山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學 2011， 12: 42 45 Shandong Agricultural Sciences收稿日期 : 2011 05 14基金項目 : “948”計劃項目 ( 11 Z40) ; 泰安市科技發(fā)展計劃項目 ( 20075014) ; 公益性行業(yè) ( 農(nóng)業(yè) ) 科研專項項目 ( 200903019) ; 山東省農(nóng)業(yè)良種工程項目 魯農(nóng)良種字 ( 2010) 6 號 作者簡介 : 張道輝 ( 1955 ) ， 男 ， 研究員 ， 主要從事果蔬貯藏保鮮與環(huán)境控制研究 。E mail: daohuizhang sina. com* 通訊作者甜櫻桃設(shè)施栽培溫度測控系統(tǒng)及其應(yīng)用張道輝 ， 王甲威 ， 宗曉娟 ， 魏海蓉 ， 劉慶忠*( 山東省果樹研究所 /山東省果樹生物技術(shù)育種重點實驗室 ， 山東 泰安 271000)摘 要 : 選擇適宜的通用型電子測控儀表 ， 經(jīng)電路改進后研制成甜櫻桃設(shè)施栽培溫度測控系統(tǒng) ， 替代傳統(tǒng)的水銀柱 、紅汞柱 、煤油柱玻璃棒溫度計和機械感應(yīng)式溫度計等測溫裝置 ， 用于甜櫻桃栽培大棚和溫室的棚溫遙測 ， 取得預(yù)期效果 。與傳統(tǒng)的測溫方式相比 ， 避免了頻繁進出大棚觀看溫度 ， 降低了勞動強度 ， 提高了棚溫測控精度 ， 特別是在夜間或雨雪天氣 ， 也能及時準確地觀測棚溫 ， 適于甜櫻桃設(shè)施栽培應(yīng)用 。關(guān)鍵詞 : 甜櫻桃 ; 設(shè)施栽培 ; 溫度遙測 ; 通用型儀表 ; 測控系統(tǒng)中圖分類號 : S662. 5; S624. 4+4 文獻標識號 : A 文章編號 : 1001 4942( 2011) 12 0042 04Application of Temperature controlled System forSweet Cherry Installation CultivationZHANG Dao hui， WANG Jia wei， ZONG Xiao juan， WEI Hai rong， LIU Qing zhong*( Shandong Institute of Pomology/ Shandong Provincial Key Laboratory of Fruit Tree Biotecnology， Taian 271000， China)Abstract A proper universal electric instrument was selected and redesigned in the electric circuit todevelop a new temperature controlled system for sweet cherry installation cultivation This system was used intemperature telemetry in greenhouses and could substitute the traditional thermometer， such as mercury， mer-bromin， kerosene and mechanical induction thermometers Compared to the traditional temperature measuringmethods， it facilitated people in avoiding entering the greenhouse hourly for temperature recording， reducedthe labor intensity and improved the accuracy of measuring， especially at night or under bad weather， so it wassuitable for protected cultivation of sweet cherryKey words Sweet cherry; Installation cultivation; Temperature telemetry; Universal instruments;Measuring and controlling systems溫度是甜櫻桃設(shè)施栽培最重要的環(huán)境因子 ，栽培環(huán)境的溫度檢測與控制精度 ， 對其產(chǎn)量和質(zhì)量都具有至關(guān)重要的作用 1。甜櫻桃設(shè)施栽培 ，年平均收入比同面積露地栽培增加 5 10 倍 2。近幾年山東省甜櫻桃設(shè)施栽培面積迅速擴大 ， 泰安 、煙臺 、青島 、棗莊 、臨朐等地區(qū)及部分省外的櫻桃產(chǎn)區(qū) ， 出現(xiàn)了多種類型的甜櫻桃栽培大棚和溫室 。但由于技術(shù)水平 、經(jīng)濟基礎(chǔ) 、栽培經(jīng)驗等條件的限制 ， 也遇到了許多問題 ， 特別是大棚的溫度檢測技術(shù)和方法 ， 正處于新老技術(shù)替代階段 ， 傳統(tǒng)的水銀柱 、紅汞柱 、煤油柱玻璃棒溫度計和機械感應(yīng)式溫度計等測溫裝置 ， 反應(yīng)速度慢 ， 功能落后 ， 在使用過程需頻繁進出大棚觀看溫度 ， 特別是在夜間或雨雪天氣 ， 很難及時準確地檢測棚溫 。因此 ，這些裝置正在逐步被現(xiàn)代電子測控儀表替代 。電子測控儀表功能強 ， 使用方便 ， 可以在棚外值班室內(nèi)隨時監(jiān)測棚內(nèi)氣溫和地溫 ， 使棚溫的管理控制更科學規(guī)范 。但是 ， 電子測控儀表屬于通用型儀表 3， 選用過程需要較強的專業(yè)性 ， 使用者對其主要性能和技術(shù)指標必須了解 ， 根據(jù)甜櫻桃設(shè)施DOI:10.14083/j.issn.1001-4942.2011.12.028栽培的特點 4， 對不能滿足要求的儀表性能和指標需進行電路改進 。為此 ， 筆者連續(xù) 2 年進行了電子測控儀表在甜櫻桃設(shè)施栽培中的應(yīng)用研究 ，確定了主要功能和技術(shù)指標的選用參數(shù) ， 針對性地改進了儀表電路 。經(jīng)選擇和改進后的電子測控儀表 ， 可以完全滿足甜櫻桃設(shè)施栽培的使用要求 ，對甜櫻桃設(shè)施栽培技術(shù)的提高和完善具有重要實用價值 。1 甜櫻桃設(shè)施栽培電子測控儀表的選擇1. 1 主要功能和技術(shù)指標選擇用于甜櫻桃設(shè)施栽培的電子測控儀表 ， 主要用于塑料大棚或日光溫室內(nèi)氣溫或地溫的檢測 ，屬于通用型溫度測控儀表 ， 選配相應(yīng)的傳感器 ， 也可用于濕度 、壓力 、流量 、轉(zhuǎn)速 、水位等指標的檢測或控制 ， 不同的型號代表不同的用途和性能 ， 不同廠家生產(chǎn)的同類儀表遵循國內(nèi)統(tǒng)一的型號和指標制定標準 5， 因此 ， 用于甜櫻桃設(shè)施栽培的溫度測控儀表 ， 可以通過分析其具體型號和指標合理選配 。市面上同類儀表的型號和生產(chǎn)廠家非常多 ， 選擇過程需要較強的專業(yè)性 ， 表 1 是使用者必須了解的 10 種同類儀表型號的主要性能和技術(shù)指標 ， 這 10 種型號的溫度測控儀表 ， 是根據(jù)需要從繁多的電子測控儀表中選出的 ， 都可以用于溫度測量和控制 。從表 1 中可以看出 ， XMTD 2002 型儀表的分辨率 、測控范圍等主要指標 ， 都能滿足甜櫻桃設(shè)施栽培的需求 ， 市場調(diào)查也表明 ，其價格處于同類產(chǎn)品的中下游 ， 可以認為 ， 此儀表是比較適合的一種 。但是 ， 該儀表對工作環(huán)境溫度的要求與另外 9 種一樣 ， 都是 0 50， 而用于甜櫻桃設(shè)施栽培必需經(jīng)過隆冬季節(jié) ， 儀表通常工作在大棚或溫室外的值班室內(nèi) ， 不具備相應(yīng)的控溫措施 ， 工作環(huán)境溫度隨外界氣溫而變 ， 經(jīng)常遠低于 0 6， 導致產(chǎn)生大幅度測量誤差 。因此 ， 要完全滿足甜櫻桃保護地栽培的要求 ， 必需對儀表電路和個別指標進行改進 。表 1 10 種常用電子溫度測控儀表型號及主要性能電子溫度測控儀表名稱國內(nèi)統(tǒng)一型號配用溫度傳感器型號及名稱主要用途分辨率( )工作環(huán)境溫度 ( )測控范圍( )說 明數(shù)字式溫度顯示儀 XMZ 101 K( EU 2) 熱電偶 溫度測量 0. 1， 0. 5 0 50 0 400 全量程顯示數(shù)字式溫度顯示控制儀 XMTD 2002 CU50( G) 銅熱電阻 溫度測量及調(diào)控 0. 1 0 50 50 150全量程顯示及位式單限調(diào)控數(shù)字式溫度顯示控制儀 XMTE 8002 Pt100( BA1) 鉑熱電阻 溫度測量及調(diào)控 0. 01， 0. 1， 1 0 50 199. 9 199. 9全量程顯示及位式單限調(diào)控數(shù)字式溫度顯示控制儀 XMT 113 輸入電壓 ( mV) 信號 溫度測量及調(diào)控 0. 1， 1 0 50 0 500mV 全量程顯示超限報警數(shù)字式溫度顯示控制儀 XMT 12F5 輸入電流 ( mA) 信號 溫度測量及調(diào)控 0. 1， 1 0 50 0 500mA 全量程顯示超限報警智能型數(shù)顯控制儀 XMTB 8302 Pt100( BA2) 鉑熱電阻 溫度測量及調(diào)控 0. 01， 0. 1， 1 0 50 199. 9 199. 9全量程顯示及時間比例調(diào)控智能型數(shù)顯控制儀 XMTA 2603 輸入電壓 ( mV) 信號 溫度測量及調(diào)控 0. 01， 0. 1， 1 0 50 0 500mV全量程顯示 ， 單相可控硅移相觸發(fā)控制智能型數(shù)顯控制儀 XMT 174 輸入熱電阻信號 溫度測量及調(diào)控 0. 01， 0. 1， 1 0 50 199. 9 199. 9全量程顯示 ， 單相可控硅過零觸發(fā)控制智能型數(shù)顯控制儀 XMT185 輸入電流 ( mA) 信號 溫度測量及調(diào)控 0. 01， 0. 1， 1 0 50 199. 9 199. 9全量程顯示 ， 三相可控硅過零觸發(fā)控制智能型數(shù)顯控制儀 XMTA 2905 輸入電流 ( mA) 信號 溫度測量及調(diào)控 0. 01， 0. 1， 1 0 50 199. 9 199. 9全量程顯示及位式雙限調(diào)控1. 2 儀表電路及參數(shù)的改進通過測繪和分析同類電子溫度測控儀表電路發(fā)現(xiàn) ， 盡管儀表外型多種多樣 ， 但內(nèi)部結(jié)構(gòu)及采用的單元電路原理基本相同 7。圖 1 是 XMTD 2002 型儀表測溫和顯示電路原理框圖 ， 可以代表其他型號的同類溫度測控儀表 ， 電路中包括電源變換 、信號轉(zhuǎn)換 、多級信號濾波 、信號放大和 LED顯示 5 部分單元電路 ， 用零信號輸入法 8逐個檢測各單元電路的溫度漂移誤差 9， 確定信號轉(zhuǎn)換電路是產(chǎn)生溫度漂移誤差的根源 ， 該電路主要由惠斯通電橋電路 10與熱電阻溫度傳感器匹配組成 。圖 2 是原信號轉(zhuǎn)換電路原理圖 ， 圖中 W1為 1k 普通玻璃軸預(yù)調(diào)電位器 ， 溫度系數(shù)為 ±0. 025% /。R1、R2、R3分別為 10 k、10 k、34第 12 期 張道輝等 : 甜櫻桃設(shè)施栽培溫度測控系統(tǒng)及其應(yīng)用100 金屬氧化膜固定電阻 ， 溫度系數(shù)為 ±0. 035% /。Rt 為 Pt100 鉑熱敏電阻 。根據(jù)惠斯通電橋溫度補償和儀表溫漂雙相抑制原理 11， 結(jié)合現(xiàn)場多次修正試驗 ， 最終用更換低溫度系數(shù)電子元件和改用基準電壓源的方法取得成功 。圖 3是改進后信號轉(zhuǎn)換電路原理圖 ， 圖中 G 為集成帶隙基準電壓源 MC1403 12。該集成電路輸入 5V直流電壓 ， 輸出 2. 5V 基準電壓 ， 本身具有防溫漂功能 ， 這樣 ， 信號轉(zhuǎn)換電路的工作電源 ， 由 5V 改為 2. 5V。W1為 HP 16 型 1 k 精密線繞電位器 ， 溫 度 系 數(shù) 為 ± 0. 002% /。R1、R2、R3為RX710 A 型精密線繞電阻器 ， 阻值分別是 5 k、5 k、100 ， 溫度系數(shù)為 ±0. 0005% /。圖 1 儀表測溫和顯示電路原理框圖圖 2 原信號轉(zhuǎn)換電路原理圖圖 3 改進后信號轉(zhuǎn)換電路原理圖2 改進效果及應(yīng)用2. 1 改進效果由自行設(shè)計的檢測方法 12， 檢測出 XMTD 2002 儀表改進前后的溫度漂移曲線如圖 4 所示 ，被測溫度值是穩(wěn)定的 0 ( 冰水混合物 ) 。由圖 4看出 ， 當工作環(huán)境溫度低于 3或高于 45時 ， 改進前儀表測量誤差就開始隨超出范圍的增加而迅速變大 ， 筆者用同一方法檢測了多種具有代表性的不同型號儀表 ， 得到基本相同的結(jié)果 ， 這與表 1中指標數(shù)據(jù)有差別 。分析其原因 ， 可能是儀表均采用塑料外殼 ， 散熱性能較差 ， 長期通電工作產(chǎn)生的熱量不能完全散盡 ， 使機殼內(nèi)溫度高于機殼外 ，導致實際工作環(huán)境溫度指標發(fā)生上移 。改進后的XMTD 2002 型儀表 ， 對工作環(huán)境溫度的適應(yīng)范圍明顯加寬 ， 下限值增加了 22 以上 ， 工作環(huán)境溫度指標由 0 50 改進為 22 50， 可基本滿足該型儀表長期工作對環(huán)境溫度的要求 。圖 4 儀表改進前后溫度漂移曲線2. 2 在五連棟甜櫻桃栽培大棚的應(yīng)用以改進后的電子溫度測控儀表為主 ， 設(shè)制了五連棟甜櫻桃設(shè)施栽培溫度測控系統(tǒng) ， 具有對棚內(nèi)氣溫或地溫的遙測和自動控制功能 ， 由于目前全自動控制研究還沒達到預(yù)期效果 ， 所以只用于棚內(nèi)氣溫或地溫的監(jiān)測 。該系統(tǒng)固定在棚外值班室墻上 ， 5 個防水溫度傳感器分別固定在大棚內(nèi)44 山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學 2011 年具有溫度代表性的 5 個位置 ， 通過三心信號電纜接入棚外值班室內(nèi)的測控系統(tǒng) ， 實現(xiàn)了棚溫的帶線遙測 。5 個溫度值 ， 分別代表大棚內(nèi)當時 5 個位置的氣溫或地溫 ， 值班人員在北側(cè)棚外值班室內(nèi)就可隨時掌握棚內(nèi)溫度變化情況 ， 靈活的進行升溫 、降溫或保溫操作 ， 可以大幅度降低操作人員的勞動強度 ， 同時提高了棚溫管理的科學性 ， 連續(xù)2 年采用該系統(tǒng)進行甜櫻桃設(shè)施栽培棚溫帶線遙測 ， 均取得預(yù)期效果 ， 甜櫻桃產(chǎn)量和質(zhì)量均優(yōu)于采用傳統(tǒng)方法監(jiān)測溫度的同類大棚 ， 甜櫻桃平均售價是同品種露地栽培的 7. 5 倍 。3 結(jié)論與討論3. 1 經(jīng)改進后的通用型電子測控儀表 ， 主要功能和技術(shù)指標可以滿足甜櫻桃設(shè)施栽培的要求 ， 可作為專業(yè)性儀表推廣應(yīng)用 。3. 2 用現(xiàn)代電子測控儀表替代傳統(tǒng)的水銀柱 、機械感應(yīng)式溫度計等測溫裝置 ， 可大幅度降低勞動強度 ， 提高科學管理水平 ， 對甜櫻桃設(shè)施栽培技術(shù)的完善和發(fā)展 ， 具有重要的推動作用 。3. 3 采用電能加熱升溫時 ， 棚溫調(diào)控可利用該測控系統(tǒng)的自動控制功能 ， 實現(xiàn)全自動控制 。但采用柴 、煤 、氣等加熱方式升溫時 ， 考慮到成本和安全問題 ， 不提倡采用全自動控制方式 。由人工根據(jù)儀表監(jiān)測值完成棚溫調(diào)控 ， 更適合目前的國情 。參 考 文 獻 : 1 Ustenberghs H， Verbeyen J， Keulemans J. 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