智能化農業生產控制柜的設計與研發

李健 于浩天 閆立 張鵬 孟慶宇

摘 要：通過對國內外部分低壓配電柜的研究，結合黑龍江墾區對農業信息化的需求，充分利用黑龍江八一農墾大學大學生創新創業項目的契機，設計并制造了適合墾區的溫室大棚的智能化控制箱，實現了農業生產現場中參數的快速采集、執行機構控制等問題，具有較好的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：智能化；配電柜；設計

引言

近年來，隨著電子技術的不斷發展，低壓配電、控制系統與成套裝置的發展方向主要有緊湊化、智能化、可通信、高防護、高可靠性、模塊化、環保等技術特征[1]。我校在對墾區充分調研的基礎上，利用學校與墾區進行社會服務的機會，設計并制造了一系列適合墾區農業生產的設備，為墾區農業信息化的發展提供了一定的支持。

1 國內外發展現狀

在20世紀80年代以來，我國逐步引進了一些較為先進的低壓配電控制柜，并且在柜體設計、加工工藝、智能化技術應用等方面取得了較大的進步。我國從上世紀70年代開始也進行了一系列的探索，發展出了四代產品，目前第四代產品已經具有高性能、小型化、智能化、模塊化、多功能的特征。

2 黑龍江墾區的應用現狀

黑龍江墾區是我國重要的糧食生產基地，也是現代化農業的集中代表。目前根據2014年中央一號文件，黑龍江墾區今后一段時間的工作重點是根據各區的特點，大力發展農業信息化，以實現糧食生產再上新臺階。目前其主要發展方向體現在加強農業和農業信息化體系建設的基礎上，加快墾區數字農業系統的立項與開發，早日實現農業物聯網的建設。[2]

3 智能化農業生產控制柜的設計

3.1 功能介紹

設計的配電柜具有數據采集、輸出控制功能，數據采集包括兩部分：

（1）空氣質量參數：主要有空氣溫度、空氣濕度、光照度、二氧化碳含量等；

（2）土壤質量參數：土壤溫度、土壤含水率、土壤PH值等。輸出控制主要包括卷簾通風電機控制和噴灌開關控制，其主要功能是實現控制區域內溫度調節和土壤含水率的調整。其具體功能如圖1所示。

圖1 智能控制柜功能框圖

3.2 設計內容

智能化農業生產控制柜的設計上采用嚴格的工藝流程控制，從配電柜外觀設計、材料選擇、防腐工藝、安裝流程都嚴格按照國家標準進行操作，從而保證產品具有良好的可靠性。

3.3 產品特色

智能化農業生產控制柜具有如下特點：

（1）參數自動采集。可認為調整系統參數采集的時間間隔，從20s～24h時間段內任意選擇，并且采用輪詢的方式，主機與各系統之間采用無線通訊的方式，減少了走線量。

（2）配電箱內采用4層保護裝置。配電箱電源部分采用空氣開關、熔斷器、開關電源、自保電路等四層保護措施，嚴格保證在高溫、高濕、粉塵等惡劣環境下設備的可靠性，防止觸電事故的發生。

（3）低壓供電系統。主設備采用5伏和24伏供電，保證系統在最極端漏電的情況下也不會對操作者造成任何傷害。

（4）端口設計靈活。數據采集端口是通用型的三針或四針三防接頭，系統內部也是采用開放的設計系統，兼容不同類型的傳感器和設備，保證控制柜具有較好的通用性。

4 應用效果

應用以上技術生產的智能農業生產控制柜已經在黑龍江墾區有了較好的應用，其中洪河農場第一作業區育秧基地、建三江種業科研所育秧基地等已有了大面積的推廣應用，從目前應用效果來看，取得了較好的經濟效益和社會效益。

5 結束語

農業信息化是未來農業發展的大方向，是進一步提高農業生產效率、增加農民收入的重要手段，同時農業信息化也是我國正在建設的物聯網的重要組成部分。農業生產環境的智能控制，對于提高農業產品附加值有著不可估量的作用。因此，重點開發具有更高智能化的農業生產控制設備具有極高的科研價值和應用價值。

參考文獻

[1]劉效松. 低壓配電柜的技術創新及發展[J].建筑電氣， 2006（3）.

[2]王熙， 莊衛東，汪春.黑龍江墾區農業信息化進展及展望[J].黑龍江八一農墾大學學報， 2010（5）.