园艺设施温度控制技术论文
园艺设施温度控制技术论文
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摘要《设施园艺学》是高等农业院校园艺专业的一门专业必修课程。针对该课程的特点及设施园艺发展对人才的需求,结合自己的教学实际和他人的教学经验,对该课程的教学内容、教学方法和教学手段等课程体系建设与改革进行了探讨,旨在提高教学质量,为学生学好《设施园艺学》课程教学提供有益的经验和尝试。
关键词设施园艺学;教学改革;教学内容;教学方法;教学手段
AbstractProtected horticulture science is a professional required course for horticulture speciality in higher agricultural universities. According to the curriculum characters and adapting to the need of protected horticulture development for talent,combining own teaching experience and the experiences learning form others,the paper explored the system construction and reform in protected horticulture science from aspects which included:teaching content,teaching method and teaching form,for the purpose of improving teaching quality and accumulating experience or attempt for students engaged in protected horticulture science.
Key wordsprotected horticulture science;teaching reform;teaching content;tedching method;teaching form
设施园艺是农业生产的一个重要方面,也是实现农业现代化的重要途径。近20年来,我国设施园艺产业飞速发展,设施栽培面积已跃居世界第一位。然而,我国设施园艺生产效率与发达国家的差异仍十分显著,这种差距主要体现在科技水平和科技含量方面,这也是人才素质差距的表现。培养优秀的设施园艺技术人才和经营管理人才,既是实现设施园艺生产可持续发展的必要保证,也是众多高等农业院校的根本任务之一。为了提高设施园艺的教学质量,培养优秀的专业人才,笔者尝试对《设施园艺学》课程教学的内容、教学方法和教学手段等课程体系建设与改革等方面进行了探讨。
1完善教学内容,突出重点难点
据报道,美国设施园艺课程教学内容强调温室的管理,重点以温室管理的各个要素为主线贯穿整个课程教学[1]。而我国设施园艺教学内容目前主要从园艺设施类型、覆盖材料种类、设施环境特点和调控、园艺设施的规划设计和设施育苗、设施栽培等几个方面进行系统的讲授,多数院校把重点内容放在园艺设施环境特点及其调控应用方向。两者研究方向的差异与国情有关,课程教学设施园艺从我国的实际情况出发,向学生介绍更多的设施类型,并要求学生掌握其各自的特点和应用,对学生今后的实际工作大有裨益。
另外,课程组在教学过程中强调基础知识和学科前沿知识并重,在课堂讲授时既强调知识的系统性,又经常在教学过程中穿插介绍学科发展的最新动态,强调知识的灵活运用,特别注重设施园艺的理论和生产实际相结合,突出产业案例教学的重要性。这种教学方法,不但较好地完善了课程教学的内容,还大大提高了学生的学习积极性。
2提高教师素质,组建教学团队
设施园艺学是一门集现代园艺科学、环境工程科学、信息技术科学和现代农业经济科学等为一体的多学科交叉的边缘学科[2],高科技发展给现代设施园艺学赋予了新的内涵,首先对从事该学科教学的教师提出了更高的要求。教师只有不断学习,不断探索,丰富和完善自身的知识体系,通过多次参加学术交流,才能及时了解国内外学科发展的最新动态和进展情况,才能在教学过程中将前沿知识传达给学生。
教师团队将由原来的1~2名教师包揽全部课程内容讲授,改革为由多位长期从事设施园艺研究工作,并在该领域中各具特长的教师组成课程组,共同担任本课程的教学工作,充分发挥每一位教师的专业特长。这样,既保证了各任课教师讲课内容的新颖性和先进性,同时也保证了教学内容的实用性和讲授知识点的深度和广度。同时,也让学生更加了解和深入思考这些教师在科研中遇到的各种问题,有效地激发了学生的学习积极性和主动性,从而加深对课程内容的理解。
3改革教学方法,优化教学质量
改革教学方法,是教育教学改革的重要内容。在教学实践中,课题组越来越体会到教学方法的重要性,在传授学生知识的同时,更注重教会学生学习的方法,即教会学生“学会学习”。
3.1改革教学观念,实施启发式教学
传统教学模式中,教师是教学活动的中心和主导,是知识的灌输者,整个教学活动都是围绕教师进行。这种教学模式限制了学生学习主动性的发挥,学生在学习过程中极易产生厌学情绪,对学生学习及掌握理论基础知识带来极为不利的影响。如何活跃课堂气氛,调动学生的学习热情成为教研工作者的教学目标之一。课程组教师采用启发式教学方法,将某一章节的内容由一连串问题的提出和解答相贯穿,极大地调动了学生的学习积极性。以设施光照环境特点及其调控为例,在教学之前采用启发提问:如“为什么光照重要?设施光照时间、光质、光的分布等受哪些因素影响?什么情况下需要补充光源?什么时候需要遮阳调节作物的光周期?”等,由于学生在课前已经按要求阅读了教材中这一章节的内容,因此能够针对这些问题展开讨论,课堂教学气氛更活跃,学生的学习效率提高。
3.2强调学生的主体地位
“以学生为中心”的教学理论,要求教师和学生都必须转变观念,要求教师树立为学生服务的意识,要求学生树立自我学习的意识并积极主动地学习。这个理论既肯定了教师在整个教学过程中的主导作用,同时又使学生成为主动学习者,充分发挥学生学习的主体性[3]。
在教学过程中,规划部分课堂时间让学生自讲,鼓励同学自已走上讲台进行讲授。如由5名学生组成一个小组,每组在规定时间内讲授一个小专题,专题可以由学生自由选择,只要与课程相关即可。课后由各组查阅资料,制作成ppt或电子杂志,由组代表上台讲授。这种方法不但可以活跃课堂气氛,加强基础知识的学习记忆,而且还可以锻炼学生的勇气和胆量,培养学生的口才,促进全面发展。其次就是根据学习进度,组织专门的讨论课。这种形式可以充分发挥学生的主观能动性和集体智慧,有效提高教学方法的效果,对学生综合能力的提高具有促进作用[5]。
基于PLC的智能温室控制系统的毕业论文
基于PLC的智能温室控制系统的设计
摘要:温室环境系统是一个非线性、时变、滞后复杂大系统,难以建立系统的数学模型,采用常规的控制方法难以获得满意的静、动
态性能。根据温室环境控制的特点,设计了一个基于PLC的智能温室控制系统。
关键谝:PLC;智能控制:温室控制
智能温室系统是近年逐步发展起来的一种资源节约型高
效设施农业技术。本文在吸收发达国家高科技温室生产技术
的基础上,对温室温度、湿度、CO,浓度和光照等环境因子控
制技术进行研究,设计了一种基于PLC的智能温室控制系统。
1智能温室控制算法的研究
1.1温室环境的主要特点
温室环境系统是一个复杂的大系统,建立精确的控制模
型很难实现。由于作物对环境各气候因子的要求并不是特别
的精确,而是一个模糊区间,比如作物对温度的要求,只要温
度在某一时间段在某一区间内,该作物就能很好地生长,因
此,也没有必要将各种参数进行精确控制。温室气候环境作
为计算机控制系统的控制对象,有以下特点:非线性系统、分
布参数系统、时变系统、时延系统、多变量藕合系统。
1.2智能温室控制对象微分方程
智能温室温度微分方程为:
式中,为智能温室的放大系数;为智能温室的时间常数;
为智能温室内外干扰热量换算成送风温度的变化量;为智
能恒温室室内温度。
2系统总体结构与硬件设计
2.1系统总体结构
2.1.1控制系统设计目标
温室控制系统是依据室内外装设的温度传感器、湿度传
感器、光照传感器、CO,传感器、室外气象站等采集或观测的
温室内的室内外的温度、湿度、光照强度、CO,浓度等环境参
数信息,通过控制设备对温室保温被、通风窗、遮阳网、喷滴灌
等驱动/执行机构的控制,对温室环境气候和灌溉施肥进行
调节控制以达到栽培作物生长发育的需要,为作物生长发育
提供最适宜的生态环境,以大幅度提高作物的产量和品质。
2.1.2控制模式
以时间为基准的变温管理。根据一天中时间的变化实行
变温管理,根据作物的生长需要将l天分成4个时间段,4个时
间段中根据不同的控温要求对温室进行控制。1天中4个时间
段的分段方法用户可以灵活的更改,而且4个时间段中的温度
设定值用户也可以设定修改。
不同季节的控制模式不同,只是自动控制系统启动的调
节机构不相同,但不同季节的控制目的是相同的,即将环境参
数调控到设定的参数附近。随着季节的变化,以及随作物生
长阶段的变化,各时间段所需要的温度也是变化的,这时可通
过修改设定温度值来调整温室的温度控制目标。
2.1-3控制方案
本系统采用自动与手动互相切换控制两种方式来实现对
温室的自动控制,提高设备运行的可靠性。在运行时可通过
按钮对这两种控制方式进行切换。手动控制简单可靠,由继
电器、接触器、按钮、限位开关等电气元器件组成。自动控制
模式采用计算机自动控制。通过传感器对环境因子进行监测,
并对其设定上限和下限值,当检测到某一值超过设定值,便发
出信号自动对驱动设备进行开启和关闭,从而使温室环境因
子控制在设定的范围内。其运行成本较低,可大大节约劳动
力,降低劳动者的劳动强度。
2.2系统的硬件组成
为了实现智能温室的环境监控,本设计建立了温室环境
控制参数的长时间在线计算机自动控制系统。实现了温室内
温度、湿度、CO,浓度、光照强度等参数的长期监测。并可根据
智能温室温湿度的需求,对天窗、侧窗、降温湿风扇、风机、湿
帘、内外遮阳网等设备自动控制。采用计算机作为上位机安装
有组态t6.02监控软件,能将数据汇总、显示、记录、自动形成
数据库,并实现了温室调控设备的自动设置与远程监控。为了
确保系统的可靠性,温室设备的控制采用手动/自动切换方
式,即在某些特殊情况下系统可以切换成手动,使用灵活方
便。
3系统的软件设计
3.1温室控制系统PLC软件的设计
根据基本要求和技术要求列出以下几点:(1)防止接点误
动作:可利用自锁电路加以解决;(2)系统自诊断功能:PIG本
身具有此项功能;(3)风机控制:温室设有一组风机,能同时启
动与停止,当温室内的温度超出预定值时,受PLC的控制先是
4个侧窗自动打开,延时5s后风机启动,再延时5s后湿帘水泵
启动,从而使温室的温度降低;(4)侧窗控制:温室中设有4个
侧窗,侧窗受电机控制,通过电机限位的设定来控制侧窗行
程。解决方法类似上一点,但考虑到程序的精炼性,可配合
PGI的中断功能命令加以解决;(5)系统自动/手动控制:可利
用一个开关量作为PLC的输入信号,实现控制程序的转换;
(6)湿帘泵控制;(7)遮阳网控制;(8)CO,补气(控制;(9)补光灯控制;(1O)可扩展性:在PLC中预留一定的存
储空间和端口即可解决。
3.2控制系统软件设计
系统中对风扇、天窗、侧窗、环流风机、遮阳幕和湿帘泵的
控制是通过PLC发出开关指令,通过交流接触器控制相关机
构的启停。由于PLC检测系统具有较高的灵敏度,能够把温
室内的扰动快速反应出来,同时由于温室较大的传递滞后,执
行机构动作频繁,从而影响使用寿命。为此,在程序中加有时
间可调的延时模块,使用时可根据具体情况调整延时,使控制
效果达到最佳。
3.3系统的组态监控软件的设计
组态软件是可从可编程控制器以及各种数据采集卡等设
备中实时采集数据,然后发出控制命令并监控系统运行是否正
常的一种软件包。其主要功能如下:
(1)远程监视功能。它可以通过通讯线远程监视多座温
室的当前状态,包摇‘户外温度、光照强度、风速、风向、雨雪信
号、室内温度、室内湿度、控制器温度、三组独立通风窗的位置
和开关状态、内外遮阳幕的位置和开关状态以及一级二级风
扇、湿帘、微雾、加热器、环流风扇、补光灯、C0,补气阀、水暖
三通阀的状态和多种形式的报警监视,还能监视各灌溉阀的
照强度、风速、室内温度、室内湿度、CO,浓度、水暖温度等全
月的、全周的、全日的和本时段的最大值、最小值和平均值。
(3)温室设备运行记录功能。它能在线记录各温室设备
状态变化时的时间、当前状态和位置、当前目标温度、室内温
度、目标湿度和室内湿度,并能打印输出。
(4)远程设定功能。可以通过通讯线远程修改可编程控
制器的全部设定参数。
(5)生成曲线图功能。它能以平面图或立体图的方式同
时绘制任意时刻的户外温度、光照强度、风速、目标温度、室内
温度、目标湿度、室内湿度、CO,浓度、水暖温度等全年的、全
月的、全周的、全日的变化曲线并打印输出。
4结语
本文通过分析温室执行机构的相应动作对环境因子的影
响,将可编程控制技术、变频技术、组态监控技术和传感器技
术应用于温室控制系统的设计,开发了基于PLC的智能温室
控制系统。圜
状态
(2)数据统计功能。它可以统计任意时刻的户外温度、光[2]
。
它可以统计任意时刻的户外温度、光
14O
[参考文献】
邓璐娟,张侃谕,龚幼民.智能控制技术在农业工程中的应
用.现代化农业,2003(12):1~3
申茂向等.荷兰设施农业的考察与中国工厂化农业建设的思
考.农业工程学报,2000,16(5)
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