无线补光果蔬大棚的设计与实现

2018-05-03计联岳郑敏华

现代农机 2018年1期

计联岳郑敏华

作者信息：1余姚市陆埠镇农业农村办公室,315420,浙江余姚;2浙江万里学院，315100，浙江宁波

1 前言

随着社会的发展和人们对新鲜蔬菜瓜果的需求量越来越大，果蔬生产者对果蔬大棚的产出要求也越来越高。现在电光源技术不断发展和革新，各种人造光源越来越多地被用于植物的种植和栽培领域，它的应用具有生产周期短、适于棚室栽培及经济效益高等特点，在世界小浆果生产中居于首位。受市场需求的推动，生产主栽果蔬农产品品种普遍采用棚室。但由于受温室结构、卷放帘时间、棚膜上的尘土露水等的影响，温室内一般光照不足，冬春季节因受阴、雨、雪、雾等天气的影响，设施内部光照不足和光质组成不平衡现象尤为严重。与日美等先进国家相比，单位面积产量比较低、畸形果发生率较高、病虫害严重、生产管理技术相对落后等问题日益突出。为此急需补光设备给温室补光，利用科学的果蔬补光方法，提高农产品产量及品质，达到增产、优质、高效、抗病和无公害的目的。通过补光可以促进农作物光合作用，调节农作物的开花与结果，控制株高和营养成分，加速农作物生长，提高免疫和抗病害能力，延长有效产收期，从而提高果蔬的品质与产量。结合不同地区的生态条件，将不同的人造光源应用于植物生长照明，主要有如下优势：①可以提供植物生长所有阶段所需要的光照；②在冬季，可以弥补太阳光照的不足，而使植物生长不受季节的影响；③促进植物光合作用，加速植物生长，进而缩短生长周期。

如何科学地给棚室蔬菜、瓜果补光成了各国科技工作者的热点研究问题，各种人造光源补光已成为国内外棚室栽培的重要技术措施。一种全天候的应用补光技术的果蔬大棚，采用集中式无线远距离控制方式，能实现多种控制功能，使大棚果蔬达到优质、高产、丰收的目的，具有良好的社会效益和经济效益。

2 大棚的基本结构

果蔬大棚建设已经火了很多年，农民收入也越来越高，建大棚的热情也越来越高。补光果蔬大棚的结构设计应以国家颁布的相关通用标准（如GB 50009-2001）为依据,同时作为农用大棚，其设计也要注意遵循农业部的部颁标准规范，如JB/T 10286-2001(日光温室结构标准)，在标准的指导下才能建成符合标准的果蔬大棚。为了节省成本，补光果蔬大棚可以在现有大棚的基础上应用补光技术改进而成。为了达到照度要求，标准大棚补光灯具采用双排安装，每盏灯具间距5 m，相邻灯具采用间隔交叉排列，横向间距和离地高度根据灯的功率确定，但要保证作物受光强度达到一定要求，如图1所示。

图1 大棚结构及补光灯安装

3 补光光谱的特点和选型

电光源种类繁多，如何挑选适合果蔬大棚的光源显得十分重要。如图2所示为人眼和植物对各种光谱成分的敏感程度：人眼的峰值敏感波长约为550 nm，即黄绿光区域；而植物对红光和蓝光更敏感，其峰值波长在630 nm附近。这说明红光可以为植物生长提供最有效的营养素，蓝光次之，而黄绿光则基本没有贡献。在植物生长期内，在光照射下，植物体内进行光合作用的叶绿素吸收大部分红光和蓝光，而反射大部分黄绿色区域的光，所以多数植物呈现出绿色的颜色。

图2 植物和人眼对光的敏感程度与波长的关系

为了促进植物的生长，必须使农作物能均衡地吸收到足够的红光和蓝光，保证光合作用的效率。而不同植物所需的红蓝光比例及光照周期存在一定差异，不同地区不同植物对光色的需求又有不同。目前国内的钠灯是针对人眼敏感波长设计制造的，常适用于对显色性要求不高的场合，如道路、停车场照明。因此，果蔬大棚补光需重新选用专门针对农作物特点的具有足够的红光和蓝光、保证光合作用的高效率灯具，本次实验灯具选用了宁波亚茂光电有限公司专门设计的75 W植物钠灯和LED灯。

4 无线控制系统

4.1 远距离无线控制技术

现在无线控制的距离是个难点，做到高可靠性则更难，常见低频效率较低，2.4 GHz高频则直线传输，受障碍物影响十分明显。综合考虑，本系统采用433 MHz频段进行控制，结合软硬件纠错措施，达到需要的性能指标。整个无线控制系统由主机和从机组成，其电路构成分别如图3、4所示。为了达到远距离、高可靠控制，优先选用低功耗无线收发模块完成信号的发射和接收。通信方式采用全双工方式，工作频率433 MHz，发射功率小于100 mW。