林木温室育苗的自动化作业系统的构建

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林木温室育苗的自动化作业系统的构建

引言

在大型林木种苗的培育系统中，环境参数( 如室内温度、湿度、光照强度以及 CO2 含量等) 都

需要进行实时监控，这就要求温室控制系统具有自动化、网络化和便于操作等优点。传统的温

室控制系统一般采用 RS485 总线系列，成本高，传输距离有限。WLAN 是一种新型的无线传

输系统，其具有高速、高效、经济、覆盖范围广、经济性比较强等优点。本文将无线通信技术

运用到林木温室的自动化作业平台中，并结合数值仿真模拟技术成功地实现了温室内 CO2 的

自动化调节过程，得到了温室环境的温度、湿度、CO2 含量等分布情况，实现了温室育苗的自

动化作业。

1 林木温室机械自动化作业平台概述

随着机械数控技术的发展，通过 PLC 编程控制可以实现很多自动化作业，如林木育苗过程的

自动化。

无线通信技术是当前应用得比较多的自动化控制技术，通过它可以将检测信号直接传输到控制

中心，由控制中心发出控制指令对电机机械操作，从而实现各种自动化作业过程，如图 1 所

示。

图1 中，无线控制作业过程主要是通过无线传输 WLAN 和自动化控制设备来完成的，无线控

制作业的输出设备为机械手。具体操作流程如图 2 所示。【图 1略.图2】

工作时，通过无线检测技术对温室的林木生长环境进行无线检测，将无线检测得到的信号加入

到数值模拟的边界条件中进行仿真计算，得到温室的环境参数分布情况; 对温室参数分布情况

进行分析，对计算机自动控制发出指令，操作机械手实现温室育苗过程的自动化作业。

2 温室育苗机械自动化控制数学模型研究

在温室林木育苗过程中，需要采用机械自动化的方式对温室的温度、湿度以及 CO2 量进行控

制。在自动化实现过程中，首先要进行信息的采集，本文主要运用无线通信技术对环境参数进

行检测。在信息采集完毕之后，自动化控制过程主要采用的是机械导轨和机械手装置，通过导

轨滑动实现空间自动化，通过机械手实现环境参数的调控。机械自动化装置示意图如图 3 所

示。【图 3】

根据图 3 可以得到装置的驱动力为【1-2】

其中，θ 表示手指的角度; φ 表示旋转方位角。

装置的实际驱动力为【3】

由于传动过程中有损耗，所以将机械传动效率确定为 0 ．94 ，而 K 的取值可表示为【4】

机械装置的设计主要是活塞运动的设计，其中需要施加的活塞力可以表示为【5】

其中，F1 表示活塞杆推力; F2 表示反作用于弹簧的力; F3 表示气缸的总的阻力; P 表示气缸的总

压力。反作用于弹簧的力可以用下列公式计算，即【6】

其中，x 表示活塞行程，Gf 表示弹簧的刚度。【7】

其中，d2 表示弹簧直径; D2 表示弹簧平均直径; i 表示弹簧的圈数; G 表示弹簧的弹性模量。考

虑机械效率的影响，则【8-9】

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摘要：

林木温室育苗的自动化作业系统的构建引言在大型林木种苗的培育系统中，环境参数(如室内温度、湿度、光照强度以及CO2含量等)都需要进行实时监控，这就要求温室控制系统具有自动化、网络化和便于操作等优点。传统的温室控制系统一般采用RS485总线系列，成本高，传输距离有限。WLAN是一种新型的无线传输系统，其具有高速、高效、经济、覆盖范围广、经济性比较强等优点。本文将无线通信技术运用到林木温室的自动化作业平台中，并结合数值仿真模拟技术成功地实现了温室内CO2的自动化调节过程，得到了温室环境的温度、湿度、CO2含量等分布情况，实现了温室育苗的自动化作业。1林木温室机械自动化作业平台概述随着机械数控技术的发...

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