鲜食葡萄冷链物流气体传感器响应特征试验研究

随着冷链耦合保鲜/气调技术的发展,气体成分参数已经成为鲜食葡萄冷链物流监测与追溯的重要指标之一。针对现有气体传感器不能满足冷链物流监测与追溯的高精度和微量化需求,选取CO2、O2和SO2为基本参数,利用基于时域特征参数提取方法,研究气体传感器静态、动态响应的特征参数,用线性回归法进行优化,筛选最佳特征参数。研究结果表明,鲜食葡萄冷链物流O2和SO2传感器最佳特征参数分别为空气中的响应基值Xa、稳态响应幅值Xg、响应速度Dres、响应恢复速度Drec、响应时间tres、响应恢复时间trec和响应幅值的累积Int Pres,其中,CO2传感器响应幅值的累积特征低于O2和SO2传感器。最佳特征参数能够对冷链物流中具有累积效应的气体传感信号进行有效地特征分析,进一步提高冷链物流气体传感器应用及监控的精度、灵敏度和稳定性。     

鲟鱼无水低温保活的血糖传感信号监测方法

根据水产品无水低温保活运输监测需求,设计了可植入式血糖传感器及信号处理电路,以实时获取血糖传感信号,信号经过软件滤波进行去噪和平滑处理后,构建了血糖变化的时序预测模型;以鲟鱼作为实验对象,对所提出的方法进行了实验验证。结果表明:所设计的可植入式血糖传感器能在鲟鱼体内对血糖信号进行稳定的采集,传感器信号经过信号调理电路后输出拟合程度达到0.960 8,电路灵敏度为27.047 m V/n A,零点漂移量为722.83 m V;所构建的血糖信号自回归移动平均模型(ARIMR)预测值与真实值之间的平均绝对误差为-0.014 mmol/L,平均相对误差为-0.117%,预测精度和平滑度较其他模型具有优势。该信号监测方法对于提高水产品无水低温保活全程透明度和追溯性,并推断水产品生命体及营养物质变化具有重要参考价值。     

冷链运输监测中无线传感器节点设计

针对当前冷链运输监控系统中存在无线传感器节点功耗大、使用时信道易冲突且协议复杂的问题,设计了一种基于无线传感器网络的冷链运输远程监控系统中的无线采集节点.选择以MSP430F149为核心的处理器,采用SHT11与PT1000双传感器测量温、湿度,完成对不同精度温区的温、湿度数据采集;采用SX1212无线芯片实现无线传输.另外,自主设计了星型自组无线传感器网络协议,针对冷链运输特点设计了物理层,并采用二叉树与动态帧时隙ALOHA的融合算法以避免碰撞.测试结果表明,通过硬件设计及使用自主协议,系统具有功耗低、组网迅速等优点,能较好地满足无线传感器节点在冷链运输环境中的应用.     

基于WSN的北美冬青鲜切枝冷链全过程监测系统

为了保证北美冬青鲜切枝冷链物流过程中的品质，提高冷链物流过程的可追溯性和透明度，以433MHz为发射频率，温湿度和气体环境为关键参数，设计了面向北美冬青鲜切枝冷链物流的无线实时监测系统。系统包括从传感器节点、主传感器节点和远程监测系统。从传感器节点集成了温湿度传感器、CO2传感器和乙烯传感器，主传感器节点用于建立和维护无线传感网络和汇集数据，远程监测系统用于远程实时监控。同时，对传感器节点的标定、准确性和功耗进行测试，并且将该系统应用于北美冬青冷链实地监测。结果表明，监测系统能够很好地应用于北美冬青存储和运输全过程，且能够稳定、准确地监测冷链环境温度、相对湿度、CO2和乙烯体积分数等关键参数的变化过程，有效反映了北美冬青鲜切枝的品质变化。     

基于定向天线无线传感网络的生猪养殖环境监测系统

猪舍的环境对生猪生长和养殖场的经济效益有很大影响。针对养殖环境参数监测过程中存在有建筑物影响,考虑定向天线具有传输距离远、增益高、抗干扰性特点,该文设计了一款基于定向天线适用于生猪养殖环境监测的无线传感网络。节点以传感器节点以MSP430系列单片机作为主控芯片,无线通信采用nRF905射频模块,温湿度采用SHT11数字传感器,有害气体检测采用H2S和NH3传感器,并以该节点为硬件平台编写了通信协议、应用程序和后台管理软件。试验结果表明,该系统性能稳定,传感精度及其环境自动调控均达到实际应用需求。     

自校准式NH_3浓度检测装置设计与研究

畜禽舍内氨气的浓度会影响动物的生长健康,目前市面上氨气传感器较广泛采用电化学的方式进行检测,其存在易老化、寿命短、需人工校准等问题,针对该问题本文设计一种基于TDLAS光谱吸收方式进行氨气检测的装置。该装置基于Beer-Lambert定律,选择波长1 512.2nm的DFB激光器作为NH_3气体检测光源,利用分光镜将光源引入两个气室,一个作为测量气室,另一个作为参考气室,通过参考气室的输出信号定时的对设备进行自我校准,保证测量的准确性,避免人工现场校准。该设备通过在猪舍试验,结果表明其无需预采样,直接测量,气体信息不易失真,可定时自动校准,无需手动标定等特点,通过与传统电化学传感器对比试验表明,该种检测原理在稳定性上具有明显优势,在农业气体检测领域中具有广泛的应用前景。     

电容式水流泥沙含量传感器温度补偿技术的研究

采用自行研制的电容传感器测量了水流中泥沙含量与传感器输出电压，研究了测量水流泥沙含量的温度补偿技术。结果表明，水流泥沙含量与传感器的输出电压呈线性关系，传感器的输出随温度的升高而逐渐增大；通过对温度的监测并由软件实现补偿的方法，可大大提高测量的精度；该方法能得到工作温度范围非标定条件下任一温度状态的输入－输出特性，可显著提高其温度稳定性。     

基于电容法的非接触式土壤水分传感器设计与性能分析

针对接触式土壤水分传感器存在对土体破坏大及使用安装、更换困难等问题,设计了一种基于电容法的非接触式土壤水分传感器。借助网络矢量分析仪对传感器环形探头在不同介电常数的有机溶液中进行测量,确定了传感器环形探头电容变化范围为7.08~22.75 p F。选取11种不同电容值高频瓷片分别与102 n H的绕线电感进行并联谐振试验,得到的测试结果与仿真结果的决定系数达到了0.98,检测电路的测量精度能够满足传感器的设计要求。以北京地区粘壤土作为测试样本,对传感器输出与对应的测量值进行了多项式拟合,决定系数达到了0.995 9,系统的稳态与动态性能均能满足土壤水分的检测要求。通过试验分析了温度对传感器输出的影响,将传感器输出结果与温度进行线性拟合,决定系数达到了0.987 9。进一步提出了能量指数Ka,通过试验的方式确定了传感器的纵向影响范围为10 cm,横向影响范围为5 cm。最后对比试验表明,所设计的土壤非接触式水分传感器与国外同类产品性能相当,能够满足土壤非接触式测量的要求,但具有更高的性价比,为同类产品的国产化奠定了基础。     

基于GPS控制技术的土地平整系统

土地平整可以提高灌溉水的利用率,是农田节水增产的重要措施之一。为此,采用上位机决策和下位机控制相结合的方法(上位机系统以车载计算机为工作平台,采用高精度GPS接收机获取农田三维地形位置数据),提出了高程测量数据误差修正算法,用来校正平地作业过程中GPS动态测量误差;利用校正后数据,计算平地基准高程,输出位置高低判断信号。下位机系统以控制器为核心,接收位置高低判断信号,输出液压控制信号驱动平地铲升降,完成平地作业。平地试验表明,误差矫正后的农田三维地形分布图精度较高,测量效率比传统人工定点测量方法提高75%以上;土地平整效果较好,平地精度达到7.8cm,可满足高标准农田田面平整度要求。     

配电网电能质量监测数据压缩传感与重构

针对配电网电能质量(PQ)海量监测数据采集、存储和传输等难点问题,引入压缩传感理论,研究配电网PQ信号压缩传感的实现方法;采用高斯随机测量矩阵获取PQ信号的线性测量值;基于傅里叶基矩阵对压缩感知信号进行正交匹配追踪重构,测试并分析信号稀疏特性、随机测量次数与信号重构精度的关系。试验结果表明,基于傅里叶投影空间的正交匹配追踪算法可对谐波、间谐波等稳态PQ压缩感知信号进行精确重构,重构精度可达数量级。     

用地磁方位传感器和位置测量系统对农用车辆进行自主行走控制

采用视觉传感器和地磁方位传感器用模糊控制和PID控制对野外作业车辆的自主行走控制问题进行了研究,并以试验对结果进行了验证。     

汽车发动机氧传感器的应用与发展

主要介绍了车用氧传感器的发展过程以及汽车发动机常见的氧传感器的类型、结构及工作原理,提出了氧传感器目前存在的问题及研究方向。     

基于无线传感器网络的节水灌溉远程监控系统

为了节约农田灌溉用水,提高水资源的使用效率,提出了一种基于无线传感器网络与GPRS网络相结的农田自动节水灌溉远程监控系统,该系统由中央监控计算机、灌溉监测控制器、无线传感器网络、GPRS模块和阀门控制器组成。系统以单片机为控制核心,由无线传感器节点、无线路由节点和无线网关实时监测土壤含水率变化,根据土壤含水率和农田用水规律实施精确灌溉。系统实现了节水灌溉的自动化控制,改善了农业灌溉水资源的高效利用和灌溉系统自动化水平。实验结果表明,整个系统的伸缩性较好,当土壤含水率太高或某种因素导致某些传感器节点损坏,系统中的其他部分仍能持续正常工作,具有自组织重新恢复的功能。监控中心能够实时地显示出各节点的土壤含水率参数和阀门的启停状况,实现节水灌溉的远程监控。     

ZigBee技术在农林业中的应用研究

设计一个基于ZigBee技术的农林业生产环境监测系统。系统采用太阳能电池供电,利用ZigBee技术将传感器采集到的与农林业生产环境相关的数据通过无线网络传输给上位机。该系统的应用可为农林业环境质量评价、农林业环境质量变化趋势预测提供实时、准确的数据。     

Water conservation potential of smart irrigation controllers on St. Augustinegrass

A variety of technologies for reducing residential irrigation water use are available to homeowners. These “Smart Irrigation” technologies include evapotranspiration (ET)-based controllers and soil moisture sensor (SMS) controllers. The purpose of this research was to evaluate the effectiveness of these technologies, along with rain sensors, based on irrigation applied and turfgrass quality measurements on St. Augustinegrass (Stenotaphrum secundatum (Walter) Kuntze). Testing was performed on two types of SMS controllers (LawnLogic LL1004 and Acclima Digital TDT RS500) at three soil moisture threshold settings. Mini-Clik rain sensors (RS) comprised six treatments at two rainfall thresholds (3 mm and 6 mm) and three different irrigation frequencies (1, 2, and 7 d/wk). Two ET controllers were also tested, the Toro Intelli-Sense controller and the Rain Bird ET Manager. A time-based treatment with 2 days of irrigation per week without any type of sensor (WOS) to bypass irrigation was established as a comparison. All irrigation controller programming represented settings that might be used in residential/commercial landscapes. Even though three of the four testing periods were relatively dry, all of the technologies tested managed to reduce water application compared to the WOS treatment, with most treatments also producing acceptable turf quality. Reductions in irrigation applied were as follows: 7–30% for RS-based treatments, 0–74% for SMS-based treatments, and 25–62% for ET-based treatments. The SMS treatments at low threshold settings resulted in high water savings, but reduced turf quality to unacceptable levels. The medium threshold setting (approximately field capacity) SMS-based treatment produced good turfgrass quality while reducing irrigation water use compared to WOS by 11–53%. ET controllers with comparable settings and good turf quality had −20% to 59% savings. Reducing the irrigation schedule (treatment DWRS) by 40% and using a rain sensor produced water savings between 36% and 53% similar to smart controllers. Proper installation and programming of each of the technologies was essential element to balancing water conservation and acceptable turf quality. Water savings with the SMS controllers could have been increased with a reduced time-based irrigation schedule. Efficiency settings of 100% (DWRS) and 95% (TORO) did not reduce turf quality below acceptable limits and resulted in substantial irrigation savings, indicating that efficiency values need not be low in well designed and maintained irrigation systems. For most conditions in Florida, the DWRS schedule (60% of schedule used for SMS treatments) can be used with either rain sensors or soil moisture sensors in bypass control mode as long as the irrigation system has good coverage and is in good repair.     

霍尔效应在汽车传感器中的应用

传感器作为汽车电子控制系统的关键部件,在汽车上得到了广泛应用。随着汽车传感器技术的发展,霍尔效应在转速传感器、电子点火系统和位置传感器中得到了广泛的应用。由于霍尔传感器具有独特的优势,以后在汽车传感器中会有更广阔的前景。     

氧传感器波形检测在发动机故障检修中的意义

主要研究通过示波器读取氧传感器波形来分析判断发动机的故障。     

基于Kalman滤波的田间导航车辆定位校正方法研究

以装载了RTK-DGPS导航系统的KUBOTASPU-68水田插秧机为试验平台,以姿态测量系统提供载体姿态信息,研究农业机械导航的姿态校正方法。在分析车载GPS倾斜误差产生原因基础上,提出了采用多传感器联合测量载体姿态角以提供校正信息。采用MEMS传感器集成模块ADIS16355作为惯性测量单元,卡尔曼滤波实现传感器信息融合以计算姿态角,设计了姿态测量系统。阐述了两种传感器融合测量实时姿态角的算法,基于ARM7Cotex-M3微处理器设计了姿态测量系统硬件。     

高精度流量传感器设计探讨

介绍了一种高精度流量传感器结构，从理论上对其进行了分析、讨论并建立了这种传感器结构与流量的关系，从而确定了传感器输出的脉冲信号与流量的关系。     

基于无线传感器网络的温室CO2浓度监控系统

设计了一种温室二氧化碳(CO_2)浓度监控系统,该系统由传感器节点、CO_2浓度调控节点、无线通信网络和上位机软件平台构成。采用红外CO_2测量模块S300作为传感器节点的核心模块对温室CO_2浓度进行实时测量,并将采集到的CO_2浓度、温湿度、光照等环境信息通过无线网络传输至上位机软件平台,实现了对温室环境的远程监控。上位机软件平台对采集到的环境参数进行处理、信息网络同步,并通过模糊PID算法对温室内CO_2浓度进行智能调节。在通信过程中,传感器节点实时采集接收信号强度(RSSI),在保证数据传输质量的同时有效调整无线发射功率以延长节点寿命。在实验室条件下配备了标准浓度的CO_2气体样品对设计的传感器节点性能进行了标定和表征,结果显示,该传感器对CO_2体积分数的检测下限小于5×10~(-5);对体积分数为3×10~(-4)和6.5×10~(-4)的CO_2气体样品分别进行了10 h的长期测量,相对波动小于2.6%。将该监测系统在吉林省长春市双阳区奢岭镇国信采摘园进行了现场调控试验,试验温室面积为640 m~2,设定温室中CO_2的目标体积分数为8×10~(-4),经调控后温室中CO_2体积分数的波动范围约为(8±0.42)×10~(-4)。该CO_2监测系统具有小型化、高性价比、高测量精度等优势,实现了信息的智能化管理与远程同步,以及温室内CO_2浓度的智能调控。