基于GPRS与ZigBee的果园环境监测系统

【目的】设计果园环境监测系统.【方法】该系统由远程ZigBee-GPRS网关与无线传感器网络(WSN)节点组合,果园参数在WSN、GPRS与Internet间进行采集与传输,实现远距离果园环境实时监测.节点采用CC2530作无线数据收发芯片,GPRS采用ComWay模块,由ZigBee进行组网采集环境信息,通过GPRS网络回传给上位机实现实时监测,再由决策支持系统进行分析发送指令控制节点电磁阀通断从而营造一个适合果树生长的环境.【结果和结论】试验表明:系统可完成传感网与移动通信网络之间的数据传送,实现不同类型感知网络之间的协议转换以及对传感器网络的部分管理控制功能.系统在果园中运行稳定并且丢包率低于10%,具有实践应用价值.     

可移植的对靶喷雾控制系统设计与试验

为解决果园传统风送喷雾机连续喷雾在果树间空隙引起无效喷雾的缺点,本研究设计了一种可移植的对靶喷雾控制系统,该系统采用3个单激光传感器探测靶标,PLC控制器依据传感器信号的逻辑运算控制相应的电磁阀通断,实现对靶喷雾、间隙不喷雾的功能。由于激光传感器光束较细,树冠内空洞和枝叶间空隙会导致单点对靶喷雾系统中电磁阀频繁开启,为此,本研究提出线性对靶喷雾控制方法。同时,在喷雾系统延时时间基础上引入提前延后时间,保证雾滴完全覆盖靶标。以主干形靶标为探测对象,以3WGF-300C型果园风送喷雾机为搭载平台进行试验,靶标株距为1.5 m,喷雾压力为1×10~5Pa,喷雾机行驶速度为0.48 m/s时,试验结果表明,相对连续喷雾作业方式,单点对靶喷雾作业方式能够节省55%的喷雾量,线性对靶喷雾作业方式能够节省37%的喷雾量;单点对靶喷雾作业上、中、下区域电磁阀分别平均通断44次、57次与40次,线性对靶喷雾作业各电磁阀平均通断20次。综合考虑系统喷雾量和系统稳定性,线性对靶喷雾作业方式在节约37%用药量的前提下大大减少了电磁阀的通断次数,能够降低系统故障率。     

多态自动对靶风送式喷雾试验台的设计与试验

针对果园喷雾存在的药液沉积量低、农药浪费及环境污染等问题,拟设计1种集传感器探测技术、电子信息技术和风送式喷雾技术于一体的多态自动对靶喷雾试验台。该试验台主要由机架、风送系统、探测及其控制决策系统、药液管路系统和组合喷头喷洒执行机构等组成。对关键部件进行设计仿真,以获得最佳设计方案;设计控制多组合喷头的控制决策算法,实现多态自动对靶喷雾;进行喷雾性能的对比试验。结果表明,设计的多态自动对靶喷雾试验台,可以实现对不同冠层宽度靶标的多状态喷雾,作业效果良好,雾滴沉积量比普通风送式喷雾提高了34.07%,变异系数降低了25.60%;多态自动对靶风送喷雾相较于普通风送式喷雾的综合省药率大于20%,从而提高了农药的利用率,降低了农药残留量。     

单旋翼油动无人机与圆形果园风送喷雾机作业性能对比试验研究

为验证单旋翼油动无人机在丘陵山地果园的喷雾效果，将单旋翼油动无人机与圆形果园风送喷雾机在矮砧密植苹果园进行喷雾性能对比试验，结果表明:单旋翼油动无人机喷雾作业的果树上中下层雾滴沉积覆盖率分别为0.66%~21.98%、1.20%~16.17%、0.38%~3.96%，雾滴平均体积中值直径大小顺序依次为上层>中层>下层；圆形果园风送喷雾机喷雾作业的果树上中下层雾滴沉积覆盖率分别为5.68%~24.94%、2.64%~34.61%、3.15%~21.78%，雾滴平均体积中值直径大小顺序依次为下层>中层>上层；单旋翼油动无人机喷洒的雾滴在果树中上层的沉积效果显著，圆形果园风送喷雾机则为中下层效果显著。排除机具故障等不确定因素影响，无人机作业的工作效能与节水省药性能优于喷雾机；在果园生产抢农时和病虫害应急处理中，无人机表现出较好的实用性能。     

基于单片机控制的定量灌溉系统的设计

研制了基于单片机控制的定量灌溉系统,该系统主要由直流泵、蓄电池、控制器、穴灌器等构成.系统可实现自动与手动2种灌溉模式的切换,并可对电磁阀启闭时间进行设定,实现精准定量灌溉.该系统可用于烟草、花卉、果树等的灌溉与施肥.     

果园农药喷雾机监测系统的研究

为提高果园中小型机动农药喷雾机的喷雾效果,以单片机为核心,采用压力传感器、流量传感器、速度传感器和液位传感器,研制了果园机动农药喷雾机监测系统.该系统可实时监测喷施农药过程中的喷雾压力、喷雾流量、喷雾机行走速度和药桶药液余量4个主要参数.试验结果表明,系统具有较高的可靠性和测量精度.     

果园喷雾机喷头自适应运动与自动喷雾控制系统研制与试验

为了在丘陵山地果园施药过程中达到自动对靶、精确施药、提高农药的利用率、减少对环境污染的目的,利用多个超声波传感器有效组合,识别果树位置自动调整喷头高度及距离;转动机构能自动调整喷头喷洒方向,使喷头能更好地对准果树,提高农药喷洒效果;系统能根据有无果树实时控制喷头开闭,降低农药损耗.试验结果表明,在车速为0.3m/s的情况下,喷头离树的距离能较好地控制在0.25~0.75 m范围,并能根据果树高矮自动调节喷头高度;转动机构使喷头始终对准果树,使果树侧面农药覆盖率从10%提高到30%以上.该系统实现了喷头自动对靶功能,自动适应果树形态变化;喷头转动机构弥补了系统滞后及超声波传感器分辨率不高的缺点,提高了树冠侧面的喷洒效果.     

山地果园固定管道喷雾装置设计与性能研究

针对山地果园植保作业困难,传统固定管道喷雾系统对果树内膛施药效果较差的问题,设计了1种由果树内膛向外喷药的固定管道喷雾装置,为探究喷雾装置对高纺锤形苹果树的施药效果以及施药过程中果园内微域环境的变化情况,对装置性能进行了田间试验研究。试验结果表明:雾滴可穿透冠层附着在外侧靶标,果树下方冠层雾滴沉积覆盖率均集中在30%,固定管道喷雾设备对下层较厚冠层的穿透性能良好;在垂直方向,上、中、下冠层雾滴沉积密度变异系数分别为11.21%、13.24%、12.56%;测量喷雾后果园内环境温湿度,温度最大降幅为7.2℃,湿度最大升幅为21%,果园微域环境温湿度变化明显。本研究为山地果园植保作业提供了1种新方法。     

基于ZigBee和GPRS的远程果园智能灌溉系统的设计与实现

结合现代果园大规模经营发展模式和建设精细农业的需求,设计了基于ZigBee和GPRS的远程果园智能灌溉系统,该系统运用GPRS网络技术和由单片机、土壤水分传感器、零压启动电磁阀、CC2430组成的ZigBee无线传感器网络进行数据传输和控制.通过分析采集到的土壤水分数据,结合系统预设阀值发送命令控制零压电磁阀实现设备的远程控制和智能化灌溉.实际应用表明,该系统工作性能稳定,在数据采集、传输及远程控制等方面均达到了设计要求,有较好的推广价值.     

喷雾高度可调的果园风送喷雾机的设计

【目的】设计喷雾高度可调的牵引式果园风送喷雾机,以满足不同果树对喷雾机喷雾高度可调的要求。【方法】针对轴流风机式果园风送喷雾机难以满足不同果树喷雾高度可变的不足,基于喷雾高度可调的目的,设计了一种由1对转向相反的离心风机和角度可调的导流风箱为核心的牵引式果园风送喷雾机,在需求分析和虚拟三维建模的基础上,完成了各关键部件技术参数和整机结构的确定,并通过试验分析了该喷雾机在不同喷雾角度、风机转速、喷雾距离和喷雾压力条件下喷雾沉积量的分布情况。【结果】设计的以转向相反的离心风机和角度可调的导流风箱为核心的牵引式果园风送喷雾机,在离心风机转速为1 200r/min、喷雾距离为2.5m、喷雾压力为0.7MPa、导流风箱的角度为0°和15°时,喷雾沉积量适宜的施药高度分别为0.8~2.4m和1.6~3.2m。【结论】所设计的果园风送喷雾机可以满足果园对不同高度果树施药的农艺要求。     

浅析山地果园管道喷雾发展现状

我国作为世界最大的水果出产国,果品质量影响着水果产业的发展,而喷施农药是保证果品质量,减少病虫害的有效途径。但是,作为适宜水果种植的丘陵山地地区的果园植保机械化水平低,因此,发展适宜的果园植保机械才能促进我国水果产业的长期良性发展。本文简要介绍了目前我国适用于山地果园植保的管道喷雾设备、小型喷雾机、电动遥控喷雾技术、轨道搭载风送式喷雾机以及无人机喷雾技术。借鉴国外经验,研发并推广适合我国实际的山地植保机械是当前促进山地果园发展的重点。     

温室弥雾机控制系统的设计

为实现温室环境人机分离自动变量施药,设计基于Wi-Fi与模糊控制的自走式自动变量风送弥雾机。施药系统以STM32单片机为核心,在Eclipse开发环境下采用Socket编程技术实现移动端与弥雾机端双向通信。为满足施药技术要求,采用Mamdani模型制定施药控制规则,将虫害覆盖率和茄子冠层高度参数作为模糊控制模型的输入,根据施药控制规则自动控制电磁阀和继电器以调控喷雾流量和控制施药时间,共同完成弥雾机变量施药。通过流量测定、模糊控制及自动与手动弥雾的沉积试验对施药系统进行验证,结果表明:1)施药控制系统可根据占空比准确调控喷雾流量,且占空比与喷雾流量线性度较好,拟合度为R~2=0.996 4,满足该设计喷雾范围要求。2)采样点与喷头距离为1~3m时对单位面积雾滴有效沉积量影响显著,且随着茄子冠层高度的增大和蓟马覆盖率的提高均会使单位面积雾滴沉积量显著提高。3)自动弥雾与手动弥雾沉积量的相对误差不超过0.8%,可满足变量喷雾的实际需求。     

不同机械授粉方式对猕猴桃坐果率和果实品质的影响

为筛选出能够适合生产推广的机械授粉方式,以生产中主栽的猕猴桃品种海沃德、徐香、华优为供试材料,研究液体喷雾授粉和固体喷粉授粉对其坐果率和果实品质的影响。结果表明,进行套袋处理时,采用自行研发的花粉悬浊液专利配方对不同品种进行液体喷雾授粉时,坐果率可达61.03%~61.88%。以石松子孢子为稀释剂,采用国产授粉枪对不同品种进行授粉时,坐果率可达46.84%~81.59%,均高于自然授粉或者人工点授的坐果率。与自然授粉相比,喷施花粉悬浊液处理的单果质量和果实可溶性固形物含量均无显著差异,使用国产授粉枪处理的单果质量和果实可溶性固形物含量亦无显著差异。在授粉树配置不当或者天气条件不良的情况下,可利用花粉悬浊液专利配方进行喷雾授粉或使用授粉枪喷粉辅助授粉进行弥补。国产授粉枪与韩式授粉枪效果相当。石松子孢子是较佳的花粉稀释剂。     

盛花期喷施肥料对轮台白杏坐果率的影响

[目的]检验盛花期喷施硼酸、尿素、白糖复合肥料对盛果期轮台白杏坐果率的影响,为轮台白杏根外肥料的科学有效施用提供解决方案.[方法]采取“3414”肥料效应田间试验和逐步回归分析.[结果]轮台白杏坐果率的常用对数与硼酸、尿素的喷施浓度及二者的交互作用存在显著的线性相关关系,且与硼酸、尿素的喷施浓度成显著正相关,与二者的交互作用成显著负相关.白糖喷施浓度与轮台白杏坐果率常用对数的相关性不显著.轮台白杏盛花期硼酸的最适喷施浓度为4.826 1 g/L,尿素的最适喷施浓度为5.565 2 g/L,理论坐果率期望值可达到8.03;.[结论]盛花期喷施硼酸和尿素的复合肥料,可显著提高盛果期轮台白杏坐果率.     

监测果树冠层微环境的主从式WSN系统研究

果树冠层微环境是影响果树结果质量与产量的重要因素,无线传感器网络(WSN)能实现对果树冠层微气候的自动实时监测。传统WSN中所有的节点具有同样平等的地位,而在体积较小的果树冠层内,所有节点都具有信息感知、处理及传输功能是冗余的。高密度的具有平等地位的节点使得WSN系统缺乏合理的架构和层次,性能较低。针对此问题,将传统WSN系统架构进行拆分和重组,提出了一种传感功能分割的主从式WSN系统。每个果树冠层由1个子系统监测,每个子系统由1个主节点和多个从节点组成。从节点主要负责信息感知,主节点负责控制管理从节点并和其他主节点组网进行信息传输。提出了主从式WSN系统的软硬件设计方案,并进行了评估新系统性能的对比实验。实验结果表明,主从式WSN系统较传统WSN系统生命周期延长了约一倍,更加高效节能,适合目前果园冠层微环境监测的应用现状。     

果园风送喷雾机风送系统研究现状与发展趋势

在果园管理工作中,病虫害防治是极其重要的一环。近些年,我国果园风送式喷雾机得到了巨大发展,有效提高了农药利用率,降低了农药对农作物的影响,减小了环境污染问题。本文阐述了果园风送喷雾机研究进程,分析了喷雾机风送系统,以期为我国果园风送喷雾机的研发提供参考。     

篱架型作物高效施药技术自适应控制系统的研究与实现

针对目前我国果园施药成本高、效益低、药液流失污染严重等问题,设计并实现了一种篱架型作物高效施药技术的自适应控制系统.该系统由DM642视觉处理器、ARM控制器和F2806信号控制器组成,采用基于嵌入式系统的图像处理技术和多传感器技术,通过视觉传感器和超声波传感器探知作物的疏密度和施药距离;由系统自动控制电机带动喷头组的移动,调整最佳喷药距离,选择最佳喷药压力.实验结果表明,该系统实时性好、控制有效、能耗小、成本低,能够稳定可靠地实现喷药过程中的监测和控制.     

量化修剪与喷施苹果面膜对果园经济效益的影响

为减少果园用工费,提高果园经济效益,在渭北旱塬以常规修剪苹果园为对照,监测量化修剪对疏花疏果用工费、果实品质和果园经济效益等的影响;在陕北丘陵沟壑区以苹果套袋（纸袋）为对照,监测喷施苹果面膜（腐殖酸型苹果免套袋膜剂）替代果实套袋对果园用工费、果实品质和果园经济效益等的影响。结果表明,量化修剪在冬季修剪时较常规修剪多支付用工费4500元/hm²,疏花可减少11250元/hm²,疏果可减少2250元/hm²;量化修剪的苹果单果重大,品质高,产值提高13.73%;经济效益提高34860元/hm²。喷施苹果面膜较果实套袋和去袋可减少用工费22850元/hm²,材料费减少8250元/hm²;喷施苹果面膜提高了苹果的外观商品价值和贮藏运输性能,产值提高50.01%;果园经济效益提高192900元/hm²。量化修剪和喷施苹果面膜降低了果园用工费,提高了果园经济效益,果园管理过程中应积极开展量化修剪和喷施苹果面膜。     

新冠肺炎疫情下管道线路智能感知技术的思考与探索

随着新冠肺炎疫情的发生,交通管制、设卡布控等防控措施相继实施,为管道线路的日常巡检带来挑战。针对疫情防控下管道巡线人员无法到现场开展巡护的问题,分析现有管道线路感知技术的不足,创建了天空地一体化管道线路智能感知技术体系。根据全面感知、无人感知、实时精准感知、全生命周期感知的感知原则,制定了人工智能技术与管道感知技术相融合的技术路线,设计了天上管道卫星遥感影像智能解译方法、空中基于自动机场的无人机智能巡检方法、地面管道重点区域智能视频方法及地下光纤综合智能感知方法,并对基于自动机场的无人机智能巡检技术开展了现场应用。结果表明:基于自动机场的无人机智能巡检系统可在无人参与的情况下,实现自动起飞、降落、充电等操作,按照设定的巡检路径、巡检时间进行作业,并可智能识别机械挖掘、人员聚集等威胁事件。新冠肺炎疫情期间,无人机连续飞行80余架次,识别威胁事件20余次,为管道巡检人员掌握管道安全状态提供了强有力的技术支持。