茶園自動(dòng)噴灌防霜系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究.pdf

1、防霜風(fēng)機(jī)在茶果園中得到了一定規(guī)模的推廣應(yīng)用，但其設(shè)施一次性投入大、運(yùn)行成本較高;一種低成本的噴水防霜新方法也逐漸得到應(yīng)用，它通過(guò)噴灑水在植株上結(jié)冰放熱，從而避免植株遭受霜凍害。確定不同氣象條件下的噴灌強(qiáng)度，是噴水防霜節(jié)水和控制的關(guān)鍵所在。本論文以茶樹(shù)為防霜對(duì)象，首先設(shè)計(jì)并構(gòu)建噴灌防霜系統(tǒng)，試驗(yàn)分析不同噴灌強(qiáng)度對(duì)防霜效果的影響;然后建立茶樹(shù)防霜噴灌強(qiáng)度計(jì)算模型，并對(duì)水溫的影響進(jìn)行修正，從而確定不同氣象條件下適宜的防霜噴灌強(qiáng)度;設(shè)計(jì)研制噴灌

2、防霜控制系統(tǒng)，通過(guò)間歇噴灌實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分級(jí)控制;最后進(jìn)行噴灌防霜及其控制系統(tǒng)的田間防霜效果測(cè)試。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)噴灌防霜系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與防霜預(yù)試驗(yàn)研究
　　在試驗(yàn)茶場(chǎng)選擇一處面積約2.2畝的地塊，通過(guò)管網(wǎng)水利計(jì)算和噴頭等選型，構(gòu)建了噴灌強(qiáng)度為4mm/h的噴灌防霜系統(tǒng)。搖臂式噴頭的流量為0.4 m3/h，射程為7m，旋轉(zhuǎn)周期為18s，干管、分干管和支管的內(nèi)徑分別為40、25和20 mm，水泵型號(hào)為40ZX6.3-50

3、。
　　進(jìn)行噴灌防霜的預(yù)試驗(yàn)，分析了茶園噴灌的防霜效果以及不同噴灌強(qiáng)度對(duì)防霜效果的影響。結(jié)果表明:噴灑水可維持冠層處氣溫在0℃左右，試驗(yàn)區(qū)域葉表面平均溫度提升3℃;在噴灌系統(tǒng)關(guān)閉后的1h內(nèi)，對(duì)照區(qū)域冠層處氣溫升高4.8℃，試驗(yàn)區(qū)域升高2.2℃，延緩明顯，可有效避免解凍傷害;不同噴灌強(qiáng)度的防霜效果不同，在0～2、2～4和4～8 mm/h噴灌強(qiáng)度下，試驗(yàn)區(qū)域冠層處空氣溫升分別為0.4、2.0和2.4℃。
　　(2)防霜噴灌強(qiáng)度計(jì)

4、算模型研究
　　考慮不同霜凍條件下噴灌水源水溫的差異，對(duì)茶樹(shù)葉片的Barfield防霜噴灌強(qiáng)度計(jì)算模型進(jìn)行修正，并根據(jù)不同的風(fēng)速、冠層處空氣濕度、冠層處氣溫和水溫，確定適宜的噴灌強(qiáng)度。結(jié)果表明:當(dāng)風(fēng)速0.6 m/s、冠層處氣溫-5℃、冠層處濕度90％、水源水溫0℃時(shí)，適宜的噴灌強(qiáng)度為3.19 mm/h;當(dāng)風(fēng)速0.6 m/s、冠層處氣溫-5℃、冠層處濕度90％、水源水溫12℃時(shí)，適宜的噴灌強(qiáng)度為2.78 mm/h。
　　(3)

5、噴灌防霜控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
　　總體設(shè)計(jì)了噴灌防霜的控制系統(tǒng)，并進(jìn)行系統(tǒng)硬件的研制。選用三菱FX1N-14MR-001 PLC作為數(shù)據(jù)采集和控制終端，基于RS-485通訊協(xié)議，PLC分別與阿爾泰DAM-3059A數(shù)據(jù)采集器、威綸TK6070ik觸摸屏進(jìn)行通訊;根據(jù)傳感器采集的氣象數(shù)據(jù)，系統(tǒng)發(fā)送指令至接觸器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥和水泵的控制。
　　制訂了防霜控制策略，包括噴灌系統(tǒng)啟閉時(shí)機(jī)和噴灌強(qiáng)度調(diào)節(jié)，并開(kāi)發(fā)了控制軟件。系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)機(jī)設(shè)定為冠

6、層處氣溫小于等于0℃，停止時(shí)機(jī)設(shè)定為日出后半小時(shí)且冠層處氣溫高于0℃;采用間歇式噴水方式進(jìn)行噴灌防霜，設(shè)定的噴灌強(qiáng)度級(jí)別分別為1、2、3和4mm/h。基于觸摸屏編程軟件EB8000，設(shè)計(jì)了觸摸屏界面并編寫(xiě)了控制宏指令;基于編程軟件GX-Developer，采用梯形圖語(yǔ)言編寫(xiě)了PLC程序。
　　(4)田間噴灌防霜效果測(cè)試
　　集成噴灌防霜系統(tǒng)及其控制技術(shù)，在有霜條件下進(jìn)行了田間防霜效果測(cè)試。結(jié)果表明:噴灌區(qū)域冠層處氣溫均維持在