温好、投资低、节约能源、高产高效等优点，能充分利用太阳能，在寒冷地区一般不加温进行果蔬反季节越冬栽培，生产新鲜果品蔬菜，因此，在我国北方地区取得了长足的发展。日光温室生产中存在着智能化、机械化程度不高的现状，尤其是日光温室保温被卷放，劳动力投入多、劳动强度大，安全隐患多，制约了日光温室的发展。日光温室卷帘机自动控制系统的研发和推广应用，改变日光温室生产的方式，改善生产的环境条件，提高劳动效率，显著提高了种植效益。经过两年多试验优化，完成了自动控制系统的设计、试制，改进完善了自动控制系统的性能，研发日光温室卷帘机自动控制器1套，取得国家专利2项。研发日光温室卷帘机自动控制系统，大大减轻了体力劳动的强度，是农民从繁重紧张艰苦的劳动环境中解脱出来，它改变了传统的人工卷帘方法，比人工操作提高效率10倍以上。从经济角度来分析，它能延长光照时间和卷放帘时间1 h，充分利用增加时间差来提高和保持室内温度，使棚内温度提高3～5℃，棚内作物生长周期缩短，可提前5～6 d上市。温室卷帘自动控制技术作用越来越明显，得到广大种植户认可，将成为日光温室生产的重要的管理系统。

1 系统技术方案

1.1 系统依据当地气象太阳总辐射观测值为参数

结合多年实际作业经验，每天选择太阳辐射变幅最大的区间作为自动卷帘时间，每年的11月上旬至次年4月中旬为运行时期，依据二十四节气规律，结合实际生产进行微调，每月确定1次运行参数，制定出最佳揭盖帘时间。

1.2 以系统运行参数为基础

选择电子元器件和动力配件，经过严密组装配合，组成智能化自动卷帘控制系统，是温室自动卷帘的核心系统，是区分于常规自动卷帘的主要标志，可在没有工作人员的情况下自动准时进行保温帘的揭盖，实现温室光照与温度的有机配合。

1.3 运用电子元器件的集成

解决了自动、遥控、手动3种功能之间相互转换的难题，实现任意跳转，避免控制器之间的相互干扰，安装安全控件使卷帘机准确到位，保证控制系统的正常运行，提高了日光温室自动卷帘机的安全性。

2 系统运行总体设计

2.1 系统组成

系统组成将减速机与电机相结合，或利用现有的自动卷帘机等动力设备，组成温室自动卷帘的动力系统，与温室自动卷帘控制系统配套组合，组成完整的温室自动卷帘智能系统。

日光温室卷帘机自动控制系统技术路线

表1 系统运行指标

图1 外形结构

2.2 系统运行指标

系统运行指标（表1）

2.3 外形结构

本仪器由单片微型计算机（微电脑）、时钟、输出控制、显示屏、触摸键盘、射频遥控组件及仪器外壳等组成。

仪器外型结构如（图1）。

2.4 内部构造

内部构造（图2）。

表2 正常天气条件下的盖帘时间

图2 内部结构

3 系统工作原理

日光温室卷帘机自动控制器中设置两块微电脑时控开关，输入数据后，微电脑系统的信息反馈到电机正反转控制器，电机正反转控制器将启动电机运行系统，从而完成保温帘的自动卷放。

在一般情况下，系统处于自动控制状态，微电脑系统可以自动识别每天的开关时间，与外界环境无关，这就大大减少外界环境给系统造成的误差。手动控制只有在特殊情况下才能使用，只要按下手动开关，日光温室卷帘就会铺放或收拢，不受时间限制。另外，系统还具有时差补偿、时间调整（包括年、月、日、时、分、秒、周）等功能。当外部供电临时停止时，本仪器会自动启动备用电源（内电源），使存入的数据不丢失，时钟正常运行。

4 研究结论

4.1 建立基础数据库

按照气象部门每天定时的太阳辐射、温度观测值，依据太阳辐射的变化规律，建立基础数据库；依据数据库分别选择上午太阳辐射在20～40 w/m2，下午太阳总辐射在110～50 w/m2之间为最佳揭盖帘时间，同时结合二十四节气规律和多年实际工作经验，确定了最佳的系统运行参数，是温室自动卷帘的基础系统（表2）。

4.2 研发自动卷放帘控制系统

以最佳的系统运行参数为基础，选择适宜的自控元器件和动力元器件，经过严密组装配合，组成自动卷放帘控制系统，是温室自动卷放帘的核心系统，是区分于常规自动卷帘的主要标志，可在没有工作人员的情况下自动进行保温帘的卷放，实现温室光照与温度的有机配合。自动卷放帘控制系统的核心系统全部成本约2 000元，使用寿命5年以上。投资回收率快，成本低廉，易于推广。

4.3 编程数据

将揭盖帘开启和关闭时间组输入到微电脑定时控制器，定时控制器按照设定的时间进行相应的控制，控制信息传送给设备，完成自动控制。在一个定时控制器上可以设定多组器时间，操作简单、使用方便。同时还安装遥控器控制和手动控制，在自动控制出现错误时，遥控控制和手动控制任何一个都可以来控制整个系统。

5 技术成熟度及推广应用情况

5.1 技术先进性和成熟度

国内先进的自动卷帘机系统主要是以手动开关控制自动卷帘，而研发的日光温室智能化自动卷帘控制系统主要是用已输入的数据库自动开启器，从而达到自动卷帘。该系统是以当地的太阳总辐射气象观测值为基础，依据二十四节气规律和实际工作经验，确定了最佳的揭盖帘时间，然后在微电脑控制器中输入揭盖帘时间，实现自动控制操作。日光温室自动卷帘控制系统是将智能化和机械化相结合，结构简单，操作方便，能自动控制拉放时间，卷放自如，大幅度地提高效率，极大地减轻了劳动强度，解放了劳动力。每次只需6～7 min，每天可使作物延长光照时间1～2 h左右，改变了作物的生长环境，极大的提高了日光温室的种植效益。

5.2 发展前景分析

日光温室是北方农村发展经济、提高农民收入的重要手段之一，也是农民返乡创业的重要项目，日常管理中人工卷帘是体力劳 动相当大的一个环节。由于电动卷帘机卷帘与人工卷帘相比具有减轻劳动强度、提高作业效率、延长光照时间等优点受到大棚种植户的欢迎应用越来越普遍。

5.3 推广应用情况

此项技术的发明，实现了温室保温帘的自动化控制，工作人员不在现场亦能实现准时自动卷帘，揭盖帘时间在6～7 min，缩短了揭盖帘时间1 h；由于增加了光照时间，充分地利用了时间和光照强度，可提高棚内温度2～3℃，满足温室作物生长需要，促进温室作物增产；可大大延长温室光照时间，温室积温增加，使温室内作物生长周期缩短、早熟，作物能提前上市5～10 d，赚取时间差价；改变了传统人工卷帘的操作方法，提高卷帘效率十几倍，减轻了人工卷帘的劳动强度，提高了劳动效率。

6 存在问题及解决办法

6.1 保温被过卷事故

保温被在降雪后自动卷起时，易发生从温室后坡面滚下，对棚顶造成很大损坏，还容易造成人身伤害。通过在棚顶卷起保温被的停放位置设置了行程开关，当卷起的草帘到达停放位置时，行程开关自动切断电源，卷帘机停止运行，防止了由于卷过而造成保温被坠落。

6.2 电机和卷帘机损坏

在卷帘机卷起草帘时，如负荷超过电机的额定负荷，会使电流过大烧毁电机，甚至损坏卷帘机机头。该系统设置了限流保护电路，当电流超过设定值时，会自动将电源切断，保护了电机和卷帘机。

[1] 李 锋，陈学东 温室卷帘机自动控制系统的设计与应用 宁夏农林科技，2012，53（12）：181～182

[2] 朱瑜红．基于 STC 单片机的温室定时自动卷帘控制器设计与实现．江苏农业科学，2015，43（12）：485～487

[3] 丛祥安，于丽颖．日光温室卷帘机电气保护装置的设计与研究．特色农业，2008，（1）：10～11

[4] 王晋生．日光温室卷帘机的应用与推广．农机推广与安全，2006，（11）：38

国家科技部星火计划项目，项目名称：甘肃半干旱区日光温室自动控制技术应用示范，项目编号：2015GA860004）

石建业（1963年—），本科，研究员，主要从事设施农业抗旱品种、节水灌溉、栽培技术及设施农业自动控制研究。电话：18909328965，E-mail：dxsjy889@163.com

罗有中（1966年—）本科，高级农艺师，主要从事旱作农业技术研究和农业自动控制技术研发