引言
在大型林木種苗的培育系統中，環境參數\\( 如室內溫度、濕度、光照強度以及 CO2含量等\\) 都需要進行實時監控，這就要求溫室控制系統具有自動化、網絡化和便于操作等優點。傳統的溫室控制系統一般采用 RS485 總線系列，成本高，傳輸距離有限。WLAN是一種新型的無線傳輸系統，其具有高速、高效、經濟、覆蓋范圍廣、經濟性比較強等優點。本文將無線通信技術運用到林木溫室的自動化作業平臺中，并結合數值仿真模擬技術成功地實現了溫室內 CO2的自動化調節過程，得到了溫室環境的溫度、濕度、CO2含量等分布情況，實現了溫室育苗的自動化作業。
1 林木溫室機械自動化作業平臺概述
隨著機械數控技術的發展，通過 PLC 編程控制可以實現很多自動化作業，如林木育苗過程的自動化。
無線通信技術是當前應用得比較多的自動化控制技術，通過它可以將檢測信號直接傳輸到控制中心，由控制中心發出控制指令對電機機械操作，從而實現各種自動化作業過程，如圖 1 所示。
圖 1 中，無線控制作業過程主要是通過無線傳輸WLAN 和自動化控制設備來完成的，無線控制作業的輸出設備為機械手。具體操作流程如圖 2 所示?！緢D1略.圖2】
工作時，通過無線檢測技術對溫室的林木生長環境進行無線檢測，將無線檢測得到的信號加入到數值模擬的邊界條件中進行仿真計算，得到溫室的環境參數分布情況; 對溫室參數分布情況進行分析，對計算機自動控制發出指令，操作機械手實現溫室育苗過程的自動化作業。
2 溫室育苗機械自動化控制數學模型研究
在溫室林木育苗過程中，需要采用機械自動化的方式對溫室的溫度、濕度以及 CO2量進行控制。在自動化實現過程中，首先要進行信息的采集，本文主要運用無線通信技術對環境參數進行檢測。在信息采集完畢之后，自動化控制過程主要采用的是機械導軌和機械手裝置，通過導軌滑動實現空間自動化，通過機械手實現環境參數的調控。機械自動化裝置示意圖如圖 3 所示?！緢D3】
根據圖 3 可以得到裝置的驅動力為【1-2】
其中，θ 表示手指的角度; φ 表示旋轉方位角。
裝置的實際驅動力為【3】
由于傳動過程中有損耗，所以將機械傳動效率確定為 0． 94，而 K 的取值可表示為【4】
機械裝置的設計主要是活塞運動的設計，其中需要施加的活塞力可以表示為【5】
其中，F1表示活塞桿推力; F2表示反作用于彈簧的力; F3表示氣缸的總的阻力; P 表示氣缸的總壓力。反作用于彈簧的力可以用下列公式計算，即【6】
其中，x 表示活塞行程，Gf表示彈簧的剛度?！?】
其中，d2表示彈簧直徑; D2表示彈簧平均直徑; i表示彈簧的圈數; G 表示彈簧的彈性模量?？紤]機械效率的影響，則【8-9】
3 林木溫室育苗自動化控制數值模擬研究
本文以實際溫室林木育苗過程為研究對象，對林木溫室育苗的自動化進行了數值模擬和實驗研究。圖 4 為林木溫室育苗實際模型圖?！緢D4.略】
本文選用松木等生長適應性比較強的林木作為研究對象，將林木在溫室中進行自動化培育，培育過程運用無線檢測技術對溫室環境進行檢測。為了實現溫室的自動化控制，以數值模擬的方式進行仿真模擬建模，通過將邊界條件輸入模型的方式來調控溫室內溫度、濕度以及 CO2的變化。建立的溫室二維模型截面示意圖如圖 5 所示?！緢D5】
為了準確地模擬溫室內的環境參數，本文選用結構化四邊形網格，并對邊界進行加密，網格劃分總數為 12 萬個。
表 1 為通過無線檢測技術檢測到的溫室環境參數結果。由表 1 可以看出，溫室的溫度、相對濕度以及 CO2的含量隨著時間的變化而變化。其中，溫度和濕度對于林木育苗的溫度比較適合，但是 CO2的濃度不合理。為了對溫室育苗 CO2的濃度進行自動化控制，使用 FLUENT 軟件對 CO2濃度進行了數值仿真模擬，如圖 6 所示?！颈?.圖6略】
由圖 6 可以看出，不同部位 CO2的濃度有所不同，沒有均勻分布。為了保證 CO2含量的均勻分布，需要通過導軌對 CO2排放裝置進行移動控制，并通過機械手控制 CO2的排量。圖 7 為機械手受到的驅動力作用變化圖。由圖 7可以看出，機械手受到的力成正弦曲線或者余弦曲線變化。通過對驅動力的自動控制，便可以實現林木溫室育苗的自動化控制。
通過對 CO2排列的自動化控制，最終得到了 CO2隨時間變化曲線，如圖 8 所示。由圖 8 可以看出，在前 50s 內，CO2的含量逐漸減低，不利用林木苗的生成; 通過自動化控制之后，CO2的量隨時間逐漸增加，實現了林木的自動育苗過程?！緢D7-8】
4 結語
結合數值仿真模擬技術，運用先進的機械自動化技術設計了林木苗的自動化作業平臺，通過對溫室環境的調節，實現了溫室作業的自動控制。首先對林木苗的自動化控制系統進行了概述，分析了系統的構成以及無線通信技術的應用。同時，根據自動化過程中機械手的驅動力和導軌的驅動力設計了自動化作業平臺的數學模型，并通過計算得到了驅動力的理論公式。最后，通過對 CO2的自動化調節實現了溫室生長環境的自動化控制，并得到了溫室環境參數分布以及CO2含量控制曲線，從而為林業技術的研究提供了理論參考。
參考文獻:
［1］ 陳加浪，陳大躍，何科奭，等． 單棟塑料大棚在高溫低風速下的自然通風數值研究［J］． 農機化研究，2011，33\\( 8\\) : 19－22．
［2］ 程秀花，毛罕平，倪軍． 基于 CFD 的自然通風玻璃溫室濕熱環境模擬與測試［J］． 揚州大學學報: 農業與生命科學版，2011，31\\( 3\\) : 90－94．
［3］ 蔣國振，胡耀華，劉玉鳳，等． 基于 CFD 的下沉式日光溫室保溫性能分析［J］． 農業工程學報，2011，27\\( 12\\) : 275－281．
［4］ 蔣國振，胡耀華，劉玉鳳，等． 下沉式日光溫室濕度調控的數值分析［C］/ /中國農業工程學會 2011 年學術年會論文集． 北京: 中國農業工程學會，2011．
［5］ 劉珊． 被動式日光溫室熱濕環境模擬與實驗研究［D］． 濟南: 山東建筑大學，2010．
［6］ 黃國藝，黃發． 廣西陽朔至鹿寨公路項目使用林地可行性報告［R］． 南寧: 廣西壯族自治區林業勘測設計院，2010.
