设施农业可调光质精确补光系统

针对环境温度、光质和光强对农作物光合作用的影响,提出结合实时环境检测、特定波段补光与定量决策的精确补光方法,设计了基于反馈控制机制的定量决策算法。以单片机为核心控制器件,设计了可调光质的精准补光系统,可根据温度及红蓝光目标光强与实时光强的差值精确计算补光量,通过PWM占空比调整LED输出光强。实验结果证明系统可实现按需补光;采用的LED光源较白炽灯节能54%,较荧光灯节能83%;在相同LED光源时,较常规LED补光系统的节能率在不同光质阈值和气候条件下具有一定波动,平均节能在30%以上。     

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。     

基于太阳能的LED食用菌补光控制系统设计

针对光照影响食用菌产量及品质的特点,利用太阳能LED节能技术设计了一款食用菌补光控制系统。该系统由太阳能电池板组件、太阳能充电管理模块、锂电池、LED补光灯、单片机控制器、定时器模块、键盘、LCD显示器和光照传感器组成,补光强度和补光时间可设置。测试结果表明,该系统工作稳定且满足设计要求。      

基于单片机的可调光质LED大棚蔬菜补光系统设计

针对北方冬季大棚蔬菜光照不足的问题,提出红色和蓝色LED的R/B配比可调的补光方法,并设计了基于单片机的能适应不同蔬菜生长需要的LED自动补光系统,系统可根据大棚内的光照强度自动开启,通过调整PWM信号的占空比调节LED的R/B配比,可满足多种蔬菜的生长需要。实验结果表明,该补光系统能促进大棚蔬菜的生长。     

温室LED补光技术在西兰花种植中的应用

光照是蔬菜生长的必需条件,北方冬季光照时间短,不利于喜光温室蔬菜的种植。温室LED补光设备是根据植物的光照需求特性而设计,试验证明,应用LED补光技术的西兰花比不补光的对照区增产14.3%,而且西兰花的花密色深,采收期提前。     

乌龙茶LED补光萎凋品质特性研究

光质是乌龙茶品质形成不可缺少的环境因素,为了明确LED补光萎凋对乌龙茶品质形成的影响,选取清香型铁观音为研究对象,以无光萎凋为对照,探明日光和LED红、黄、蓝光4个光照条件下采后茶鲜叶的生理响应能力以及铁观音毛茶生化、香气组分测定与感官品质评价。试验结果表明:离体叶对不同光质的生理响应在10~15 min时分别达到峰值,光照强度为300μmol/(m~2·s)时,光照30 min可满足萎凋光环境技术参数。与无光处理相比,补光萎凋可显著提高铁观音毛茶的水浸出物、氨基酸、可溶性糖、黄酮等含量,促进了茶多酚转化并降低了咖啡碱含量;铁观音主要赋香成分α-法呢烯和橙花叔醇的相对质量分数分别提高11.42%、30.65%。主成分分析得出日光、LED萎凋处理毛茶香气质量综合得分高于无光萎凋处理,LED黄、蓝光萎凋处理香气质量综合评价略优于LED红光萎凋,并与各处理毛茶品质感官审评结果表现一致,补光萎凋技术可使经济效益提高63%。     

LED在设施农业中的应用

在设施农业中,通常所采用的人工光源是荧光灯与高压钠灯.近年来,随着光电技术的发展,发光二极管(LED)的亮度与效率也大幅度提高,使得这种光源在设施农业生产中的应用变为可行,尤其对封闭可调控的设施农业环境 (如植物工厂,组织培养室、植物生长箱等) 是一种非常合适的人工光源.为此,主要介绍了LED在设施农业中的应用及发展趋势.     

基于叶绿素荧光参数的LED动态补光方法的研究

通过分析现有的自动调光方式,研究一种新的补光方法—双线间接调光法,并以完成此方法为基础设计了动态补光系统。该系统分上下两个控制系统:下级以单片机为核心,PWM为控制方法,通过传感器测量光照强度直接调节LED输出光强;上级以上位机为控制核心,通过MINI-PAM测量植物的叶绿素荧光参数来调节下级单片机中的光照阈值,从而间接控制LED输出光强。应用该系统对番茄苗期的生长状态进行测试和对照实验,取得了良好的效果。     

电动可调型补光系统的研制与应用

我区位于北纬35°~45°之间的农业生产种植密集区域,春、秋和冬三个季节太阳照射强度和太阳照射持续时间都普遍偏少,如遇到连阴天,严重影响作物的正常生长,造成农民经济损失严重。本文介绍一种温室电动可调型补光系统的构成、技术参数、主要特点及试验应用情况,该系统可以根据不同作物的需光量进行光照度、光周期的合理调控,从而控制植物生长的季节并彻底缩短植物生长的时间,达到增产增收的目的。     

基于单片机的温室大棚LED智能补光系统设计

目前,在黑龙江地区的温室大棚内种植反季节或当下蔬菜时,补光时间和补光强度全部靠人员经验,因此无法达到精准控制。本文针对这一问题设计一个基于AVR单片机的温室大棚LED智能补光系统。该系统基于ATmega16L单片机,利用光敏电阻阻值变化引起电路电流的变化,测出大棚内光照的强度,设定占空比进行间断补光,通过脉宽调制(PWM)控制LED灯光照强度,从而达到实际需要的光饱和点。本文选用蓝光、红光比例1∶8的LED补光灯补光,代替传统的一些补光手段。该系统节能环保、安全性高、稳定性好,在温室大棚智能控制方面具有很好的应用和推广前景。     

基于植株需光差异特性的设施黄瓜立体光环境智能调控系统

光是植物进行光合作用的主要能量来源,光照好坏直接影响作物的产量和品质。本研究针对现有植物补光系统多以功能叶光合能力为基准进行冠层补光,导致冠层新生叶光抑制、株间功能叶位补光不足以及补光位置不能适应作物生长进行动态调整的问题,以黄瓜为研究对象,设计了一种基于植株需光差异特性的设施黄瓜立体光环境智能调控系统。该系统由智能控制子系统、冠层-株间LED补光子系统、冠层-株间环境监测子系统和补光灯升降子系统组成,通过ZigBee技术实现各子系统间无线通信。其中冠层-株间环境监测子系统分别获取冠层和株间环境信息并发送至智能控制子系统,智能控制子系统根据环境实时信息调用冠层调控模型和株间适宜叶位调控模型获得相应调控目标值,并将其下发至冠层-株间补光灯,实现冠层与株间补光灯的动态实时调控。在陕西省泾阳县蔬菜产业综合服务区蔬菜基地分别部署立体补光设备和传统冠层补光设备,并进行系统调控效果验证试验。结果表明,立体补光区黄瓜植株的株高和茎粗显著增长,其中相比传统冠层补光区平均株高、茎粗分别增长了8.03%和7.24%,相比自然处理区平均株高、茎粗分别增长了26.51%和36.03%;在一个月的采摘期内,立体补光区相比传统冠层补光区和自然处理区产量分别提升了0.28和1.39 kg/m²,经济效益分别增加了2.82和4.88 CNY/m²,说明立体光环境调控系统能够提高经济效益,具有应用推广价值。     

基于作物光照需求的温室光调控系统

针对传统的温室光照环境控制方法粗糙、易造成作物光照不足及能源浪费的问题,考虑作物生长对光照的需求,基于光合速率模型,分析环境温度对作物生长光照需求的影响,推导创建了温室补光模型;同时,应用无线通讯技术设计了一个基于作物光照需求的温室光环境远程控制系统,介绍了系统的软硬件结构;最后,针对秋冬季节温室环境在1天内的实际变化情况,对系统的光照调控方法进行验证。结果表明:该方法能够根据环境的实时变化采取不同的光照控制措施,既满足作物生长的需求,又能更有效地利用能源。     

Si4432无线芯片在普适农业系统中的应用

为了解决无线模块发射距离近、穿透能力差的问题,将Si4432模块应用于普适农业系统[1],实现了较大范围农田的温湿度远程监测.该系统由控制中心和传感器节点组成,每个节点包括PIC16F877A单片机、Si4432无线模块和SHT10温湿度传感器,控制中心负责接收、显示、存储和发送温湿度信息.实验证明,该系统可以达到较远的通信距离和较强的穿墙能力,并且通信误码率低,具有很好的推广前景.     

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。     

融合黄瓜光质需求的设施光环境智能调控模型

设施光环境是影响作物生长发育的重要因素之一,其包括设施光强和光质。不同温度下,两者与光合速率存在显著的互作关系,建立融合作物光质需求的设施光环境智能调控模型,是设施农业环境调控急需解决的问题之一。本文以黄瓜为试验材料,设计了温度、光照强度、光质比嵌套的植株净光合速率测试试验,获取了多因子耦合的试验样本,并利用支持向量机建立了融合黄瓜光质需求的光合速率预测模型。其次,提出了基于粒子群算法的光照强度和光质比寻优算法,获取了不同温度条件下最适合植物生长的光照强度和光质比。最后,基于寻优结果,利用偏最小二乘回归法构建红蓝光目标值调控模型。验证结果表明,光合速率预测模型训练集数据和测试集数据的拟合度分别为0. 997 1和0. 996 9,均方根误差分别为0. 363 0、0. 436 7μmol/(m~2·s)。红、蓝光目标值调控模型均方根误差分别为15. 087 8、10. 138 3μmol/(m~2·s),可满足调控模型精度要求。其调控效果相比于传统固定光质比调控模型有明显提升,为有效地进行设施光环境调控提供了重要依据。     

基于特征LED光源的苹果多品质参数无损检测装置研究

为了实现对优质果品的快速无损筛选,设计了便携式苹果多品质一体化无损检测装置。利用可见/近红外光谱检测平台,获取苹果样本的漫反射光谱信息,采用随机蛙跳算法提取了可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果肉硬度的特征波长,优选出3个参数的10个共享特征波长。在此基础上,采用特征窄带LED光源与光电二极管相结合的检测方式,设计了漫反射检测光路、窄带LED环形光源、检测探头及控制电路等硬件系统。选取144个苹果样本,通过检测装置获取漫反射特征电压强度,由传感器感光系数计算出对应的光强,建立了苹果可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果肉硬度的多元线性回归模型,预测集相关系数分别为0. 812 9、0. 807 3和0. 773 6,均方根误差为0. 603 6°Brix、0. 063 6%和1. 732 5 N。基于QT和Python3开发工具,采用Python语言开发了装置的实时控制与分析软件,植入苹果多品质参数预测模型,实现了多品质参数的同时检测与分析。为测试该装置的检测精度和稳定性,另选取46个样本,每个样本重复检测8次,预测苹果可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果肉硬度的相关系数分别为0. 809 6、0. 796 2和0. 758 9,均方根误差0. 697 3°Brix、0. 070 3%和1. 832 3 N,装置重复采样最大变异系数分别为0. 010 6、0. 011 6和0. 006 2。结果表明:基于多特征窄带LED光源研发的低成本、便携式无损检测装置可实现对苹果多品质参数的实时无损检测,可满足农户田间生产及电商销售优质果筛选要求。     

精确农业智能决策系统的技术集成

阐述了精确农业的技术思想，提出了精确农业智能决策的技术设计体系，并重点分析了以计算机与PLC为系统的控制核心，并利用工控组态软件(MCGS)解决智能决策支持系统与执行机构的技术集成问题。     

LED光源对平菇菌丝生长影响的研究

为了实现北方食用菌反季节栽培,达到高产、高效的目的,在满足温度、湿度、通风、CO2浓度一定的条件下,针对食用菌对光环境因子反应非常敏感并且不同食用菌不同阶段对光的需求不同这一问题进行研究。为保证食用菌菌丝所处温室的生长环境良好,对光环境采用了最新的照明技术—可调光功能的LED冷光源作为人工控制主光源。同时,研究了不同的LED光量光质条件对平菇菌丝体生长特性的影响,从而寻找出周期短、品质高的平菇菌丝体生长环境,为实现北方食用菌工厂化栽培提供一定依据。