虚拟仪器在杏鲍菇生长环境监控系统中的应用

有机食用菌杏鲍菇的栽培是宁夏南部山区的特色产业,杏鲍菇的生物学特性直接决定了工厂化栽培的基本特征。温湿度、二氧化碳浓度等环境因子对杏鲍菇不同时期的生长有着重要影响,研究环境因子的调控理论和方法是提升杏鲍菇品质与产量的重要基础,因此需要对环境因子各种变量进行数据采集。为此,以三菱FX2NPLC、FX2N-4 AD模拟量输入模块,以及传感器搭建环境因子数据采集平台;并以Lab VIEW作为上位机,通过PC与PLC串口通信,实现对环境因子的实时监控及数据存储。该研究为后期分析温室内外环境因子与杏鲍菇生长发育状况的数据关系奠定了科学基础。     

宁夏南部山区杏鲍菇栽培环境监控系统设计

菇棚内环境因子的有效控制与自动化调节是杏鲍菇周年化生产得以实现的关键。依据宁夏南部山区的气候变化特征和杏鲍菇的生长特性,运用可编程序控制器技术、传感器技术和MCGS组态技术,设计了一种区域适用的菇棚环境监控系统。其中,以可编程序控制器为核心的硬件组态和上位机监控界面的开发是系统设计的关键。模拟运行结果表明,该系统能够克服气候变化对菇棚温、湿度及CO2含量的扰动,符合宁夏南部山区杏鲍菇工厂化栽培的控制需求。     

基于物联网技术的食用菌生产智能化测控系统

针对我国食用菌工厂化生产过程中测控系统不能实时测控和可视化操作的缺陷。该文以物联网技术为基础,以在线实时管理为目标,设计并实现了食用菌工厂化生产智能化测控系统。该系统能够实现生产过程中的实时监控与可视化操作,对食用菌生长所需的环境因子进行动态调控,并将其应用于连云港国盛生物科技有限公司工厂化生产杏鲍菇中。通过应用表明:系统工作稳定可靠,智能化测控系统可以控制培菇房内的温度范围在22℃~24℃,湿度范围在60%~70%,CO2浓度范围在2000~3000ppm。     

食用菌工厂化生产环境控制模拟模型的研究

在食用菌生产中,温度、湿度、光照和CO2浓度等是影响其生长的重要环境因子.为了有效控制影响食用菌生产的环境因子,提高食用菌生产自动化程度和产量,在确定食用菌生长环境因子要求的前提下,建立了工厂化生产食用菌环境控制模拟模型,利用计算机管理技术和传感技术来控制食用菌生产环境因子,提高食用菌生产的自动化程度和质量.     

宁夏南部山区杏鲍菇温室环境远程监控系统设计

针对宁夏南部山区杏鲍菇生长发育过程,应用多传感融合技术、GPRS无线通讯技术、组态王监控技术及图像传输技术实现对温室内主要环境因子及杏鲍菇生长发育过程的无线远程监控及数据采集存储。应用Matlab数据拟合工具箱,完成对室外及缓冲区环境因子的数据拟合。该研究为将来分析温室内外环境因子与杏鲍菇生长发育状况的数据关系,建立适合于西北冷凉地区生长的杏鲍菇数学模型,以及工厂化周年化生产杏鲍菇提供有利的科学依据。     

群落式杏鲍菇生长环境远程监控系统设计

针对目前宁夏南部山区杏鲍菇子实体生长发育期对环境依赖性较强的特点,设计了一种群落式杏鲍菇生长环境远程监控系统。该系统集成应用了多传感器技术、GPRS传输技术、PLC控制及软件组态技术,对菇棚内的温度、湿度、CO2浓度和光照强度进行实时数据采集、处理和显示。同时,依据杏鲍菇生长发育期对环境因子的不同需求,利用S7-200 PLC控制菇棚内的空调、喷淋装置、换气扇、散光灯等执行器的运行,对菇棚环境因子进行综合调控。在实际生产过程中的应用表明,该系统工作性能稳定,在数据采集、传输、执行器控制以及群落式生长环境调控等方面均满足工程设计要求。     

宁夏南部山区杏鲍菇生产过程监控系统设计

杏鲍菇工厂化生产是宁夏南部山区菌草产业发展的必然趋势.工厂化生产方式需要一套符合杏鲍菇栽培特点的生产控制流程和管理方法.基于MCGS组态软件设计开发的杏鲍菇生产过程监控系统,涵盖杏鲍菇生产过程中培基配料、装袋、接种、出菇等各个工艺环节.通过实时监控,可以直观而准确地反映杏鲍菇生产过程的运行状态,符合宁夏南部山区杏鲍菇工厂化栽培的控制需求,为杏鲍菇数字化、智能化生产管理的实现提供了有利的技术参考.     

基于BP神经网络的温室生菜CO2施肥研究

目前,温室CO2施肥主要采用试验定性分析确定适合范围,难以实现高精度温室产业生产控制。根据光合作用对温室环境因子的非线性,结合BP神经网络对非线性的良好辨识能力,研究出一种CO2施肥技术。结合温室光照、CO2浓度变化规律以及温室生菜生长规律,运用BP神经网络建立温室生菜光合速率与二者的量化模型,预测出在不同温室环境条件下,通过生菜的光合作用速率来衡量生菜生长状况,在温室小气候条件下实现对生菜产量的量化控制。     

食用菌生长库研发及智能化研究

食用菌"工厂化"栽培是现代高效农业的产业化生产方式,目前,国内小型半工厂化和设施加强型生产模式不断涌现,食用菌生长的库体装备和智能化控制技术研发迫在眉睫。果蔬保鲜库库体经改变配置,增加湿度、CO2浓度和光照度控制设备,并组合成生产线,可以达到食用菌常年半工厂化生产目标,是农民、农机合作社较好的投资生产项目,食用菌生长库的智能化控制技术是工厂化生产不可或缺的技术,并且易于操作掌控。     

CO_2增加和水分胁迫对大叶黄杨景观及生态效应的影响研究

为了探索出在CO2浓度和水分双因子影响下的城市绿化模式,本文以北京市典型的绿化灌木树种大叶黄杨为研究对象,采用盆栽试验,研究3种不同水分胁迫水平(SWS为55%~75%、MWS为65%~85%、LWS为75%~95%)和3种CO2浓度(400×10-6、600×10-6、800×10-6)水平下对大叶黄杨的景观功能和生态服务功能的影响,寻求综合考虑CO2浓度-水分-景观-生态关系的城市绿化模式。研究发现,SWS处理下,景观功能受到抑制,但生态服务功能却随CO2浓度的增加而得到提升;而在LWS和MWS处理下,增大CO2浓度,能够促进大叶黄杨的生长,并使大叶黄杨景观和生态服务功能发挥到最大限度。综合以上研究结果,可认为将土壤水分控制在中度水分胁迫条件下(MWS),大叶黄杨在CO2浓度不断升高的现有环境中生长最为有利,它的景观和生态服务功能能够发挥到最大限度,是一种优化的城市绿化模式。     

控制灌溉水稻叶片水分利用效率影响因素分析

为了揭示节水灌溉水稻叶片水分利用效率的影响因素及水分高效利用机制,设置控制灌溉(控灌)和淹水灌溉(淹灌)2种灌溉方式开展田间试验,研究节水灌溉水稻叶片水分利用效率与气孔调节以及相关环境因素的关系,建立叶片水分利用效率的回归方程,并对影响因素进行通径分析。结果表明,水稻叶片蒸腾速率(Tr)、光合速率(Pn)和叶片水分利用效率(LWUE)与气孔导度(Gs)呈良好的二次曲线关系,控灌水稻通过较低的气孔开度便可获得较优的叶片水分利用效率。叶片水分利用效率(LWUE)与空气温度(Ta)、叶片温度(Tl)、叶气温差(ΔT)、空气CO2浓度(Ca)和光合有效辐射量(Par)等环境因素呈二次曲线关系,与胞间CO2浓度(Ci)呈负相关关系,与土壤含水率(θ)呈正相关关系,与相对湿度(Rh)呈指数关系。由Ta、Tl、ΔT组成的"温度因子"对水稻叶片水分利用效率的贡献率达39.19%,而由Ca和Ci组成的"CO2浓度因子"的贡献率为22.94%,由Rh和θ组成的"水分因子"的贡献率为17.81%,由Par组成的"光照因子"贡献率为9.01%。在此基础上,建立了叶片水分利用效率回归方程,并对各影响因素进行通径分析,对于控制灌溉稻田来说,影响叶片水分利用效率的主要因素不是光合有效辐射量、气孔导度和土壤含水率等,而是胞间CO2浓度、叶片温度和相对湿度等因素。     

植物无糖组培容器环境控制系统设计及其效果

植物无糖组培微环境控制是当今研究的一个热点。通过对植物无糖组培箱的改进,设计安装了箱内环境控制系统,实现了对培养容器内的CO2浓度、温度和湿度的自动检测,以及CO2浓度的自动控制。试验结果表明,明期内箱体中CO2浓度控制在1950×10^-6-2400×10^-6范围内,控制稳定性好。CO2浓度、温度检测值与明期、暗期直接相关,温度主要受控于房间的温度变化和照明灯具产生的热负荷。文章最后对控制系统的性能进行了评价,并提出了改进的方法。     

基于BP神经网络算法的温室番茄CO2增施策略优化

CO2浓度是植物光合作用的主要原料之一,确定植株生长阶段的最适CO2浓度需求量,对日光温室内CO2浓度调控具有重要意义。以开花期番茄植株为研究对象,将定植后的番茄分为4个CO2浓度梯度处理组,其中,C1、C2、C3处理组CO2增施摩尔比分别为(700±50)、(1 000±50)、(1 300±50)μmol/mol,CK处理组为温室内自然状态下CO2摩尔比(约450μmol/mol)。实验利用无线传感器网络节点实时监测温室环境因子,包括空气温湿度、光照强度和CO2浓度;利用LI-6400XT型便携式光合速率仪进行光合日动态和环境因子交互影响实验测定。光合日动态组间差异性研究表明,对开花期番茄增施1 000~1 300μmol/mol的CO2时,可使番茄单叶净光合速率提高约37.13%~40.42%。以环境因子为输入参数,建立基于BP神经网络的光合速率预测模型,用于不同CO2浓度梯度下的光合日动态预测。结果表明,模型训练集和测试集的相关系数分别为0.98和0.93,预测精度较高;C1、C2、C3和CK处理组的日动态预测相关系数分别为0.96、0.94、0.78和0.96,与实测结果吻合度较高且相对误差较小,因此该模型可以为可变环境下的番茄光合日变化动态预测提供依据。     

杏鲍菇固态接种机及其控制系统设计

以杏鲍菇为代表的食用菌工厂化栽培是最具现代农业特征的产业化生产方式.为此,结合宁夏南部山区发展菌草产业的实际需求,从机械本体结构和伺服控制系统两个方面,详细论述了杏鲍菇固态接种机的设计方法.其中,培养基自动传送系统、菌种推进系统、曲柄滑块机构以及整机的三维数字化模型采用CAXA和Solidworks进行设计;控制系统以可编程序控制器为核心器件,结合变频调速技术和步进控制技术实现整机的自动控制,模拟运行结果证明了该系统的高效性.     

不同灌溉模式下光合有效辐射与水稻叶片水分利用效率关系研究

根据江西省示范区晚稻节水灌溉试验资料,研究了不同灌溉模式下叶片水分利用效率随光合有效辐射的变化规律,分析了光合有效辐射与叶片水分利用效率的主要影响因子,气孔导度、胞间CO2浓度以及叶气温差的关系。结果表明:水稻叶片水分利用效率随光合有效辐射的增大表现出先增大后下降的变化趋势,二者之间表现出较好的二次曲线关系;光合有效辐射在500~900μmol/(m2.s)范围内,叶片水分利用效率均大于7.0μmolCO2/mmolH2O;控制灌溉模式下,水稻叶片水分利用效率略大于常规灌溉模式下的单叶水分利用效率,但无明显差异;光合有效辐射与气孔导度、胞间CO2浓度之间表现出较好的多项式关系,与叶气温差呈明显的直线关系,它们的关系从一定程度上揭示了光合有效辐射影响水稻叶片水分利用效率的生理机制。     

杏鲍菇多糖提取及其抗氧化活性

利用单因素试验和正交试验对杏鲍菇多糖提取工艺条件进行研究。确定最佳工艺条件为:提取温度70 ℃、提取时间为1.5 h,乙醇浓度75%,多糖的得率为2.33%。并对杏鲍菇多糖进行初步的抗氧化活性测定,测定杏鲍菇多糖的羟基自由基的清除率达到35.76%。      

设施生菜光合和蒸腾速率影响因素分析与预测模型构建

光合速率及蒸腾速率是植物的2个重要生理指标。在全人工环境下,选取意大利生菜作为对象,设计并开展多环境变量对生菜光合速率及蒸腾速率影响的嵌套实验,得到环境因子对生菜光合速率及蒸腾速率的影响规律,应用神经网络构建生菜幼苗期光合速率及蒸腾速率预测模型。针对幼苗期生菜,选择温度、相对湿度、光子通量密度（Photosynthetic photon flux density, PPFD）及CO2浓度共4个环境影响因素,采用随机森林方法对数据进行相关性分析。结果表明,与蒸腾速率相关性由大到小的因素依次为CO2浓度、温度、相对湿度、PPFD,与光合速率相关性由大到小的因素依次为CO2浓度、PPFD、温度、相对湿度;采用枚举法确定隐藏层节点数和训练函数,通过遗传算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,构建GA-BP神经网络生理指标预测模型。应用测试数据对模型进行验证,光合速率及蒸腾速率预测值与实测值的决定系数分别为0.96212、0.97944,均方根误差（RMSE）分别为2.9832μmol/(m2·s)、0.0014358mol/(m2·s),表明GA-BP神经网络在模型精度和迭代次数方面性能显著提高。研究结果可为设施生菜生产环境调控提供有效依据。     

融合叶绿素含量的黄瓜幼苗光合速率预测模型

现有的基于神经网络的光合速率模型仅考虑环境因素,且收敛速度慢。在考虑温度、CO2浓度、光照强度、相对湿度等环境因子的基础上,加入生理因子叶绿素含量,建立融合叶绿素含量的黄瓜幼苗光合速率预测模型。首先利用多因子嵌套试验获得黄瓜幼苗光合速率测试数据825组,然后采用LM训练法进行模型训练,并分析加入叶绿素含量对模型训练结果的影响,最后建立黄瓜幼苗光合速率预测模型并对其采用异校验方式进行验证。试验结果表明,在考虑叶绿素影响的条件下,其训练效果与模型拟合度均优于只考虑环境因子的训练模型,加入叶绿素含量作为输入的LM训练法可有效越过局部平坦区,具有明显的优越性,满足误差小于0.000 1的训练要求,模型预测值与实测值间的决定系数为0.987,误差小于4.68%。     

单栋塑料温室内多因子综合CFD稳态模拟分析

为分析单栋塑料温室内的综合环境:气流场、温度场、湿度场、CO2浓度场,建立了包括温室内外空间、室内作物和土壤层等的温室环境几何模型。将温室内的湿空气看作水蒸气、CO2和干空气的混合气体,在分析温室中太阳辐射、作物与环境的质热交换,动量及质能传递过程的基础上,对单栋塑料温室内的环境因子进行了稳态模拟。温室内热辐射传递过程采用蒙特卡罗法模拟方法;将室内作物简化为连续固体换热模型,采用剪应力输运模型(SST)表述温室内的空气紊流。结果显示:温室通风对温度、湿度和CO2分布的影响很大,温室内部上风向温度低,湿度小,同时CO2浓度也不高;温室下风向作物冠层的环境未达到优化状态;模型的预测值低于实测值,但变化规律相似,温度、湿度、CO2含量的预测相对误差分别低于8%、6%和7%。     

锁式立体水稻育秧气候箱研制

为了解决传统水稻育秧受气候环境影响导致秧苗质量低的问题，以控制育秧系统内部环境为目标，创新设计一种人工光源光照强度和光照时间无级调节、温湿度和CO2浓度PID模糊控制、供水周期及供水量无级可调和内部设有视觉监控系统的水稻育秧气候箱。该气候箱光照强度范围0～1.2×104 Lx；温度范围0～50 ℃、偏差±0.5 ℃；湿度范围50%～99% RH，偏差±5% RH；CO2浓度范围0.028%～0.2%、偏差±0.008%。试验结果表明，该气候箱培育的秧苗根系发达，颜色浓绿，茎基部较宽，播种后20 d叶龄达到3叶期，株高可达到机插秧苗标准。