叶绿素荧光参数在线检测系统的设计

采用LED列阵辐照植物,获取叶绿素荧光参数。MINIPAM荧光仪输出调制脉冲式荧光作为检测手段,LED列阵使用可编程电源为其提供恒流输出驱动,用以激发叶绿素产生荧光,以此对植物稳态荧光、光适应下最大荧光进行检测,配合环境因子测控系统的温度、CO2浓度、空气湿度、光合有效辐射等数据,综合分析环境因素对实际量子效率、实际电子传递速率等参数的影响。荧光仪使用串口通信程序传递数据,从而实现实时在线监控。实验结果表明,与传统的试验方法相比,该方法具有精度高、检测速度快及应用范围广等优点,具有广泛应用前景。     

基于LED激发光源的叶绿素荧光参数监测的植物生理分析

试验设计了一套叶绿素荧光在线检测系统,通过MINI PAM荧光仪可以实时检测到植物叶绿素的荧光参数,并采用LED光源模拟不同的光照条件,测量了植物在不同条件下的荧光参数以及快速光响应曲线。检测系统通过232串口通信协议同上位机通信,利用WinControl软件实现数据的采集与保存。结果表明,适宜的光照可以大大促进植物PSⅡ的最大量子产量,从而提高农作物的产量,受环境胁迫的植物的光合作用受到明显的抑制。     

基于LabVIEW的智能LED植物补光照明系统设计

基于植物对光和温湿度的需求,系统利用RRGB芯片配光设计开发了LED光源模块,若干个光源模块组成LED阵列平面光源模组,基于Lab VIEW的上位机与控制器相结合的系统实现对温室或园艺植物的智能补光照明。控制器实时检测红绿蓝三色波段的光量子通量密度(PFD)和温湿度值,并将检测信息显示在上位机界面,通过控制器对脉宽调制(PWM)信号进行动态调节,以保持照射到植物的红、绿、蓝PFD值随环境光照改变而保持恒定不变,实现照明系统结合环境光照的智能补光。同时,系统也实现了对温湿度阈值范围的智能调节。该智能补光照明系统根据不同植物或同一植物不同生长阶段对PFD、光质比例补光需求的不同,通过上位机设置红、绿、蓝三色波段光不同的PFD值和温湿度范围,下位机按照设置完成环境调控,既满足了植物对补光环境的要求,又大大节省了能源。     

智能水肥灌溉系统的研究与应用

为促进农业产量及品质与农业投入同步增长,实现农业高产、优质、高效、生态、安全的协调发展,有针对性地开发智能水肥灌溉系统。该系统以物联网技术为基础,通过传感器采集温湿度、电导率／pH值等农作物生长参数,由数据采集无线传感网络发送至上位机专家决策系统,再经决策后由上位机发送指令控制以PLC （可编程逻辑控制器）为核心的智能灌溉控制系统,从而实现对作物生长环境的实时监控和高产、高效、精准灌溉智能化灌溉目的。     

集成传感器射流清洁的水产养殖环境监测系统设计

在水产养殖监控系统中,水质在线监测传感器长时间在水中工作容易附着各种杂质,影响水质因子数据采集的准确性。设计了集成传感器射流清洁功能的水产养殖环境监测系统,采用可编程逻辑控制器(PLC)作为下位机主控制器,设计内部集成传感器射流清洗系统的不锈钢水质采样箱,由PLC完成水质参数的数据采集及测试水泵、清洗水泵等设备的实时协调控制;上位机选用监视与控制通用系统(MCGS)触摸屏,实现系统状态的实时监控。     

弱光下补充红蓝光对番茄幼苗生长及叶绿素荧光参数的影响

为探究弱光条件下补充红蓝光对番茄幼苗生长发育以及叶绿素荧光参数的影响,以荧光灯作为基础光源、发光二极管(LED)作为补光光源,设置3种光质组合,采用基质栽培2个番茄品种。光处理21 d后测定生理指标及叶绿素荧光参数。结果表明:红光补光下番茄幼苗有较大的生物量,株高明显增高。红蓝组合光补光下,番茄幼苗具有更高的光化学效率,可以运用更多的光化学能量积累干物质,有效提高幼苗整株鲜重、壮苗指数。因此,弱光下补充LED红蓝混合光对番茄幼苗徒长的调控最佳,可以作为番茄幼苗育苗的补光参考方案。     

不同红蓝光配比LED光源对蔬菜育苗的影响

本文以黄瓜、番茄和西兰花为材料,研究了5种不同红蓝光配比(R:B比)LED光源对蔬菜育苗的影响。结果表明:3种蔬菜幼苗生长均以R:B比为5:1时最佳,表现为植株矮壮,最大叶长、叶宽和鲜重、干重均为最大。此外,R:B比为5:1时,黄瓜和番茄根系生长最佳,但西兰花根系以R:B比为2:1时最长,说明不同蔬菜作物根系生长可能需要不同R:B比。不同R:B比LED光源对3种蔬菜叶片叶绿素含量和叶绿素荧光参数的影响无明显规律。综上,适合上述3种蔬菜育苗的LED光源光谱最佳红蓝光配比为5:1。     

基于模糊控制的灌溉施肥系统设计与应用

设计了一种基于模糊控制的灌溉施肥系统。运用物联网技术构建无线传感器网络,采集作物生长区的温度、湿度和光照强度数据,通过在线可溶性盐浓度(EC)/p H传感器实时监测灌溉施肥系统的主要参数,经模糊决策后,上位机发送控制指令给下位机,由下位机控制灌溉施肥系统工作,实现不同营养液浓度、不同灌溉模式的灌溉施肥所需营养液的精准调配。     

基于可编程逻辑控制器(PLC)的猪舍环境参数监控系统

为解决生猪规模化养殖企业对猪舍环境参数较难控制问题,设计了一种以可编程逻辑控制器(PLC)、传感器、无线模块和执行机构为硬件核心,以Kingview 6.53为软件开发平台的实时环境参数监控系统。该系统通过无线模块将PLC采集到的猪舍参数值传到上位机,并对其采集值进行分析和处理,实现了数据采集、处理、显示、存储及控制等功能,最终实现对猪舍环境参数的自动控制。测试结果表明,该系统能实时准确地采集现场猪舍参数,在保证猪舍内所需温湿度基本恒定条件下,能使气体浓度保持在适应范围内,证实系统的可行性和实用性。     

基于机器人的温室大棚环境智能监控系统

针对温室大棚有线监控系统存在布线困难、劳动力成本高和无线监测点移动性差等问题,设计一种以机器人为移动监测点,以Kingview 6.55软件为上位机开发平台的温室大棚环境智能监控系统。该系统采用现场可编程门阵列((field-programmable gate array,简称FPGA)控制板作为采集控制终端,结合多路传感器实现对机器人的行走控制和各环境参数的实时采集、处理、显示、存储及监测报警等功能,并通过APC220无线模块将处理后的数据传给上位机,上位机根据用户设定参数范围值,通过APC220无线模块发送相关设备的启/停控制命令,实现环境参数的远程控制。同时,管理人员也可以借助通用分组无线服务(general packet radio service,简称GPRS)模块和手机终端,实现查询环境参数和控制设备等功能。结果表明,该系统具有运行稳定、采集精度高、易于控制、成本低廉等优点,能满足温室大棚监控的智能化需求。     

不同LED补光时间对日光温室番茄生长发育及光合特性的影响

【目的】分析LED补光时长对番茄生长发育及光合特性影响,研究新疆地区越冬季节日光温室番茄最佳补光时长。【方法】以番茄品种天粉1号材料,以日光温室保温被揭盖时间为基准,比较不同补光时间处理番茄生长发育、光合特性、果实品质和产量等指标。【结果】保温被盖后/揭前补光2 h/4 h、4 h/2 h、6 h/0 h、4 h/0 h有利于番茄株高和茎粗(4 h/2 h)生长;保温被盖后/揭前补光4 h/2 h、6 h/0 h处理叶片光合特性明显增强,番茄果实产量显著高于对照;番茄果实果实VC和番茄红素含量以盖后/揭前6 h/0 h和4 h/0 h为最佳。【结论】综合番茄生长、植株干鲜重、光合特性、果实品质和产量等因素,保温被盖后/揭前补光4～6 h为新疆乌鲁木齐周边地区日光温室越冬茬番茄适宜的补光时长。     

不同LED补光光源对樱桃番茄产量和品质的影响

为研究LED 补光对温室樱桃番茄产量和品质的影响,探讨设施栽培中利用补光手段实现增产和提高品质的调控新途径,以哈金龙樱桃番茄为试验材料,在温室条件下采用LED灯带和LED灯管对定植后樱桃番茄进行侧面补光,光源光通量密度为100μmol/m²·s,每天补光12 h (8:00~20:00),测定分析不同补光处理下樱桃番茄果实产量和品质的变化。结果表明,LED灯管和LED灯带补光处理的樱桃番茄挂果数、总产量和单果重均显著高于对照,且LED灯管处理效果较好,挂果数、总产量和单果重分别提高48.91%、94.86%和30.86%。LED 灯管补光处理能显著提高樱桃番茄果实的品质指标,VC、可溶性蛋白、游离氨基酸、可溶性糖和蔗糖含量均显著高于对照,番茄红素,花色苷、类黄酮和可溶性酚含量均最高,番茄着色最好。     

不同遮光处理对大棚越夏硬果番茄筋腐病发生及其产量的影响

采用不同遮光率的遮阳网和不同颜色的防虫网,研究温度与光照对越夏番茄筋腐病发生的影响,筛选出一套适宜防治番茄筋腐病的有效措施,以提高番茄商品率,确保番茄产量和品质。结果表明,不同遮光处理中,遮光率60%/银色防虫网组合的番茄各项品质指标最好,番茄红素为9.21 mg/kg,w(可溶性固形物)为5.7%,w(可溶性糖)为3.38%,w(总酸)为0.46%,糖酸比7.35,筋腐病发病率为3%,远小于CK(21.7%)。遮光率60%/银色防虫网组合产量最高为122 100 kg/hm,较CK产量增幅达26.6%,与CK相比差异显著。其他遮光处理无论番茄品质或产量均高于CK,而发病率都远小于CK。通过适宜的遮光可有效降低夏季高温和强光照,大幅提高越夏番茄商品率和产量,降低番茄筋腐病发生。     

补光对日光温室越冬番茄生长及产量品质的影响

以普通荧光灯为对照,采用不同光质荧光灯(红,蓝,红蓝1∶1)对日光温室内番茄进行定时补光(6:30—8:30,16:00—18:00;光照强度2 000 lx),研究不同光质补光对番茄生长、产量及品质的影响。结果表明,与对照相比,补照红光能够促进番茄植株生长;补照红光和红蓝混合光能提高番茄产量,且补照红光的增产效果最好,产量增加22.4%;可溶性糖含量以红光处理最高,可溶性蛋白、Vc和可滴定酸含量以蓝光处理最高,果实番茄红素含量在红光与红蓝混合光照射下均明显增加。综合评价,补照红光有利于促进番茄生长,提高产量和品质。     

基于OpenCV的低能耗植物工厂照明系统设计与试验

为解决植物工厂照明系统能耗大的问题,设计了基于OpenCV的低能耗植物工厂照明系统,通过对LED光源进行二次光学设计,将发散的LED光线聚集成圆形光斑对植物进行补光,减少植物未栽种区域的光能浪费。同时,对照明系统的机械结构与控制系统进行设计,基于树莓派上的OpenCV设计图像识别算法,实现光斑大小随植物生长的动态变化,提高系统的自动化程度。以奶油生菜为供试品种,以普通照明系统为对照进行栽种试验。结果表明:设计的照明系统较普通照明系统的能耗降低了55.8%,电能利用效率提高了72.7%,可见设计的照明系统具有较好的节能效果与较高的电能利用率。     

Effects of different LED light wavelengths on the resistance of tomato against Botrytis cinerea and the corresponding physiological mechanisms

New types of light-emitting diode(LED) sources were applied to irradiate Botrytis cinerea mycelium and tomato leaves that were inoculated with 6.cinerea to assess the effect of different LED light wavelengths on the infection of tomato with6.cinerea,to determine the optimum light wavelengths to control 6.cinerea,and to explore the mechanism of LED influence on the development of gray mold.The results showed that purple light and blue light irradiation significantly inhibited the growth of 6.cinerea mycelium,and the inhibition rates were 22.3 and 15.16%,respectively,and purple light exhibited a better inhibitory effect than blue light.The lesion development of 6.cinerea on tomato leaves was significantly inhibited upon irradiation with red and purple light with inhibition rates of 32.08 and 36.74%,respectively.Irradiation with red light inhibited the oxidative burst of superoxide anion(O_2~-) that was caused by infection with 6.cinerea,and red light regulated the H_2O_2 content in the tomato leaf,which increased and rapidly returned to a lower level.In addition,red light irradiation improved the activity of superoxide dismutase(SOD),catalase(CAT) and peroxidase(POD) in tomato leaves.However,purple light irradiation did not make tomato leaves exhibit this kind of physiological response.Therefore,red light and purple light can suppress gray mold in tomatoes,but the disease suppression mechanisms of these two types of LED light are different.In general,red light suppresses gray mold primarily by regulating the tomato defense mechanism for disease,whereas the suppression of tomato gray mold by purple light can be partially explained by the photo-inhibition of 6.cinerea.     

密闭式植物种苗工厂的设计及其光环境研究

密闭式植物苗工厂具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点,发展前景广阔。利用不透光的绝热材料建设人工光型密闭式植物工厂,设计开发了高精度的环境控制系统,为植物生长提供优化的物理环境。研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯板,有效地改善植物生长所需的光环境,提高植物的光能利用率。通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验,为密闭式植物工厂以及人工光源在育苗领域的应用研究提供了理论和试验依据。LED、荧光灯与自然光条件下黄瓜育苗对比试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理,表现出一定的生长优越性。     

光氮互作对番茄果实糖积累及蔗糖代谢相关酶活性的影响

 【目的】探明不同光照条件下番茄果实高糖积累的氮素适宜施用水平。【方法】以番茄品种东农708为试材,采用4个光照度和4个氮素施用水平的复因子试验,研究光照度与氮素互作对番茄果实糖积累及蔗糖代谢相关酶活性的影响。【结果】在果实发育早期,光、氮及其互作对番茄果实淀粉含量影响极显著,对蔗糖含量影响不显著。在同一光照水平下增施氮肥及在同一施氮水平下的70%自然光处理可提高果实蔗糖合成酶（SS）活性,从而促进果实的蔗糖代谢。在果实发育过程中,光、氮及其互作对番茄果实果糖含量均有极显著影响,发育后期,70%和100%自然光以8 kg/667 m2施氮量、小于70%自然光以0 kg/667 m2施氮量的果实酸性转化酶（AI）、中性转化酶（NI）活性最高,在同一施氮水平下,70%自然光的AI、NI活性最高,使前期积累的淀粉和输入的蔗糖逐步分解为葡萄糖和果糖,从而提高番茄果实品质。【结论】光、氮及其互作对番茄果实糖积累影响显著,充足光照下适当施氮（本试验8 kg/667 m2）可提高番茄果实果糖含量,弱光下增施氮素可降低番茄果实糖含量,在同一施氮水平下减弱光照可降低番茄果实糖含量。番茄果实糖含量的升高或降低与SS、AI和NI密切相关。     

植物工厂LED照明控制系统设计与研究

植物工厂LED照明控制系统涉及到多路LED独立控制、大功率白光LED的恒流驱动、ECU单元和系统控制的设计,以及监测电路与单元通信等技术问题.本文分别对大功率LED驱动和光谱特性、不同波长LED分控点亮和系统控制、现场通信技术进行了研究.在设计过程中完成了大功率LED驱动电路亮度可调、LED光色调整以及散热检测调试和验证,并以此构成了植物工厂LED照明控制系统的基本单元.在单元的通信接口和优先权限设定之后,组成了较为理想的现场可控光照系统.结果表明,经过系统控制设计的LED光源不仅节能、环保.而且由于LED的亮度、色温、光谱的可控制性满足了植物工厂的需要.