椰糠条栽培番茄的蒸腾反馈智能灌溉系统研制

为满足番茄椰糠条栽培条件下自动精量灌溉的需要,该研究研制了一套蒸腾反馈智能灌溉系统,包括蒸腾检测组件、通信组件、决策组件和灌溉组件。蒸腾检测组件基于压力传感器测定番茄蒸腾量;决策组件基于椰糠条的持水特性和番茄蒸腾量的变化建立了灌溉精量控制模型,精确控制水泵启动和关闭,使灌溉量根据作物蒸腾量的多少变化,并根据回液量及其电导率(Electrical Conductivity,EC)值变化判断调用正常灌溉模式或淋洗模式,使椰糠条始终处于适宜的含水量范围内,保持一定的水气比,以利于番茄根系生长和吸收营养液,解决灌溉不足造成的干旱胁迫和灌溉太多造成的营养液浪费和回液处理量大的问题;通信组件用于各模块间信号的传递。以荷兰RIDDER公司研发的基于光辐射积累量控制的灌溉系统为对照,检验该蒸腾反馈智能灌溉系统的应用效果。结果表明,在番茄盛果期,该系统的灌溉量比对照增加9.4%,回液量减少18%,且回液EC值比较稳定;与定时灌溉相比,减少灌溉量32%,减少回液量57%,有更多的营养液被植物吸收利用。栽培效果显示,使用该系统灌溉的番茄产量、株高、节数与使用荷兰RIDDER公司研制的灌溉系统的没有显著差异,取得了与之相同的灌溉效果;而且,在5 000 m~2温室内设备设计使用年限10 a条件下,该智能灌溉系统年运行成本与之相比还降低了20.8%,并能够满足自动精量灌溉的需求。若根据基质类型不同调整灌溉控制模型参数,该系统也可应用于岩棉条栽培、混合基质盆栽等其他无土栽培的智能精量灌溉。     

烟叶采收机仿垄行走控制系统设计与试验

为实现烟叶采收机的无人驾驶,设计了一种烟叶采收机仿垄行走控制系统,该系统采用光电测距传感器检测左右两侧车轮到烟垄的距离。该文分析一阶滞后低通滤波的灵敏度、平滑度以及相位滞,同时修正滤波的控制参数,以期达到较好的拟合效果,从而精确剔除杂草、土块等无效的尖锐信号,最后根据优化处理后的数据调整动力系统的电机转速,实现烟叶采收机仿垄行走。一阶滞后低通滤波经动态修正后无论从灵敏度还是平滑度看,效果均较好,相位滞后也得到明显修正。田间试验表明,滤波后的数据标准差为3.8,能够得到较为准确的垄形信息;跑偏角度低于30°时,角度修正较好,成功率为95%,侧移修正成功率为89%;跑偏角度低于20°时,成功率为100%,侧移修正成功率为98.3%。该行走控制系统可准确控制烟叶采收机仿垄行走,为无人烟叶采收机行进控制方法的深入研究提供了参考。     

Biosensors developments and potential applications in the agricultural diagnosis sector

There has been a phenomenal growth in the field of biosensor development in recent years with emerging applications in a wide range of disciplines, including medical analysis, food and the environment. The increase in the number of analytes requiring monitoring and others that require control, and the need for high sensitivity, speed, and accuracy of analytical measurements have stimulated considerable interest in developing sensors as diagnostics tools. A range of molecules with biorecognition powers are available naturally such as antibodies, enzymes, cell receptors and nucleic acids and are used as the sensing receptors in biosensors. The combined approaches of computer (molecular) modelling and combinatorial synthesis or molecularly imprinted polymers are undertaken today as a new method to produce synthetic receptors that can be used in sensor development. A wide range of transducers is also feasible to fulfil the rapid monitoring needs of the diagnostic market. Biosensors can also be incorporated into simple-to-use instruments as an on-line monitoring device or a one-shot sensor. This paper deals with recent developments in biosensors and their potential use in the agricultural diagnostic market.     

根区土壤氧气检测技术与方法研究进展

根区氧胁迫问题在滞涝区域、城市地面硬化区域尤为常见,根区土壤氧气含量高低是判断植物是否承受低氧胁迫的重要依据,其检测技术与分析方法的研究对农林生产和生态保护具有指导意义。为明确根区土壤氧气检测现状及发展方向,该研究概括了国内外土壤氧气分布检测方法和分析策略,将现有获取根区土壤氧含量时空分布的技术手段归纳为氧传感器点位检测法、土壤氧扩散模型分析法和荧光成像法,并剖析比较了各方法的优缺点和适用场景。基于氧传感器等领域最新进展,结合各类氧气运输模型,总结了根区土壤氧气分布检测技术和建模方法的研究重点与发展方向如下：1）氧传感器呈现小型化和集成化趋势,引入新型材料,提高氧传感器的灵敏度和耐久性能;2）模型的精度将不断提高,更多地考虑多尺度和多因素交互作用,以全面分析根区土壤氧环境的复杂性;3）开发可持续的荧光染料,提高荧光成像技术的分辨率和深度,以实现对更小、更深层次结构的清晰成像;4）分析植物蒸腾作用中的水氧关系,通过茎干氧浓度反映植物对根区氧环境变化的生理适应能力。研究可为植物根区土壤氧气分布检测提供思路与借鉴。     

喷油泵试验台自动量油系统的研究

为解决喷油泵试验台量油系统误差大的问题 ,设计了一种基于磁电式流量传感器和以 AT89C5 1单片机为核心的自动量油系统 ,其量油的相对误差为 0 .81% ,优于原量油系统的 1.2 6 % ,实现了快速、精确、可靠地测试柴油机喷油泵各泵油参数的目的。     

植物柔性传感器研究进展与展望

智慧农业的快速发展对农业传感器的精确性和生物安全性提出了更高的要求。不同于传统的刚性传感器,近年来新兴的植物柔性传感器因具有出色的力学特性和良好的生物相容性,在农业领域引起了广泛关注。该综述首先概述了制备植物柔性传感器所需的材料及制备工艺,重点阐述了植物柔性传感器在作物生长中的监测应用,如对植物电信号、挥发性化学物质、水分含量、生长速率的监测,以及对植物表面温度、湿度、照度等小气候的监测。同时介绍了柔性电子自供电的发展现状。最后,对植物柔性电子在智慧农业领域中的应用进行了总结和展望,以期为基于植物柔性传感器及相应传感网络的智慧农业管理系统提供参考。     

基于卡尔曼滤波的降雨起止时间手机远程监测装置研制

为解决设施农业的降雨监测系统难以精准检测降雨起止信号的问题,研制了一种降雨起止时间远程监测装置。该装置主要由雨水感应模块、雨水检测电路、单片机、通用分组无线电系统数据传输单元模块(General Packet Radio System Data Transmission Unit,GPRS DTU)、串口通信电路和手机端APP组成。通过自行设计的雨水感应模块检测降雨过程,利用卡尔曼滤波器降低雨水检测信号的电阻热噪声干扰,根据滤波后的信号差值建立降雨起止信号判别模型,判定的降雨起止信号经通用分组无线电系统(General Packet Radio System,GPRS)远程无线传输至云服务器,并以云服务器的同步时间作为基准时间,实现了手机远程监测降雨起止时间。开展装置性能测试试验,研究其稳定性、准确性与可靠性,结果表明:1)降雨起止信号判别模型的判别周期取10 s最优;2)室内测试时的降雨起止信号错报率为1.2%,手机接收成功率为100%;3)雨水感应模块的导线末端间距为2 mm、基板间夹角为120°是能检测小雨及以上等级的最优参数组合。将装置安装于开阔的楼顶天台开展实测验证试验,结果表明:装置对降雨开始与停止时间的检测误差范围分别为7~34、9~29 s,室外仅出现1次错报,信号错报率为5.9%,符合对自然降雨过程的检测要求。该装置能远程监测降雨起止时间,可为今后进一步研究农业智能感雨监测系统提供技术支持和理论依据。     

全自动称重式雨量计的研制及性能分析

为了精准刻画降雨过程特征,研制了一种具有野外复杂条件下普遍适用的全自动称重式雨量计,该仪器以STM32单片机为核心,利用A/D转换芯片对称重传感器的电压信号进行放大处理,获取分辨率为0.01 mm的分钟级别的降雨数据。试验结果表明,该雨量计测量标准差为0.02 mm/min,测量准确度最高为98.67%,说明该仪器监测精度高且适用范围广。称重式雨量计分辨率高,对微小雨滴反应灵敏,使得其监测结果较翻斗式雨量计大。此外,利用称重式雨量计在王东沟小流域进行野外自然降雨观测,发现该小流域自然降雨集中在5-9月,主要以次降雨量≤5 mm的降雨为主,而次降雨量为＞10~25 mm的降雨对降雨总量贡献最大。该仪器可以实时准确地监测降雨全过程,可为提高降雨监测技术的精准化和自动化水平提供参考。     

蛋鸡生产参数自动监测系统设计与实现

为了在蛋鸡自然状态下,实现对其采食量、饮水量、排泄量、产蛋时间、蛋质量等生产参数的长期自动采集,克服人工采集工作量大,鸡应激反应造成误差大等问题,设计并实现了基于传感器网络的蛋鸡生产参数自动监测系统。该装置运用人机工程学的设计方法,将传统鸡笼与传感器有机结合,实现了对蛋鸡生产参数无干扰远程监测。该文重点分析了鸡笼的机械结构设计、传感器通信原理、数据采集与分析利用问题。试验结果表明,系统运行稳定,采食量、饮水量、排泄量、蛋质量平均相对误差均小于0.2%。该研究提高了监测数据的精确性,为蛋鸡养殖中科研数据收集、分析和利用提供了新方法和手段,为进一步研究蛋鸡生长过程中生产参数的无干扰自动采集技术提供了参考。     

应用红外传感器进行母猪的发情及最佳配种时间鉴定

应用红外行为传感器监测系统对38头母猪的发情行为及最佳配种时间进行鉴定.结果表明,该系统鉴定的准确率(84.2%)较人工观察法鉴定有明显提高,同时可大大降低生产成本,具有较大的推广应用价值.