基于PLC和组态软件的大棚环境监测系统设计

设计并实现基于PLC和组态软件的大棚环境监测与决策控制系统。系统以PLC为核心处理器,通过动力控制模块为整个系统提供动力;采用STH-TW2-RHT2-0A-P3-S0型温湿度变送器对大棚内温湿度进行采集,实际应用中,依据检测到的参数结果对执行设备进行参数调整。以汇编语言为主的软件设计过程中,完成了PLC和组态软件的开发,并给出了大棚环境监测与决策控制的程序代码,结果表明,所设计的系统具有精度高、成本低、控制范围大的优点。     

数据挖掘在温室大棚上的应用研究

随着物联网的兴起,数据的积累速度、维度以及体积等也越来越大,成了真正的大数据范畴。在农业温室大棚中部署的大量各种各样的传感器产生了大量多源异构的传感数据,而且这些数据中存在需要清洗的各种脏乱数据。本文按照数据清洗,模型构建和模型应用三个部分进行详述,首先介绍数据清洗技术和多源异构数据的融合技术,然后列举了常见的预测模型构建方法并分别指出了每种方法的适用情况,最后对常见的应用领域进行了综述和总结,并提出了目前还存在的问题,以及对未来的展望。     

休闲农业用太阳能-生物质能联合驱动空调系统应用研究

本文针对太阳能-生物质能联合驱动空调方式进行了优劣分析,并对某一休闲农庄温室大棚空调系统进行设计。将太阳能-生物质能联合驱动空调系统与广泛采用的湿帘风机+生物质锅炉系统及冷水机组+燃气锅炉系统在寿命周期内进行经济性分析,利用De ST软件对温室大棚进行负荷计算,并在TRNSYS瞬态模拟软件中对生态餐饮区域的空调效果进行对比分析。结果显示:冷水机组+燃气锅炉年折算费用最高,湿帘风机降温系统费用最低,但仅可将室内温度维持28~29℃且湿度为85%左右,太阳能-生物质能联合驱动的溴化锂吸收式空调系统则能够维持适宜室内环境且电耗少、适用性强,在休闲农业领域具有较大的推广价值与优势。     

棚龄对大棚种植黄瓜品质影响的傅里叶变换红外光谱研究

蔬菜大棚种植对蔬菜供应发挥着重要的作用，蔬菜大棚棚龄会影响蔬菜的产量和质量。以不同棚龄（1年、10年和18年）的黄瓜为对象，利用漫反射傅里叶变换中红外光谱，通过解析黄瓜的光谱特征峰，探究棚龄对黄瓜品质的影响。研究表明，黄瓜的多糖和蛋白质组分在3个棚龄呈现先增加后降低的趋势，10年棚龄种植的黄瓜多糖和蛋白质组分显著高于1年和18年的黄瓜多糖和蛋白质组分。高的棚龄（即10年和18年）显著增加了黄瓜的木质素组分。木质素组分主要分布于黄瓜皮中，增加木质素组分会降低黄瓜的食用口感。另外，黄瓜中各有机组分的比值能综合反映不同棚龄下黄瓜的品质。18年棚龄的黄瓜多糖与蛋白质组分的比值以及多糖与木质素组分的比值低于1年和10年棚龄的黄瓜各有机组分的比值，表明1年和10年棚龄的黄瓜中碳水化合物和营养物质的比值更加均衡。通过分析黄瓜各有机组分以及黄瓜各有机组分比值随着黄瓜棚龄的变化，知悉黄瓜棚龄在10年以内时，对黄瓜品质提升具有促进作用，但更长的棚龄会抑制黄瓜品质。因此，综合考虑黄瓜的品质，建议黄瓜棚龄不宜太长。另外，通过分析棚龄对黄瓜叶片有机组分的影响，发现黄瓜叶片各组分与黄瓜各组分的变化趋势相似。线性相关分析指出黄瓜蛋白质和木质素组分分别与黄瓜叶片蛋白质和木质素组分显著正相关，表明黄瓜叶片在一定程度上能反映黄瓜的营养成分和黄瓜口感。利用红外光谱解析不同棚龄下表征黄瓜品质的有机组分，为蔬菜大棚管理以及提高蔬菜品质提供了科学依据。     

凡纳滨对虾养殖池塘水温预测模型研究

通过对凡纳滨对虾养殖大棚内外池塘水温与气温的同步监测分析,利用统计方法研究了池塘温度变化特征及水温预测模型.结果表明:与气温相比,池塘水温日振幅较小,日最高温度出现时间滞后;晴天条件下水温与气温的日变化大于阴天;由于增氧设备的使用,池塘上下层水温温差较小,滞后不明显;与棚外池塘水温相比,大棚池塘水温变化平缓,受外界天气条件影响较小,日平均水温比棚外高出9.47℃,且能维持在30~33℃,为最适宜对虾生长的水温.利用水温与气温的相关关系及水温滞后效应分别建立了大棚内、大棚外池塘日最高和最低水温自回归模型,经Durbin-h检验及广义差分法消除自相关,对部分回归模型进行了修正,各模型的回归效果达到了显著水平,平均相对误差均在5.0%以内.经验证各模型预测精度较高,具有较好的可靠性和普适性,可用于池塘水温的预报.     

节能型温室大棚群集中供热智能监控管理系统

为了能够自动调节温室大棚内空气和土壤的温度,采用并联按需供热方式设计了温室大棚群的供热系统,同时,设计了具有三层管理结构的集中供热监控管理系统,主要由温度监控节点、大棚总节点和锅炉房管理中心组成。温度监控节点利用传感器Pt100采集散热箱管道内热水的温度,然后通过ZigBee无线网络发送到大棚总节点,再根据预设的温度,控制风扇的工作状态和管道控制阀来调节棚内的温度和管道换水操作。大棚总节点利用热能表计算流入棚内的热量,再将整个大棚内的温度数据处理后,通过CAN总线发送到锅炉房的计算机上。测试结果表明,设计的系统工作稳定可靠,大大提高了供热效率和自动控制水平,整个大棚内各角落的温度差小于0.5℃,为精细化和智能化农业发展提供了强有力的技术保障。     

基于GSM和LabVIEW的温室大棚远程监控系统

为了实现智慧农业,设计了基于GSM和LabVIEW的温室大棚远程监控系统,系统以MSP430F149为处理器,通过放大电路及滤波电路对土壤湿度传感器、土壤PH值等微弱信号进行放大、滤波,实现对可移动天窗、遮阳系统、保温、喷滴灌系统进行实时自动调节、检测,创造植物生长的最佳环境指标,同时将测试结果利用GSM模块传到农户手机上,并通过串口实时远程传输给LabVIEW上位机显示。系统运行稳定,可靠性好、扩展性好,人机界面良好,具有广泛的市场应用前景。     

MO-RE2O3-B2O3(M=Mg,Ca,Sr,Ba;RE=La,Eu,Gd)玻璃的发光性质

在空气中采用高温固相反应方法合成的17MO－（8-x-y)-75B2O3-xGd2O3(MLBEG,M-Mg,Ca,Sr,Ba)玻璃，在紫外光（λex=350nm)激发下发射蓝光和红光，在绿色光（λex=532nm)激发下发射红光，电子自旋共振谱研究表明玻璃体系中有Eu^2 离子存在，蓝色区的宽带发射是Eu^2 离子的5d-4f跃迁发射：红色区的窄带发射是Eu^3 离子的5Do-7FJ(J=1,2,3,4)跃迁发射，发现玻璃中的碱土金属离子对Eu^3 /Eu^2 离子的比例有很大影响，选择不同的碱土金属离子可以调节玻璃蓝色光和红色光的相对发射强度，MLBEG玻璃的发光性质可用于转换太阳能，增强植物的光合作用。     

中红外二氧化碳传感器的研制及在农业中的应用

利用二氧化碳气体分子在4.25μm处的基频吸收带,研制了一种差分式中红外二氧化碳检测系统.系统的光路部分由热辐射红外光源、双通道热释电探测器和球面反射镜构成,电路部分主要包括信号处理、光源驱动及主控模块.采用Tracepro软件对气室结构进行仿真和优化设计,使气体吸收光程达到30cm,改善了系统的性能.实验研究了系统对不同浓度二氧化碳气体样品的传感特性.实验结果表明,由拟合曲线得到的浓度与实际浓度误差较小,在0~5 000ppm范围内,测得二氧化碳浓度的标准差小于45ppm,而在500ppm以下,测量浓度的标准差小于5ppm;对浓度为0ppm的二氧化碳气体样品连续测量2h,测量结果的标准差约为2.8ppm;根据Allan方差分析得到系统的1σ检测下限为2.5ppm.在每个二氧化碳传感器上增加无线模块nRF24L01,构成传感器节点,在选定的日光温室大棚中构建了无线传感器网络,采集了温室大棚中的二氧化碳浓度信息,验证了所研制的传感器性能.     

基于WIFI的农业物联网温室大棚环境监测系统的设计

针对现代农业温室大棚环境监测中存在的问题,设计了基于WIFI技术的农业物联网温室大棚环境监测系统。该系统由监控中心、WIFI基站、环境采集节点与视频监控构成。环境采集节点以STM32F作为主控器,采集温室大棚内光照度、环境温湿度、土壤温湿度等信息;视频监控采用有线与无线结合的方式;所得环境数据通过WIFI无线网络及光纤传回监控中心。设计了基于B/S架构的上位软件和基于C/S架构的移动终端环境监测软件来实现环境的监测与控制的下达。现场应用结果表明,所设计的环境监测系统网络结构简单、可靠性强、性能稳定。