人工光型密闭式植物工厂的设计与环境控制

完全使用人工光源的密闭式植物工厂就是以最小限的物质、能源和资源消耗为前提实现适度环境控制的系统,可用来进行高品质种苗生产。研究利用不透光的绝热材料在中国农业大学建成了2套示范型密闭式植物工厂,利用与植物光合吸收光谱特性近似的荧光灯作为人工光照源、层流循环送回风及粗效/高效过滤有效地调控植物生产空间的物理环境和洁净度。经过两年的实际运行表明该密闭式植物工厂的空气洁净度达到了国家标准M7级。面积为15 m²的组织培养间在荧光灯的光照度分别为(47±8),(67±12)和(113±21)μmol/m²/s时,控制点的温度变化分别为(25.4±0.5),(25.3±0.7)和(25.5±0.7)℃,相对湿度变化分别为(63±4)%,(65±6)%和(63±7)%,CO₂浓度变化为(803±13)μL/L。因此,该人工光型密闭式植物工厂作为一种清洁高效的新型生产模式能够达到适度的环境控制和较高的洁净度,且植物生产空间的环境差异较小,适用于高品质种苗和高附加价值的药草或香料植物的大规模生产。     

基于μC/OS-II嵌入式技术的农业环境远程监控系统实现

针对农业环境远程监测技术特点，提出了一种基于嵌入式系统和无线远程通信技术相结合的系统解决方案。该系统以ARM CPU为硬件核心，通过μC/OS-II嵌入式操作系统的调度与管理，实现农业现场数据的实时采集与处理，然后经由CDMA/GPRS无线移动通信模块将其发送至数据库服务器。在服务器端，采用ASP.NET技术实现动态WEB发布，用户可以通过INTERNET网络随时浏览和下载各种农业信息数据。此方案的实现明显改善了系统的综合性能，在可靠性、集成性、稳定性和扩展性等方面，更能适合分散远程条件下农业环境信息监测与管理的各种需要。     

基于μC/OS-Ⅱ嵌入式技术的农业环境远程监控系统实现

针对农业环境远程监测技术特点,提出了一种基于嵌入式系统和无线远程通信技术相结合的系统解决方案.该系统以ARM CPU为硬件核心,通过μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的调度与管理,实现农业现场数据的实时采集与处理,然后经由CDMA/GPRS无线移动通信模块将其发送至数据库服务器.在服务器端,采用ASP.NET技术实现动态WEB发布,用户可以通过INTERNET网络随时浏览和下载各种农业信息数据.此方案的实现明显改善了系统的综合性能,在可靠性、集成性、稳定性和扩展性等方面,更能适合分散远程条件下农业环境信息监测与管理的各种需要.     

基于无线传感网络的规模化水产养殖智能监控系统

为了解决规模化水产养殖中有线监控系统带来的不利影响,并能实现对环境因子的准确测量与控制,该文介绍了一种基于无线传感网的智能监控系统在规模化水产养殖中的应用。系统利用对协议栈进行小幅的修改,完成了人工设置每个养殖池为一个簇,并通过适当修改路由协议,将自动选择簇头的工作变为人工设置固定簇头,大幅减少节点本身的计算工作,从而实现节能目的。控制器利用模糊控制与神经网络相结合的算法对数据进行处理分析,实现闭环控制。结果表明,系统内数据通信通畅,温度误差在±0.5℃范围内,溶氧量误差在±0.3 mg/L范围内,pH值误差在±0.3范围内。各养殖关键环境因子均满足控制精度,达到了设计要求,能够满足规模水产养殖智能化的需要。     

基于物联网的保育猪舍环境监控系统

保育猪舍内部小气候环境对确保仔猪的正常生长关系重大,该文基于物联网技术开发了保育舍环境可视化调控系统。采用Zigbee无线技术将舍内各保育床及周围设备组成无线网络系统,以ARM-LINUX嵌入式服务器为现场控制中心。系统依据分布于各保育床内的传感器获得的环境参数,精确调节各保育床内的小气候环境。通过WIFI无线技术将服务器与INTERNET无缝连接,使用户端延伸并扩展到猪舍及室内设备,实现环境与设备之间,环境与人之间进行信息交换。采用B/S(浏览器/服务器)模式,实现通过浏览器远程实时监控猪舍。试验结果表明,该系统性能稳定,信息无线采集、环境自动调控及远程可视化调控均达到实际需求,适合保育猪舍环境智能化精准管理,可应用于自动化、智能化的牲畜养殖中。     

基于ARM-Linux和GPRS的农业环境无线远程监控系统

本文设计和实现了基于嵌入式ARM-Linux和GPRS/CDMA技术的农业环境无线远程监控系统,为偏僻分散条件下的农业对象监控提供了一种有效的解决方案。首先,嵌入式监测设备采集农业现场环境信息,然后通过无线GPRS网络实时传送给远程服务器。经长时间运行和验证表明,系统已达到了实用的要求,在农业研究和生产领域将有广阔的应用前景。     

基于RTOS的单片机系统在温室环境控制中的应用研究

温室环境控制对实时响应和实时处理能力都有较高的要求，针对这一特点，提出了基于实时操作系统RTOS的嵌入式单片机系统作为其环境调控的底层控制器，在温室环境各参数调控中该底层控制器性能优越、效果显著，实际运行表明该系统具有较高的稳定性和可靠性。     

植物工厂地源热泵系统热负荷BP神经网络预测及验证

为提高水蓄能型地下水源热泵自然光植物工厂供热系统节能性,供热系统必须能够很好地预测热负荷变化。针对自然光植物工厂热环境系统非线性特点,利用具有很强非线性映射能力的BP神经网络(back propagation,BP),选取室内外空气干球温度、太阳辐射强度、室内相对湿度和绝对湿度、室内风速等输入参数,确定算法步骤和评价指标,构建神经网络模型预测植物工厂次日负荷。采用Matlab神经网络工具箱对崇明试验基地水蓄能型地源热泵自然光植物工厂的样本集进行训练,训练后误差函数值为0.002 999 94,神经网络收敛。通过对比热负荷预测值与实际值,证明了神经网络预测热负荷值与实际值趋势一致,基本误差在±6%以内,结果表明神经网络法可以用于植物工厂次日热负荷预测。通过热负荷预测能够更加科学地调整供热系统运行模式,更好地匹配植物工厂需求热量与热泵的输出能量,实现运行节能和降低供能成本的目的。     

基于物联网的层叠式鸡舍环境智能监控系统

由于层叠式鸡舍的饲养密度大,因此对养殖环境要求高,目前,对层叠式鸡舍环境监测多采用功能单一的检测仪器,操作复杂,且监测的位置点较少,很难反映层叠式鸡舍环境的整体情况,该文研制了一种基于物联网技术的蛋鸡养殖环境智能监控系统,针对层叠式鸡舍复杂结构,设计了一种监测布点的拓扑结构,可以实现对层叠式鸡舍环境参数的实时在线监测,可以对采集数据进行本地存储记录和远程发送,用户可以通过网页或智能手机APP进行鸡舍环境数据实时查询。试验发现鸡舍内温度、CO₂、硫化氢和氨气浓度分布符合畜禽场环境质量标准,而光照强度、风速、湿度和PM10局部分布不合理,并给出了相应的优化措施。实践表明,该系统运行稳定、测量数据精确,适合对鸡舍环境进行精准监测,在规模化畜禽精准养殖方面具有广泛的应用前景。     

基于Proteus和Keil软件的温室环境监测系统开发

针对现有农业环境监控系统设计方式的不足,该文研究与开发了一套温室、大棚监测系统,用于测量空气温度、湿度及二氧化碳浓度。该系统引入Proteus与Keil软件联合调试的开发方式,采用C#语言构建了具有良好交互功能的上位机软件,引入Access数据库管理历史数据;解决了关键数据的处理、串口中断数据流的构建、Access数据库的设计、Proteus软件与上位机的通信等系统若干关键问题。系统实际运行良好,验证了所采用开发方式的有效性。     

基于Web的温室作物模拟系统的实现

基于Web技术、OOP(面向对象设计)思想,根据作物生长发育模型特点,提出了计算机模拟系统的结构设计方案,并采用ASP.NET技术规范和Visual C#程序语言,初步实现了一个基于Web技术远程调用的温室作物生长发育计算机模拟系统,该系统目前可对番茄和黄瓜等温室作物光合作用、干物质积累与分配等过程进行模拟与分析。     

密闭式猪舍多环境因子调控系统设计及调控策略

大多数猪舍环境调控是建立在传统控制方法基础上的单一环境变量控制系统,难以对具有多个变量的系统建立精确的数值模型。该文基于模糊控制理论,以温度偏差和温度偏差变化率作为输入量,以通风模式和加热模式为输出控制量建立温度控制器;以相对湿度偏差和氨气浓度偏差为输入量,以通风模式为输出控制量建立通风控制器;并对不同季节多环境因子进行模糊化及逻辑推理,生成不同季节的调控策略及规则,建立2个具有双输入变量的非线性控制系统,加入动态补偿控制,优化猪舍环境调控系统。该文以在美国普渡大学环境研究猪舍监测所得的数据对建立的方法进行了模拟验证。结果表明,舍内温度与设定值最大相对误差为5%,实现了舍内温度稳定控制;舍内相对湿度与设定值最大相对误差为6.3%,充分满足湿度控制要求;猪舍氨气浓度变化范围为2.0~3.7 mg/m~3,远远小于设定值9.1 mg/m~3。因此,该文提出的猪舍多环境因子模糊控制系统及策略,能够很好地满足猪舍环境控制要求,为解决寒冷冬季猪舍温度与通风调控提供可行的思路。     

温室环境控制方法研究现状分析与展望

环境控制方法是实现温室蔬菜高效生产的关键。随着现代控制技术的快速发展,温室环境控制方法逐步从手动、定时控制方法,转变为设定值控制和智能控制等方式。该文概述了以设定值为目标实现环境控制的方法,归纳了模糊控制、解耦控制、人工智能控制和表型控制等智能控制方法的特点,总结了现有温室环境调控领域控光、控温、控气、通风、灌溉和“云-边-端”协同控制系统的优劣。针对现存问题,指出该领域的发展趋势为构建考虑扰动因素影响的温室环境控制方法,研制基于作物生长和表型评价体系的环境调控模型,以及建立多模型融合的“云-边-端”协同温室环境调控系统。相关技术的发展将为温室的智能化与信息化发展提供重要的决策依据和借鉴意义。     

基于环境控制的组培苗无糖培养系统

为了实现开放空间组培苗无糖培养,建立了一种集成环境控制装置的无糖培养系统。系统培养箱中的空气通过管道循环流过空气净化装置,确保培养箱内环境洁净,切断杂菌的传播途径;系统以CO2气体为碳源,用珍珠岩做支撑基质和定时人工光照、定时供应营养液培养组培苗;培养箱中的温度、相对湿度采用上下限控制,CO2浓度采用模糊—积分方法控制。试验表明,在光照培养期间,培养箱内温度控制在20～30℃,相对湿度控制在72%～76%;在暗培养期间,培养箱内温度控制在14℃以上,相对湿度控制在80%～85%;CO2浓度控制无超调量,上升时间为30 min,稳态误差为43 μmol/mol;该系统培养的菊花组培苗优于试管培养。     

环境控制技术在植物无糖组织培养中的应用

总结了植物无糖培养的环境范畴,概述了环境控制技术在组培中的作用与研究现状,并对环境控制技术在无糖培养中的运用前景进行了讨论.     

环境控制技术在植物无糖组织培养中的应用

总结了植物无糖培养的环境范畴，概述了环境控制技术在组培中的作用与研究现状，并对环境控制技术在无糖培养中的运用前景进行了讨论。     

基于低功耗传输方法的设施花卉环境监测系统

为了降低现有设施环境监测系统中传感节点的能耗,延长无线传感网络的生存周期,该文提出了节点动态组包主动传输和多种环境变量加权控制传输2种低功耗机制,减少了大量重复冗余数据的传输,并实现了基于Zigbee的设施花卉环境监测及其低功耗传输系统。节点以CC2430芯片为核心,并根据影响花卉生长的环境参数,同时装载SHT10温湿度传感器、BH1750FVI光照传感器以及COZIR二氧化碳传感器,因此节点可同时采集传输多种环境参数,降低了硬件成本。在南农大园艺试验基地进行组网测试,试验结果表明,系统比传统周期传输节点(周期1min)的能耗减少85.97%,测量精度在98.5%以上,网络平均丢包率为0.84%,满足了对设施花卉环境的有效监测及低功耗传输的要求。     

微型植物工厂内部环境调控试验平台研制及试验

为解决植物工厂研究中存在的控制对象模型缺失问题,该文介绍了一种微型植物工厂内部环境调控试验平台。该平台舍弃了常用的参数设定间接调控模式,赋予控制算法对加热、降温等执行器的开关控制权,从而为更加直接地观测植物工厂内部环境的控制响应创造了条件。实际测试表明,该试验平台的加热、降温调控功能运行良好。同时,初步的数据分析确定了系统的延迟特性和平台内部温湿度因子间的相关性特征,为采样周期的选择以及后续开展温湿度智能优化调控奠定了良好的基础。     

温室环境控制无线传感器网络的服务质量管理

针对基于无线传感器网络构建的温室环境控制系统,为了减少无线网络固有的时变传输延时、丢包、网络拥塞等现象对控制性能的影响,该文从提高网络服务质量（quality of service,QoS）的角度出发,提出一种基于Takagi-Sugeno模糊控制器的QoS管理策略。该QoS管理策略以截止期错失率作为QoS性能评价指标,针对传感器节点和执行器节点之间的数据传输,通过动态调整传感器节点的采样周期,使截止期错失率维持在设定水平,从而提高网络QoS。初步试验表明了该QoS管理策略的合理性、有效性和实用性。该QoS管理策略可以广泛应用于温室、农田、苗圃等区域。该研究为提高无线传感器网络在设施农业中的应用水平做出了有益探索。