旋转立体栽培架补光系统设计

随着乡村振兴的大力推进,设施农业也迎来了其迅猛发展的黄金时期。植物工厂作为设施农业的重要组成部分,在现代农业工程中占有举足轻重的地位。然而,传统植物工厂里的温室和大棚,由于受到阴雨、雾霾和雨雪等自然天气的影响,时常让植物出现许多缺光并发症。基于此,研制了一款基于旋转栽培架的补光设备,旨在通过补光使旋转栽培架上的植物避免由于光照不均匀所导致的打蔫、发黄和生长期延长等现象,同时也为同类补光设备的研制提供理论指导与技术借鉴。      

集装箱植物工厂研制与试验

针对植物工厂投入成本高、内部运行成本高和可移动性差等现状,开发了一种集装箱植物工厂。集装箱植物工厂由模块化栽培设施构成,主要包括栽培系统、补光系统、环境调控系统、营养液系统和控制系统等。生菜栽培试验结果表明,集装箱植物工厂可用于蔬菜生产种植,其产量和品质具有一定的提高。      

阳台农业立体栽培自动控制系统设计与实现

从解决阳台农业立体栽培系统的自动补水、补光问题出发,针对人工定时补给和传感器自动感应补给的不同操作需求,设计开发了基于STM32F103微控制器作为嵌入式芯片的立体栽培架自动补给控制系统,实现了硬件和软件结合的自动补水与补光控制。测试结果表明,该控制系统可较好地实现通过时钟进行人工定时准确精量补水、补光控制,也可有效获取基质湿度传感器及光照传感器的实时数据,根据浇水及光照设置阈值,开启或关闭补光补水控制,达到栽培架中基质水分及植物需光有效补给的目的。通过多次运行,该系统性能稳定、可靠,可满足阳台农业立体栽培系统自动补水、补光要求。     

草莓集装箱植物工厂设计与应用

集装箱植物工厂具有可移动性强、使用地域广泛、环境可控、高密度种植和周年生产等优点。简要叙述北京市农业机械研究所有限公司设计开发的一种草莓集装箱植物工厂，该植物工厂整体设计形式呈现模块化，重点围绕栽培系统、补光系统、环境调控系统、营养液循环系统及控制系统进行创新设计，并对栽培环境进行测试。该系统在北京市通州区进行运营生产，试验及运营结果表明:草莓集装箱植物工厂可以用于草莓栽培，为集装箱植物工厂种植栽培拓宽思路；该草莓集装箱植物工厂的设计方案合理，系统配置科学，光能利用率高，种植系统安装便捷，可提高资源利用效率，达到草莓的连年生产需求，为农户创造更高价值。      

JPWZ-1型微型植物工厂的研制

针对未来城市家庭蔬菜栽培和种植的需要,研制了一种适合于楼宇、家庭使用的微型植物工厂——JPWZ-1型微型植物工厂。JPWZ-1型微型植物工厂是将大型植物工厂的各项技术集成在一个小型化栽培空间中,利用温湿度精准控制、人工补光及营养液循环供养等方式种植和栽培叶菜类蔬菜作物。JPWZ 1型微型植物工厂控制系统利用S7-200PLC作为控制器,利用TPC7062K触摸屏作为人机界面,利用PID控制模式控制栽培区的温湿度环境。JPWZ-1型微型植物工厂功能齐全,布局合理,操作简单,能够让身处都市的人在家中栽培出周期短、品质高和无污染的蔬菜。      

基于LED的设施农业智能补光系统

光是植物生长过程中不可或缺的因素之一,人工补光可有效提高植物光合作用,促进农作物增产增收。现有LED补光系统在环境适宜性监测、光源控制和植物不同阶段需光量差异性考虑不足,造成红蓝光补光不足和补光过度并存。针对以上问题提出了一种设施农业智能补光系统,支持定义植物不同生长阶段的需光量,采用STC12C5A60S2单片机实时监测设施内环境温度和光强,并通过PWM信号控制红、蓝光LED补光灯亮度实现作物按需定量的智能补光。该系统已初步进行试用,证明该系统稳定可靠,可有效实现定量精确补光。     

植物工厂种植板物流输送系统设计与试验

植物工厂作为目前最高水平的设施农业生产方式,成为近年来研究的重点。多层式立体栽培种植模式最为常见,主要输送方式为人工搬运种植板输送,由于人工搬运效率低、成本高,存在高空作业安全隐患,严重制约了植物工厂作业效率的提高。为此,研发了一种种植板物流输送系统,以立体栽培种植模式为基础,包含地面输送系统、提升车系统及栽培架内无线引导车系统。同时,运用Flexsim软件对该种植板物流输送模式进行仿真,并进行性能试验,结果表明:系统能够实现植物工厂立体栽培模式下种植板的自动化运输作业,作业效率达到500穴盘/h,达到国内领先水平,可为相关植物工厂立体物流输送模式的设计提供理论依据和技术支撑。     

基于高压水射流技术的植物工厂栽培板清洗研究

植物工厂以生产效率高、自动化程度高、不受自然条件影响等优点,被应用于植物生产。但植物工厂栽培板存在清洗费力、清洗不彻底问题,制约植物工厂生产效率。对比研究设计一种基于高压水射流清洗的植物工厂栽培板清洗装置,确定最优参数为水射流靶距20~60cm,水射流锥角65°,水射流压力1000Pa,口径3.5mm的扇型喷嘴。仿真分析表明植物工厂栽培板清洗装置可以达到有效清洗目的,为植物工厂清洗装置配套设计提供参考,有效提高植物工厂的工作效率。     

基于专家规则的温室智能补光系统设计

由于现有温室补光系统未针对专家规则考虑植物不同阶段补光量的差异和自动实现分阶段按需定量补光,因此设计了基于专家规则的智能补光系统。系统以51单片机为核心,采用模块化设计,主要包括控制模块、电源模块、时钟模块、人机交互模块和检测模块。系统利用DS1302时钟芯片模块模拟阶段补光累积时间,根据用户设置的各阶段光强阈值和阶段信息,当植物生长进入下一阶段时,系统会依据用户的相关设置计算对应PWM 控制信号的占空比,并输出 PWM 控制信号,控制植物的补光量。实验证明,系统可对植物各阶段进行按需补光,避免了不同阶段补光不足和过量的问题,从而提高了能源利用率,也为研究光强对植物的影响提供参考。     

灵芝生长气候环境控制系统的设计

介绍了灵芝温室栽培气候环境控制系统,采用灵芝生长室和循环风室隔离的结构设计,通过室内空气的交叉循环,结合风机变频调速、空气全热交换、智能照明补光等技术,调节灵芝生长室内的温度、湿度、光照、氧量等灵芝生长要素,实现全天候环境下灵芝的栽培,达到灵芝一年多季种植,提高灵芝成品的产量和质量。     

连栋玻璃温室天沟结构对栽培区光环境的影响分析

为降低北方地区连栋温室冬季生产能耗、提高温室保温性能,设计了大斜面外保温连栋玻璃温室,即寿光型智能玻璃温室。该温室采用大天沟设计,安装了外保温被及传动机构,因此形成了较宽的遮阴带,影响了栽培区的太阳辐射及温室透光率。为分析天沟尺寸对室内光环境的影响,构建了连栋温室天沟对温室栽培区内不同位置辐射强度影响的动态模型,并基于该模型对室内光环境进行了均匀性与敏感性分析。结果表明：天沟结构对栽培区内日累积辐射平均值的影响程度从大到小依次为天沟间距、天沟宽度、天沟垂直厚度和天沟高度;寿光型智能玻璃温室的天沟设计为相邻两天沟间距12.00m、天沟水平宽度1.60m、垂直厚度0.86m、天沟下沿离地面高度6.30m,可以保证栽培区内最佳的光照均匀性。不同情景下的模型模拟结果表明,为确保栽培区内光照均匀性,在栽培区内辐射强度变异系数最小的情况下,山东省寿光地区温室天沟高度、天沟垂直厚度之和与天沟间距、天沟宽度之和的比值在0.49～0.54之间。本研究可为寿光型智能玻璃温室在不同地区的设计应用提供理论依据。     

日光温室中空板水循环集放热系统设计与集热性能试验

针对现有日光温室内置式水循环集放热装置存在的集热能力不足的问题,设计了中空板水循环太阳能集放热系统,通过理论分析,结合日光温室热环境模拟预测软件,验证系统可行性。理论计算表明,在室内地面面积400 m2聚苯板墙体日光温室内,系统集热总量可达350 MJ,可供日光温室2~3 d的夜间放热加温。通过现场试验测试系统的集热性能,试验结果表明:系统集热效率最大可达0.93;晴天条件下的系统日蓄热温升约比阴天条件下高1倍;在太阳辐射较弱时,中空板与室内空气的对流换热对集热效率影响显著;在3.3~5.9 m3/h的流量范围内,系统集热量随着水流量增大而增加。中空板系统作为装配式集热系统,建造成本低、简单实用,不占用室内栽培面积,适用于旧温室改造。     

太阳能光伏植物生长系统的设计与试验

为实现无常规电力条件下植物可控环境培育,提出了一种太阳能光伏植物生长系统。该系统针对高热地区,采用光伏发电系统、培育室、冷却系统和环控系统等4部分组成了降温环控装置,光伏发电系统为整个系统提供用电;培育室是保障植物正常生长的区域,采用密封处理,孔隙率为0.002 4‰;冷却系统由制冷机、制冷风扇、冷却铜管和循环水泵组成,用于降低培育室内温湿度,维持培育室环境参数平衡;培育室环境控制基于STC8 9 C5 1单片机为核心的环控系统,通过传感器实时采集培育室内环境参数,将获得的环境参数与预先设定值进行对比,进而驱动冷却系统工作;植物生长所需用水量预先计算出用量,一次性装入培育室,由环控系统按时按需补给培育室内植物。初步试验表明:培育室内部温度能够维持在31~39℃,湿度维持在72%~85%RH之间。     

蟹苗培育环境控制参数的选择研究

对河蟹蟹苗室内人工培育的实际工作过程进行深入调研,在试验分析的基础上得出蟹苗培育水质环境的控制参数及其最优范围为:pH值8.2～8.6;溶解氧Z1—Z2阶段大于5mg/L,Z3—Z5阶段大于6mg/L,Z5第4日—M阶段大于7mg/L;水温15～25℃;氨氮小于1.0mg/L。该结果可为蟹苗培育环境自动控制系统的设计提供依据。     

斜置旋耕试验研究

在自行研制的斜置旋耕试验台上 ,分别采用国标旋耕刀和斜置旋耕刀进行了斜置旋耕试验 ,得到了水平分力、垂直分力、轴向分力、比功耗等参数随台车前进速度、刀辊转速和斜置角变化的规律     

棉花中耕培土施肥一体机设计与试验

针对棉花中耕培土机械普遍存在的功能单一、作业效率低、培土效果差等问题,设计了集棉花行间施肥、松土、除草以及培土多功能于一体的棉花中耕培土施肥一体机,并对机具关键部件进行设计与分析,确定了中耕施肥仿形单体、回转式培土装置、施肥装置的结构与工作参数.在设计分析的基础上进行了田间试验,结果表明:所研制的棉花中耕培土施肥一体机...     

室内植物表型平台及性状鉴定研究进展和展望

植物表型组学研究正逐渐向综合化、规模化、多尺度和高通量的方向快速发展。本文首先介绍了植物表型研究的最新动向。然后针对室内表型监测平台的特点和各类室内表型针对的表型性状进行了系统介绍，包括产量、品质、胁迫抗性（包括干旱、抗冷热、盐胁迫、重金属和病虫害）等。在此基础上，本文还根据通量、传感器集成度和平台大小等把一些国内外流行的室内植物表型平台进行了分类，并介绍了这些室内表型平台在植物研究中的应用情况。同时，本文还介绍了室内表型数据的管理和解析方法。最后，本文着重讨论了室内表型平台的发展方向，并结合中国植物研究的实际情况对表型组学在中国的发展提出了展望，以期为中国植物表型研究提供指导和建议。     

海南地区几种常见设施大棚热环境参数试验研究

海南地区热带岛屿型气候特征使得栽培设施具有独特的特点。为此,通过以岛内常见设施类型(圆拱形薄膜温室、防雨大棚、防虫网棚等)为研究对象,系统地研究了其温度、湿度、光照强度等热环境参数的变化趋势。研究表明:各类设施内温度场受室外温度影响较大,圆拱形薄膜温室室内外最高温差达到6℃、防雨大棚为3.7℃,圆拱形薄膜温室室内最高温度达4 3.9℃;防虫网棚室内外温差较小;防虫网平棚内部相对湿度最高,其他两种温室室内相对湿度均低于室外;防虫网棚的透光率高于膜覆盖的防雨大棚和薄膜温室。由此可见:防雨棚和防虫网棚更适合海南地区夏秋季的设施生产,可根据栽培作物是否要求防暴雨来选择防雨棚和防虫网棚。     

盘锦稻区水稻超高产栽培技术规程

为合理有效利用盘锦稻区的土地、灌溉水、温度和光照等农业资源,提高水稻产量与稻米品质,减少对稻谷及周边环境的污染;按照无公害水稻生产的相关标准,结合盘锦稻区水稻生产现状,在深入研究水稻定量播种旱育壮秧、定量本株稀植移栽、定量施肥、定量灌溉以及病虫害综合防治等多项技术的基础上,制定了水稻超高产栽培技术规程,从品种选择、整地、育苗、移栽、施肥、灌水、病虫害防治和收获等方面提出了水稻超高产栽培的技术措施,以全面提升水稻综合生产能力。      

北京地区日光温室室内外环境要素特征分析

通过自动环境气象站连续观测了北京顺义地区2017年8月—2018年8月的日光温室室内外温湿度、太阳辐射和光合有效辐射4种环境要素,探究不同环境要素在室内外和季节之间的变化规律。试验结果表明,室内外温度具有极显著的相关性,室内温度始终高于室外,并随着春季到冬季季节的交替,室内外的温差逐渐增大。室外湿度受降水影响较大,因而夏秋季节室外湿度高于室内,而冬春季节则相反。一年中室外太阳辐射和光合有效辐射均高于室内,而季节间的辐射值受天气状况影响较大,各季节的辐射值以春季最大。