苗木培养箱结构及控制系统设计

环境参数，并通 过 摄 像 头 实 时 监 控 与 拍 摄 培 养 箱 内 部 运行情况和苗木 生 长 情 况，为 后 期 苗 木 的 表 型 组 学 研 究奠定基础 。 ［７］ 同 时 培 养 箱 内 设 有 称 重 传 感 器，实 时 记录苗木的重量变化；设有３６０°旋转转盘，使苗木光 照 均匀并且通过摄像头无死角记录苗木的生长状况。同 时设有无线模块 和 历 史 数 据 模 块，无 线 模 块 启 用 时 可 以通过移动设 备 远 程 控 制 培 养 箱［８］；历 史 数 据 模 块 会 在设定的时间间隔下记录培养箱各环境参数并可以通 过图表的形式显示出来。
针对国内研究 的 不 足，本 文 对 培 养 箱 箱 体 的 结 构 进行优化，对各功 能 区 进 行 划 分，确 认 其 合 理 性；基 于 ＷｉｎＣＥ 嵌入式系 统 设 计 一 种 智 能 苗 木 培 养 箱 的 控 制 系统，使其能够自动采 集 温 度、湿 度、光 照、ＣＯ２等 环 境 参数并实 时 显 示，然 后 将 采 集 到 的 温 度、湿 度、光 照、 ＣＯ２等传感器信号与系统 内 预 先 设 定 苗 木 所 需 参 数 对 比后，再通过 ＷｉｎＣＥ 工业平板控制网络继电器从而控 制 加 湿 装 置 、升 温 装 置 、降 温 装 置 、通 风 装 置 、光 照 调 节 装置及 ＣＯ２供给装置等来自动调节苗木所 需 要 的 生 长
第 ４０ 卷 第 ８ 期 ２０１９ 年 ８ 月
中国农机化学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ
ＤＯＩ：１０．１３７３３／ｊ．ｊｃａｍ．ｉｓｓｎ．２０９５－５５５３．２０１９．０８．２４
Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．８ Ａｕｇ． ２０１９
苗木培养箱结构及控制系统设计＊
张 林 ，孙 家 伟 ，郭 钇 浩 ，何 金 成 ．苗 木 培 养 箱 结 构 及 控 制 系 统 设 计 ［Ｊ］．中 国 农 机 化 学 报 ，２０１９，４０（８）：１３７－１４３ Ｚｈａｎｇ Ｌｉｎ，Ｓｕｎ Ｊｉａｗｅｉ，Ｇｕｏ Ｙｉｈａｏ，Ｈｅ Ｊｉｎｃｈｅｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｉｎｃｕｂａｔｏｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ－ ｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ，２０１９，４０（８）：１３７－１４３
张 林１，２， 孙 家 伟１， 郭 钇 浩１， 何 金 成１，２
（１．福 建 农 林 大 学 机 电 工 程 学 院 ，福 建 福 州 ，３５０００２；２．现 代 农 业 装 备 福 建 省 高 校 工 程 研 究 中 心 ，福 建 福 州 ，３５０００２）
摘要：为提高苗木的存活率和生长速度，基于传感器技术和 ＷｉｎＣＥ 嵌入式系统设计一种智能苗木培养箱。 苗 木 培 养 箱 主 要由箱体和控制系统组成 ，其中控制系统主要有 传 感 器、采 集 卡、ＷｉｎＣＥ 工 业 平 板、继 电 器 和 各 执 行 器 件 组 成，具 备 信 息 采集 、信息传输、信息处理和培养箱环境参数调控等功能。对传感器和硬件位置进行优化布局，提高控制 精 度。 该 培 养 箱 进行一个月的运行测试 ，湿度控制精度为±５％ＲＨ，温 度 控 制 精 度 为 ±０．５ ℃，ＣＯ２浓 度 控 制 精 度 为 ±２０ｐｐｍ，均 能 达 到 控制要求并稳定运行。 关键词：苗木培养箱；传感器；ＷｉｎＣＥ 工业平板；控制系统 中图分类号：ＴＰ３９１．４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５－５５５３ （２０１９）０８－０１３７－０７
０ 引 言
苗木是指具有 根 系 和 苗 干 的 树 苗，它 是 由 各 个 器 官组成的同一整体。在当今被广泛应用于指植树造林 和城市绿化，但 由 于 自 然 条 件 下 苗 木 的 存 活 率 较 低 并 且生长速度较慢，且 容 易 受 到 温 度、湿 度、病 虫 害 等 外 界因素的影 响，其 市 场 一 直 处 于 供 不 应 求 的 状 态 。 ［１－２］ 苗木培养箱是人 工 气 候 室 的 一 种，通 过 计 算 机 技 术 和 数 据 处 理 等 对 培 养 箱 内 部 的 温 度 、湿 度 、光 照 和 气 体 成 分 等 进 行 调 节 ，模 拟 苗 木 生 长 所 需 要 的 气 候 环 境 ，使 得 苗木能够快 速 成 长 并 且 提 高 其 存 活 率 。 ［３－４］ 国 内 智 能 化苗木培养一直 是 重 要 的 研 究 课 题，但 培 育 出 的 苗 木 质量差异性大，不 能 将 苗 木 的 生 长 状 态 和 过 程 与 环 境 控制相结合起来，控制的精度和稳１ 苗 木 培 养 箱 结 构 箱 体的长为８００ｍｍ，宽为５００ｍｍ，高为１ ０００ｍｍ；
总 的 分 为 上 下 两 层 ，箱 体 的 壁 厚 为 ３５ ｍｍ，由 两 块 铝 板 夹着隔热材料 组 成。 培 养 箱 上 层 用 于 苗 木 的 培 养，上 层底部铺有冲孔铝板，防止积水同时便 于 通风；下层主 要是放置控制执行硬件，四周由百叶窗遮 挡，便于压缩 机的散热。 １．２ 传 感 器 选 型 与 硬 件 布 置 １．２．１ 传 感 器 选 型
微环境控制系 统 中，传 感 器 数 据 采 集 的 准 确 性 会 影响整个控制系 统 的 控 制 精 度，从 而 影 响 苗 木 的 生 长 以及维护成本，选 择 正 确 的 传 感 器 显 得 尤 为 重 要。 传
收 稿 日 期 ：２０１９ 年 １ 月 ２２ 日 修 回 日 期 ：２０１９ 年 ３ 月 １３ 日 ＊ 基 金 项 目 ：服 务 产 业 特 色 专 业 农 业 机 械 化 及 其 自 动 化 专 业 （６３ＴＺ１６００１）；福 建 省 高 峰 高 原 学 科 项 目 （７１２０１８０１４） 第 一 作 者 ：张 林 ，男 ，１９９２ 年 生 ，福 建 福 州 人 ，硕 士 ；研 究 方 向 为 现 代 农 业 装 备 试 验 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇ＿ｌｉｎ６６８８＠１６３．ｃｏｍ 通 讯 作 者 ：何 金 成 ，男 ，１９７３ 年 生 ，福 建 三 明 人 ，博 士 ，副 教 授 ，硕 导 ；研 究 方 向 为 农 业 机 械 化 等 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｉｇｈｊｃ＠１６３．ｃｏｍ