农田环境中农药残留比例型荧光传感系统研究

为监测农业环境中有机磷农药的残留，从种养源头管控农产品安全，基于锆离子和1,2,4,5-四（4-羧苯基）苯（H-4-TCPB）合成了蓝色荧光金属-有机框架材料（MOFs）Zr-TCPB，并与红色荧光量子点QDs组装成双荧光QDs@MOFs复合物，基于Zr-TCPB对有机磷农药特异性荧光淬灭效应，构建比例型荧光化学传感器系统，实现了有机磷农药的快速、灵敏、可视化检测。甲基对硫磷与对硫磷的检测限（LOD）分别为1.9μg/L和4.9μg/L，线性检测范围为0.005~2mg/L。研究表明，该荧光分析法能有效用于农业环境水样中甲基对硫磷及对硫磷的现场快速测定，甲基对硫磷回收率为93.23%~116.46%，平均相对标准偏差（RSD）为5.29%，对硫磷回收率为92.52%~107.83%，平均RSD为5.74%。该方法在环境样品农药残留快速监测方面具有巨大的应用价值。     

重雾霾天气条件下道路信号交叉口安全预警装置设计

通过PM2. 5传感器GP2Y1010AU0F、温湿度传感器DHT11以及红外光栅传感器DQY-4004-NB-NK-PB-PK-J;并以嵌入式智能硬件Arduino为核心控制单元,将智能温湿度数据、PM2. 5数据以及行人过街信息进行实时采集,开发一种具有环境数据检测与行人预警功能的智能交通信号灯。     

基于IAP15W4K58S4单片机的管道内钢珠运动测量装置研究

本文设计了一个管道内钢珠运动测量装置,本系统装置主要由IAP15W4K58S4单片机作为主控芯片、JY901_9姿态传感器检测系统倾角、电感式接近开关作为检测金属弹珠传感器,通过该测量装置可以检测到进入管道内的钢珠及其运动状态,实现了对管道内钢珠个数、钢珠运动方向、运动周期及管道放置角度的测量。     

称重式降水传感器与翻斗雨量传感器测雨性能对比分析

为了观测降水数据的准确性,选取了南通市4个台站2018年4月—10月份的DCS1型称重式降水传感器和SL3-1型翻斗雨量传感器观测的降水数据,分析两者观测的日降水量和降水总量等方面的差异。结果显示：在选取的观测样本中,以人工观测的降雨日数为参考,称重传感器的平均一致率为91.2%;以翻斗传感器观测的降雨日为参考,称重传感器的一致率为94.5%。称重传感器观测的累积降水量与翻斗传感器观测的累积降水量相对平均误差为-1.55%,符合中国气象局规定的相对误差不超过±4%的规范要求。在分析日降水量方面,发现称重传感器比翻斗传感器观测量平均偏小0.29 mm;有明显性降水时,两者在日降水量等级判别上基本一致。称重传感器观测的数据小于翻斗传感器观测的数据概率要高,两种传感器观测的差值分布较为一致。称重传感器在捕捉微量降水的能力不比翻斗传感器差,甚至更好。称重传感器观测的日降水量与翻斗传感器观测的日降水量相关系数为0.99826,达到0.01显著相关的水平。     

播种机播种质量监测系统研究 —基于嵌入式Linux和ZigBee

精量播种机在工作过程中存在漏播、重播及阻塞等情况,为了进一步提高精量播种机的播种精度及播种质量的监测效率,在播种机监测系统设计过程中引入了嵌入式Linux系统和Zigbee网络,采用光纤传感器、报警装置及显示屏等组成一套高精度的播种质量监测系统,实现对播种质量有效地监测。为了验证系统的可行性,对系统的通信性能、监测的准确性及安装系统后播种机的播种质量进行了测试,结果表明:监测系统具有较高的灵敏性和精度,可以有效地提高精量播种机的播种质量和水平。     

基于微生物燃料电池供能的无线温度传感系统设计

微生物燃料电池(microbial full cell,MFC)是利用微生物作为生物催化剂将碳水化合物转化为电能的装置。针对MFC输出电压低、功率小、内阻大的特点,该文研制了一种具有最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)功能的能量收集电路和两级升压电路;基于MSP430和CC2500芯片设计了环境温度传感系统。测试结果表明,MFC的输出电压维持在316～390 mV范围内,实现了最大输出功率的跟踪,MPPT电路和升压电路分别输出1.1和3.5 V电压;无线温度传感器以每13ms的周期将环境温度无线传输到远程终端,验证了环境温度传感系统在最大功率点处对无线传感器网络节点供电工作的可行性,可为实现MFC主动式能量收集提供参考。     

农业装备升降装置非接触式光纤位移传感器设计与试验

为了解决农业设备位移的宽量程、高灵敏度非接触测量问题,提出一种基于Peanut-shape迈克尔逊干涉结构的非接触式光纤位移传感器。分析了光纤Peanut-shape迈克尔逊干涉原理,设计了将磁场与Peanut-shape结构形成的全纤式迈克尔逊干涉相结合的传感器结构,并通过磁场仿真,得到磁场强度曲线。建立了传感器应变标定系统和位移测试系统。试验结果表明:Peanut-shape迈克尔逊干涉的光纤传感器应变灵敏度达到1. 82 pm/με,是普通光纤的1. 5倍,线性度为0. 997;位移测试得到的光谱曲线与磁场仿真曲线结果一致,可以实现位移的测量,且线性拟合度达到0. 999。     

用于作物表型信息边缘计算采集的认知无线传感器网络分簇路由算法

随着无线终端数量的快速增长和多媒体图像等高带宽传输业务需求的增加，农业物联网相关领域可预见地会出现无线频谱资源紧缺问题。针对基于传统物联网的作物表型信息采集系统中存在由于节点密集部署导致数据传输过程容易出现频谱竞争、数据拥堵的现象以及固定电池的网络由于能耗不均衡引起监测周期缩减等诸多问题，本研究建立了一个认知无线传感器网络（CRSN）作物表型信息采集模型，并针对模型提出一种引入边缘计算机制的动态频谱和能耗均衡（DSEB）的事件驱动分簇路由算法。算法包括：（1）动态频谱感知分簇，采用层次聚类算法结合频谱感知获取的可用信道、节点间的距离、剩余能量和邻居节点度为相似度对被监控区域内的节点进行聚类分簇并选取簇头，构建分簇拓扑的过程对各分簇大小的均衡性引入奖励和惩罚因子，提升网络各分簇平均频谱利用率；（2）融入边缘计算的事件触发数据路由，根据构建的分簇拓扑结构，将待检测各区域变化异常表型信息触发事件以簇内汇聚和簇间中继交替迭代方式转发至汇聚节点，簇内汇聚包括直传和簇内中继，簇间中继包括主网关节点和次网关节点-主网关节点两种情况；（3）基于频谱变化和通信服务质量（QoS）的自适应重新分簇：基于主用户行为变化引起的可用信道改变，或分簇效果不佳对通信服务质量产生的干扰，触发CRSN进行自适应重新分簇。此外，本研究还提出了一种新的能耗均衡策略去能量消耗中心化（假设sink为中心），即在网关或簇头节点选取计算式中引入与节点到sink的距离成正比的权重系数。算法仿真结果表明，与采用K-medoid分簇和能量感知的事件驱动分簇(ERP)路由方案相比，在CRSN节点数为定值的前提下，基于DSEB的分簇路由算法在网络生存期与能效等方面均具有一定的改进；在主用户节点数为定值时，所提算法比其它两种算法具有更高频谱利用率。     

传感器网络中的传感器配置问题研究

随着经济和科技的不断发展。人们对传感器网络中的配置问题也越来越关心。传感器配置能够对经济发展和生活产生巨大影响。很多电子设备都会运用到传感器这一项技术。传感器技术在生活当中的重要性越来越明显。本文通过对传感器的研究,对社会发展和经济科技创新贡献自身的一份力量。同时,对于传感器网络配置问题而言,无线传感器网络结点配置仿真也是其中重要的研究课题。为此,本篇文章主要针对传感器配置问题等方面展开研究。     

Nafion/MWCNTs/GC纳米电化学传感器法快速检测水产养殖中的孔雀石绿

本实验通过将5μL MWCNTs-COOH修饰液、Nafion修饰液及其二者的混合修饰液于干净的玻碳电极表面,在红外灯下烤干制得MWCNTs-COOH/GCE修饰电极、Nafion/GCE修饰电极及Nafion/MWCNTs-COOH/GCE修饰电极,采用三电极系统(玻碳电极或修饰电极为工作电极、Ag/Ag Cl为参比电极、铂丝为辅助电极)和快速循环伏安法测定富集在0.2mol/L Li Cl中的孔雀石绿(Malachite Green,MG)浓度,建立快速灵敏检测养殖水中MG含量的方法。MG在Nafion/MWCNTs/GC的循环伏安图表明,在0.57V电位处有良好的氧化峰,未出现还原峰,说明其电化学反应是不可逆氧化还原过程。MG氧化峰电流与其浓度在3×10~(-7)～9×10~(-6)mol/L之间具有良好的线性关系(Ip(μA)=0.207CMG(μmol/L)+3.158,R~2=0.985)的优化条件是:修饰材料Nafion与MWC-NTs-COOH之比为1∶1、修饰液用量为5μL、电解质为0.2mol/L Li Cl溶液、表面活性剂CPB的浓度为7×10~(-5)mol/L、MG富集10 min,在此条件下,检测限为6×10~(-8 )mol/L(S/N=3),加标回收率在95.9%～98.7%。使用该方法测定养殖水中MG含量,具有速度快、灵敏度高、稳定性和重复性好的优点。