基于GSM的设施农业气肥监控系统设计与实现

针对现有CO2监控设备存在操作复杂、控制方式不科学、CO2利用率低等不足,结合我国家庭式小规模农业生产现状,设计了一种基于GSM的设施农业气肥监控系统。系统以STC12C5A60S2单片机为中央处理芯片,以SIM900为通信模块,可通过SMS短信业务与现场控制两种操作方式对设施农业CO2浓度进行监控及预警。结果表明,系统具有稳定性高、操作简单、成本低等特点,为我国小规模农业生产提供了一种可行、高效的CO2浓度监控方法,有效提高了设施农业生产管理水平。     

植物生长补光灯优化部署模型

人工补光可以有效提高温室作物产量与品质。针对温室补光光源空间部署不科学导致光照强度分布不均匀,不能满足作物实际需光量和资源配置不合理等问题,根据温室空间环境的影响以及光学原理计算,提出了基于温室补光灯光强场分布的圆形单光源补光灯与矩形多光源补光灯两类光源部署模型。这两类模型通过光学定律粗略计算,以补光灯辐射半中心光强边界为突破点,对补光灯的辐射重叠区域进行科学定位,使补光灯部署得到优化,从而实现温室光强按需均匀分布,避免补光光源部署冗余,减少能耗,促进了作物有效的生长。     

基于专家规则的温室智能补光系统设计

由于现有温室补光系统未针对专家规则考虑植物不同阶段补光量的差异和自动实现分阶段按需定量补光,因此设计了基于专家规则的智能补光系统。系统以51单片机为核心,采用模块化设计,主要包括控制模块、电源模块、时钟模块、人机交互模块和检测模块。系统利用DS1302时钟芯片模块模拟阶段补光累积时间,根据用户设置的各阶段光强阈值和阶段信息,当植物生长进入下一阶段时,系统会依据用户的相关设置计算对应PWM 控制信号的占空比,并输出 PWM 控制信号,控制植物的补光量。实验证明,系统可对植物各阶段进行按需补光,避免了不同阶段补光不足和过量的问题,从而提高了能源利用率,也为研究光强对植物的影响提供参考。     

基于LED的设施农业智能补光系统

光是植物生长过程中不可或缺的因素之一,人工补光可有效提高植物光合作用,促进农作物增产增收。现有LED补光系统在环境适宜性监测、光源控制和植物不同阶段需光量差异性考虑不足,造成红蓝光补光不足和补光过度并存。针对以上问题提出了一种设施农业智能补光系统,支持定义植物不同生长阶段的需光量,采用STC12C5A60S2单片机实时监测设施内环境温度和光强,并通过PWM信号控制红、蓝光LED补光灯亮度实现作物按需定量的智能补光。该系统已初步进行试用,证明该系统稳定可靠,可有效实现定量精确补光。     

基于WSN的设施农业调光系统设计

针对现有调光系统存在控制方式单一、维护费用高和调光不科学等问题,设计了一种基于无线传感器网络的设施农业调光系统,主要包括主控节点、驱动节点及植物LED执行器等3部分。系统采用CC 2530作为核心处理器,完成数据分析、处理和传输等功能,提供多种控制方式,用户可根据实际调光需要选择最优控制方式。初步试用表明,系统可根据用户需求通过无线传输方式实现对温室光环境的调节,具有易扩展、能耗低和稳定性高等特点。     

植物有效生长波段光照检测设备设计

光照是影响光合作用最主要的因素,而植物对于自然光的吸收是具有选择性的,只有特定波段的光谱能被吸收利用。为实现对植物光合作用有效光照范围的精确测量以及数据的实时获取与处理,设计了一种适于农业生产使用、能精确检测植物光合作用有效波段的光照检测设备。设备以单片机为核心,采用定滤光片分波段滤光的方式对光照传感器进行修正,实现了对植物在光合作用中所需光因子强度的测量;同时,支持以RS232串口数据传输、SD卡现场数据存储的数据通信和存储等功能。实验证明,本设计可实现上述功能,检测误差在5%之内,满足使用要求。     

温室大棚CO2浓度精准调控系统的设计与实现

CO2是绿色植物进行光合作用的主要原料,其含量严重影响植物品质,现有无线调控系统因成本高、层次多,不适合我国农业发展的现状。针对以上问题,基于不同环境、不同作物的不同要求,研制了以CC2430为中央处理芯片、采用Zigbee技术无线传输的CO2浓度精准调控系统。该系统采用模块化设计,包含中央处理单元、数据采集模块、控制模块、电源模块和人机交互模块,通过模块组合和加载软件的差异形成监测和控制2大类设备。各设备间通过Zigbee协议实现自组网方式下多跳数据交互,完成基于现场检测结果的CO2浓度的精准控制。在温室大棚的实用结果表明,其可实现上述设计功能,具有监测精度高、可靠性高、使用简单、成本较低和扩展性强等特点。     

可控LED亮度的植物自适应精准补光系统

人工补光对作物生长具有重要作用,发光二极管（LED）作为一种新型光源在作物补光系统中具有广阔的应用前景。针对目前常用的定光照度、定光质补光方式存在的不足,该文设计了一种综合考虑作物特性、光合有效辐射、环境温度等因素的自适应精确补光系统。该系统实时监测特定波段光照度、环境温度,精确计算作物补光量,并通过脉宽调制（PWM）信号控制红、蓝光LED灯组亮度,支持对不同植物在不同生长阶段、不同环境下的按需分波长定量补光,具有精确化,智能化,低能耗的特点。经温室实际生产过程的试验结果表明,补光系统性能可靠、达到了定量精确补光的设计要求,可避免植物生长不同阶段补光不足或过量的问题,从而提高了能源利用率。     

基于无线传感器网络的温室光环境调控系统设计

为了解决现有光环境调控系统存在光照度不可调、能耗高、部署困难等问题,该文设计基于无线传感器网络的光环境调控系统。该光环境调控系统以CC2530处理器为核心设计中央控制节点、监测节点、调光节点,采用ZigBee协议实现自组网络、监测数据和控制信号传输。监测节点通过周期监测光合有效辐射值,利用自然光中太阳高度角与红蓝光比例关系,计算当前红蓝光光量子通量密度;利用智能中央控制节点计算其与作物所需目标量的差值,并将其转换为脉宽调制控制信号,通过调光节点控制LED输出亮度,实现LED调光灯输出光量的动态、精确、无线调控。试验检验表明,该系统红蓝光光量子通量密度监测误差小于6%,调控输出光照度相对误差小于3%,可满足多个温室实时、按需、定量光环境调控的需求,具有部署灵活、易扩展、低能耗的特点。     

温室环境监测现场可视化管理网关设计与实现

传统网关在温室环境监测中负责无线传感器网络数据汇集转发,缺乏良好的用户现场交互能力。为此,研究了一种基于S3C2410处理器和WinCE系统的嵌入式网关,支持生产基地的现场可视化管理。本网关实现所有温室信息及其监测数据的实时管理,采用蜂鸣、短信等方式进行异常数据预警以降低环境突变造成的损失,内置嵌入式数据库Sqlite,可长期存储监测数据,实现了温室监测区域的自治管理。实际应用证明,本网关具有部署灵活、操作便捷和人机交互界面友好的特点。