植物工厂生菜采收末端执行机构设计与试验

国内外适用于植物工厂叶菜类的采收装置较少且自动化程度不高,尤其是针对营养液水培生菜的装置。为此,开发了一套适用于植物工厂生菜自动化采收系统的末端执行机构。利用TA.XTplus质构仪对生菜进行力学特性测试,并根据生菜的力学特性参数对末端执行机构进行设计。将末端执行机构安装于课题组设计好的植物工厂生菜自动化采收系统,并在采收效率为15、20、30块/h下分别进行自动采收性能试验,采收成功率分别为94.4%、91.6%及83.3%,采收效果良好,满足采收需求。最后,根据试验结果对最佳采收效率区间进行了预测。     

微型植物工厂环境控制参数优化试验研究

为了提高微型植物工厂内部温度分布均匀性和作物净光合速率,提出采用试验研究和CFD仿真相结合的方法对其环境控制参数进行优化设计。以生菜为例,通过多因素耦合试验,探索了温度、湿度和循环风速3种因素对生菜净光合速率和蒸腾速率的影响,并对不同风速控制策略下植物工厂内气流场和温度场进行了CFD数值仿真分析。试验结果表明:风速对生菜的净光合速率和蒸腾速率均有显著影响;微型植物工厂内采用上层低循环风速、下层高循环风速模式,有利于保证内部温度的均匀性,生菜的净光合速率也处于较高水平,有利于其生长。     

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。      

植物工厂栽培板自动搬运装置设计及试验

针对植物工厂采用多层栽培架培育果蔬、人工工作难度较大及自动化水平不高的问题,开发了植物工厂栽培板自动搬运物流系统装置。该系统采用一种带吊环的栽培板,导轨和机械手安装位移传感器,通过PLC实时采集位移传感器发出的脉冲信息控制导轨和机械手进行坐标定位,完成叉板和放板动作。对搬运机构进行了定位误差试验,通过F检验证明速度对试验误差有显著影响,同时根据试验结果预测了搬运的最佳速度区间范围。     

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。      

植物工厂自动立体栽培系统研发

为实现温室栽培输送全自动化、减少人工成本投入和提高温室内叶菜产量,研发了一种自动输送立体栽培床系统。该系统以立体栽培模式为基础,包括3种自动输送系统:补光灯高度自动调节系统、床架装运自动对接推送系统和AGV自动运输系统。该系统的研发填补了温室内自动适应补光的国内空白,实现了温室叶菜种植空间最大化利用。该套系统安全性高、实用性强,为温室立体栽培全自动化输送奠定了基础。      

气雾栽培式家庭植物工厂设计

为满足城市居民的家庭种植需求,开发一种气雾栽培式家庭植物工厂系统.以触摸屏PLC一体机作为控制器,采用LED光源,对营养液循环处理系统、环境调节控制系统、人工光系统进行针对性设计和设备选型;分别进行PLC软件、触摸屏软件和移动终端应用的设计开发,实现对家庭植物工厂的设备运行状态、环境因子、营养液因子等信息的监测与执行设...     

基于物联网的微型植物工厂智能监控系统设计

随着生活水平的提高,人们对于安全、卫生、绿色的蔬菜需求越来越大,因此适用于家庭使用的微型植物工厂越来越受到关注。针对这一需求,开发了一种基于物联网的微型植物工厂智能监控系统。该系统可以实现用户通过Web浏览器或手机APP远程查看微型植物工厂运行状态、修改控制系统设置参数和即时干预控制设置;用户也可以将微型植物工厂托管给专家或服务器。试验结果表明:该系统性能稳定,环境参数的采集设定、用户及时干预、历史数据的查看,以及在线付费完成服务器托管等功能均能达到实际应用需求。     

新型家用微型碾米机

由湖南省双峰县中南机械厂民营企业家邓宝琳经多年研究设计而成的“宝琳”牌实用微型碾米机，通过了娄底地区农机、质量技术监督部门鉴定，并申请了国家实用新型专利（专利号为：０１２３５０２７－３）。该机移动使用方便，能碾出优质米，米糠分离干净，结构独特、小巧轻便、价廉（每台出厂价仅２６０元，不含动力）。已投放市场。这种新颖独特、整机质量只有３０kg的家用微型碾米机克服了目前市场上销售的微型碾米机没有粗糠二次回碾装置和不能碾出优质大米的不足之处，符合国家GB１３５４米机规定的一等标准。它将进谷斗设计成锥形夹层…     

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STM32的微型植物工厂温湿度监测系统设计

利用嵌入式技术研发了针对家庭用微型植物工厂的温湿度监测系统。该系统以STM32微处理器为核心,在μC/OS-Ⅱ操作系统环境下,实现了温湿度信息的实时采集和显示,并采用分批估计数据融合算法提高了单传感器精度;同时,该系统还具备SD卡存储功能,可以随时查询微型植物工厂内部温湿度历史数据。种植试验结果表明:该系统稳定可靠,能准确、实时地对微型植物工厂内部的温湿度进行监测和显示,且方便通过触摸屏进行历史数据查询,具有较高的实用性。     

植物工厂增温对栽培架布局影响研究

环境温度对植物生长有非常大的影响,因此,植物工厂内部环境调控非常有必要。笔者采用Fluent对冬季植物工厂供暖进行研究,通过计算信息熵权法与能量利用系数得出的监测点温度值来评判能源供给效率。取24个观察点分别位于截面0.92 m、1.52 m和2.12 m高度处,分析了热风供暖条件下不同栽培架摆放位置的升温效果,发现阵列摆放在植物工厂中,升温效果更佳。试验结果表明,热风供暖条件下植物工厂整体升温3个截面温度均小于1℃,不均匀系数均在1%以下。     

植物工厂物流搬运装备关键部件的设计与试验

针对我国立体栽培式植物工厂相关的物流搬运装备方面的研究尚少及现有的装备存在着移动灵活性差、定位精度低等问题,以植物工厂内部栽培板的物流搬运任务为出发点,对植物工厂物流搬运装备的AGV(Automated Guided Vehicle)移动底盘和搬运机械臂等关键部件进行了结构设计,并对搬运机械臂进行了运动学仿真分析。在0.4、1.2、2.0、2.8m4个作业高度下对搬运机械臂进行定位误差试验,结果表明:最大误差值在机械臂整体运动误差所允许的范围之内,且方差分析证明了作业高度对定位误差有显著影响,即随着作业高度的增加,定位精度随之降低。     

太阳光利用型植物工厂的设计与试验研究

针对黑龙江特殊的地理位置和独特的气候条件,结合传统温室大棚种植存在的生长环境难控制、光照不足、受自然灾害影响大等问题,设计建造了太阳光利用型植物工厂。该设施利用控制系统软件和传感器实现对植物生长的温度、湿度、光照、CO_2浓度及营养液等环境因子的自动调控,植物对光能的利用率非常之高。是露地生产的10倍以上。其植物生产系统完全可以做到最小限度地使用肥料和水,不施用农药,不将污染物排放到植物工厂外部,最终实现持续、周年生产。通过番茄无土短程栽培试验表明:番茄在后期生长的形态指标、果实指标要优于传统温室土培番茄。研究结果为番茄无土短程栽培提供了数据支持。     

基于STM32F407微型植物工厂智能控制系统研制

为了给微型植物工厂内部作物提供良好的生长环境,设计了一种基于STM32F407的微型植物工厂智能控制系统,包括微控制器模块、人机交互模块、数据采集模块、网络模块和执行机构驱动模块等。同时,制定了环境因子控制策略,构建了微型植物工厂智能控制系统软硬件,并进行了作物种植试验。结果表明:该系统稳定可靠,能够为作物生长提供适宜的光照、温湿度和水肥条件。     

植物工厂间歇式人工光源的试验研究

设计了用于植物工厂的间歇式人工光源,混合使用发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)和荧光灯,光合有效辐射(Photo-synthetically Active Radiation,PAR)最高为550μmol·m-2·s-1。通过生菜栽培试验,研究3个不同光波动周期(40/40、80/40、120/40)对生菜生理和生长的影响。结果表明:光波动环境可提高生菜的光合能力,生菜的叶绿素在光波动周期较短时含量较高,生菜的干鲜质量随着光波动周期缩短而降低,光波动环境下生菜的单位功耗产量要高于固定光源。     

家用微型真空包装机的研制

根据用户使用要求,研制出一款体积小、价格便宜、使用方便的家用微型真空包装机。该机采用双活塞无油真空泵,不产生油烟,不污染环境;采用双活塞,有效提高真空度;真空泵有三个用途,分别用于抽真空,密封真空室和推动热封装置进行运动。     

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。     

植物工厂岩棉块种苗移植机移植部件设计与试验

目前植物工厂岩棉块种苗移植装备自动化程度低,作业时大多依赖于人工,劳动强度大,效率低。基于植物工厂水培叶菜种苗移植现状设计了一种二级变间距的高速移植部件,并配备有一种拨指式定植杯分离辅助机构。对移植手取苗过程中岩棉块种苗进行受力分析,为移植手设计提供依据;开展拨指式定植杯分离辅助机构落杯试验,为后续植苗至栽培槽孔的定植杯中奠定基础。搭建移植机构试验平台,以取苗深度、岩棉块含水率、移植部件横移速度、移植手升降速度、移植手夹苗间距为试验因素进行五因素三水平正交试验,通过方差分析各因素对移植成功率的影响。试验结果表明：当取苗深度为24mm、岩棉块含水率为90%、移植部件横移速度为0.8m/s、移植手升降速度为0.24m/s、移植手夹苗间距为14mm时,机构移植成功率为97.9%,移植速度为3.132株/h,能够满足高速、高效、稳定的植物工厂岩棉块叶菜种苗移植机械化作业的技术需求。