基于物联网技术的农田滴灌远程控制系统的研发

【目的】传统模式下的农田灌溉通常采用人工方式对农田进行灌溉,随意性较强,水资源利用率低,为了有效解决上述问题,提高农业水资源利用率,实现传统农业向智能农业的转变。【方法】笔者结合物联网技术,从传感器信息采集模块设计、终端控制模块设计以及无线传输模块设计、上位机设计等方面进行研究,设计了一款基于物联网技术的农田滴灌远程控制系统。【结果】该农田滴灌远程控制系统在应用过程当中能够保持正常运行,满足不同类型环境的需求,尤其适用花园、温室蔬菜大棚等封闭的环境,有效降低了人力成本,充分满足了农田区域化的灌溉需要。【结论】该农田滴灌系统实现了对农田中的电磁阀启停控制以及节水灌溉任务,保障了农作物能够在适宜的环境中生长,推动了农业增产增收,实现了智能化精准农业,应用前景广阔。     

基于灰色神经网络与模糊控制的寒地水稻灌溉制度

【目的】精确判断寒地水稻的灌溉水量并建立适当的灌溉管理方式,保证作物正常生长需求,起到节水效果。【方法】根据寒地水稻特殊的生长环境和作物各生育期需水量,设计了基于灰色神经网络与模糊控制的寒地水稻灌溉制度,该智能灌溉制度通过建立微型气象站监测、传输稻田环境数据,并通过灰色神经网络预测理论预测出作物灌溉需水量和灌溉制度影响因子;以预测作物灌水量和作物最佳灌水量的差值及差值变化率作为模糊控制器的输入,灌溉时间长度为输出,驱动电磁阀,达到适时适量灌溉的目的。【结果】MATLAB仿真结果表明,该灌溉控制方式比传统控制方式响应速度快、超调量小、控制效果好。在东北农业大学水稻试验田的试验结果表明该灌溉控制制度的节水率为11.59%,水稻产量和结实率也有所提高;在黑龙江省建三江农场的田间试验表明该灌溉制度的节水率高达13.54%。【结论】该灌溉制度与传统控制方式相比具有很好的节水效果,能对作物各生育期灌溉需水量进行综合判断和管理,对提高水资源利用率、降低农业生产成本、实现精细农业有重要意义。     

基于作物生长模型的智能灌溉控制系统

【目的】鉴于水资源日益短缺,农田灌溉技术迫切需要进行自动化和智能化改革,开发高效的灌溉控制系统迫在眉睫。【方法】本研究利用主控芯片为STM32f103RCT6的单片机与传感器模块、LoRa模块、GPRS模块等外围电路设计了一款智能灌溉控制系统。该系统可以准确获取作物生长环境信息,包括水分、温度、光照等,而强大的STM32f103RCT6芯片可依据作物生长模型对采集的数据进行分析处理,对作物的需水需肥量做到针对性预判,形成科学的灌溉决策并指导灌溉系统工作,经过系统决策,自适应控制灌溉设备进行精准灌溉。【结果】该智能灌溉控制系统既能够促进作物生长发育,又能提高水肥利用率和作物产量,促进农业增产增收,改善土壤环境,并且控制方式灵活多样,通用性强,经济性好,符合国家绿色发展理念,实现了经济效益和社会效益的双丰收,对发展现代化设施农业具有重要的意义。【结论】此系统的研发,有利于解决农业灌溉水资源浪费严重、智能化水平低的痛点,满足现代农业飞速发展的需求。     

LED智能植物生长柜的一种营养液温度控制装置

研发一种全新的绿色植物种植方法可以缓解人类面对的日益严峻的食品安全问题,在此背景下LED智能植物生长柜异军突起。本文运用嵌入式控制技术,设计出一种适用于LED智能植物生长柜的无土栽培营养液温度控制装置,并阐述植物根部的温度对植物生长状态的关系。根据此关系提出全新二维温控策略,并通过实验证明本装置及控制系统有效提高植物的生长质量。     

基于全方位旋转喷灌喷头的智能喷灌管理系统研究

【目的】传统农业喷灌方式需要人工巡检,存在水资源利用率低、人力资源浪费、经济效益低、人为管理不精确等问题。【方法】课题组设计了一套基于全方位360°旋转喷灌喷头的智能喷灌管理系统,运用Douglas-Peucker算法对传统喷灌喷头进行了智能化改造,结合MQTT通信和树莓派、Arduino、传感器进行了云平台设计。【结果】该系统可以提供智能喷灌服务,以“X形”沿边界喷洒,可以有效避免水资源的浪费,实现全覆盖喷洒作业,并可以对特定地点进行实时监控与操作。【结论】通过系统化智慧农业服务,降低了农民劳动强度,有效解决了城市绿化的相关问题,最大程度减少了土壤污染,促进了物联网与农业的深度结合,推动了农业灌溉系统的机械化、自动化、智能化发展。     

基于增氧加压功能的盐碱地滴灌装置设计

盐碱地土壤通透性差,土壤内部氧气不足,导致植物出苗难、死苗多、生长困难。针对这一问题,设计了一种基于增氧加压功能的滴灌装置专门用于盐碱地灌溉,该装置包括水箱、氧气输送机构、水压增压机构以及液体输送机构,水箱用于容纳液体,氧气输送机构的输出端与水箱的内腔联通;水箱设置有出水口,出水口能够与液体输送机构联通;水压增压机构设置于液体输送机构上。不仅解决了现有技术中存在的滴灌装置滴灌效率低的技术问题,还利用氧气输送机构和水压增压机构,增加滴灌装置水箱中液体的含氧量,提升植物根茎对水肥的吸收能力和液体远距离输送能力,有效提高了水资源利用率和节水率,为盐碱地区农业滴灌技术的研究提供了参考。     

基于模糊控制的智能滴灌控制系统设计

在进行智能滴灌控制系统的研究与设计时,为了使系统的滴灌效果更佳精确,更高程度的地满足作物生长对土壤湿度的需求,在考虑到大棚土壤湿度的不均衡性,以及难以建立准确的数学模型的特点,本论文对灌水器部分采用模糊控制方式以实现对土壤湿度的有效控制,可以达到节约水资源,促进作物生长的目的。     

引黄农业灌区测控一体化闸门调控技术探究

【目的】有效促进测控一体化技术在引黄农业灌区的推广应用,提高灌区灌溉管理水平和水资源利用率。【方法】在探讨测控一体化技术组成和应用的基础上,从测控一体化闸门的作用和重要性、调控技术原理、调控技术方法和措施、调控技术数据分析与调控效果评估方面探究了测控一体化闸门的调控技术。【结果】闸门调控技术的核心是自动化控制,基于传感器采集的实时数据,控制系统能够智能地调节闸门的状态,确定何时打开或关闭闸门,以及以何种速度和水量进行灌溉,灌溉策略的设计需要考虑农田的特性、作物需水量和水资源供应情况,进一步优化灌溉策略以及改进技术性能,提高精度和效率。【结论】农业灌区测控一体化闸门调控技术具有广阔的应用前景,可以提高水资源利用效率、降低能源消耗、保护环境、提高农业生产效益,为实现农业灌溉高效管理和水资源高效利用提供技术支撑。     

基于PLC的模糊控制灌溉系统研究

介绍了一种基于可编程控制器的模糊控制灌溉系统,系统以PLC为核心将模糊控制理论与其实际控制相结合。既保留了PLC控制系统动作可靠、安全运行与适应能力强等特点,又提高了控制系统的智能化程度。该系统比传统的灌溉控制系统更能节约水资源,也更能满足农作物生长对水分的要求,提高了水资源的利用率。     

基于汽车冷却系统智能监测辅助装置设计

【目的】提供一种能够对汽车冷却系统进行自动监测的智能辅助设备。【方法】课题组通过分析汽车发动机冷却系统的密封性、冷却液的品质、发动机的转速、发动机的温度提出汽车发动机智能监测装置,采用常出现的故障分析、技术对比和原理研究制定了汽车发动机冷却系统的智能监测辅助装置设计方案,并对现有装置的发动机转速机构、温度检测机构以及水箱内压力检测机构的结构进行了改进。【结果】该智能辅助装置可同时检测出各机构出现的问题,并且控制单元会控制报警器警示,在控制面板上会显示出机构出现的具体状况,并锁定控制面板,工作更可靠、更精确。【结论】汽车发动机冷却系统智能监测装置能够准确地监测出问题,减少问题出现对发动机的损坏,该装置结构简单、安装方便、操作容易、安全可靠。     

高效节水灌溉技术对于农田效益的提升价值及建设措施

【目的】我国农业领域用水处于紧张状态,传统农业灌溉方式容易造成水资源浪费,且农田灌溉质量水平不高,而采用高效节水灌溉技术可以有效改善此局面。【方法】笔者详细介绍了现阶段我国高效节水灌溉技术,包括微灌技术、低压管道灌溉技术、井灌式节水灌溉技术、喷灌技术、滴灌技术等,阐述了高效节水灌溉技术在经济、社会、生态三方面对于农田效益的提升价值,并提出了加大推广力度、完善高效节水灌溉技术管理、合理配置水资源、加大新型技术使用力度等高效节水灌溉工程提升农田效益的建设措施。【结果】在我国各地区农田发展中,引入高效节水灌溉技术取得了显著的效果,农业灌溉服务水平得以有效提升,充分满足了农田灌溉需求,提高了水资源利用率,优化了农作物品质,实现了农业增产增收,提升了农田经济价值、社会价值以及生态价值。【结论】高效节水灌溉技术实现了水资源节约、保护环境的伟大战略目标,进一步推动了中国农业的健康可持续发展。     

基于卡尔曼滤波融合的改进神经网络油菜成熟度预测方法

油菜在智能植物生长柜中的生长发育过程会发生显著的形态变化。准确掌握油菜成熟度对调节智能植物生长柜环境参数设置、节约资源能源具有重要的意义。本文利用图像分割和边缘检测技术来提取冠层叶面积、株高和根系长度、根系侧面积等形态特征,分别建立神经网络模型并对其特征参数进行训练,实现对蔬菜成熟度的预测。提出基于卡尔曼滤波的成熟度预测信息融合方法,将预测准确性提高到95.5%。     

风沙土玉米地下滴灌技术田间应用试验研究

【目的】探索地下滴灌技术在风沙土地区应用的适宜性。【方法】将地下滴灌与膜下滴灌、雨养无灌溉进行田间对比试验研究,分析了不同灌溉方式对玉米生长和产量的影响。【结果】采用地下滴灌,灌溉水主要分布在20 cm以下土层,土壤含水率长期保持在6%以上;玉米生长前期株高、茎粗和LAI等长势慢于膜下滴灌,但随着玉米生长,株高和LAI最终与膜下滴灌处理持平,且玉米生长后期,地下滴灌有利于延缓叶片衰老;地下滴灌玉米产量为7.5 t/hm2,WUE为1.9 kg/m3,与膜下滴灌相比,产量和WUE分别减少了0.8 t/hm2和0.3 kg/m3,但差异不显著,与雨养种植相比,地下滴灌显著提高了产量和WUE,分别提高了126.4%和73.6%。【结论】从长久的生态效益和经济效益来看,地下滴灌技术可作为风沙土地区农业灌溉的选择。     

基于ZigBee和GPRS智能监测的节水灌溉装置设计

为了提高农业用水的利用率,解决农业用水紧张问题,提出了一种基于分布式ZigBee和GPRS无线通信技术的大范围远程控制节水灌溉系统,实现了节水灌溉装置的远程监控和自动化调节。该系统以单片机作为控制器,将土壤湿度测试数据进行传输和保存,通过设定阈值来控制零压启动电磁阀实施灌溉操作,并采用无线传感网络和GPRS将采集的数据进行远程传输,实现了定时定量和精确化灌溉。对精细化滴灌系统的过滤器和湿度测试装置的智能监测性能进行了测试,结果表明:该系统可以有效地将过滤器压力和湿度随时间变化曲线传送到远程监控端,且实现了自动化过滤装置的反冲洗功能、滴灌喷头的自动化调节及滴灌的精细化作业。     

液态料发酵装置的设计与研发

【目的】针对目前市场上液态饲料人工配比加工时,配比误差大,无法精准把控,导致成料品质下降等问题。【方法】课题组设计了一种养殖用液态饲料发酵装置,该装置由混料罐、下料斗、称重器、电控阀、发酵罐、分流管、传输泵、搅拌罐以及传输管等部件组成,该装置集精准配比、多重搅拌、多层过滤、温度检测等功能于一体,能够有效解决液态饲料发酵、配比、控制等一系列问题,并且本机构结构紧凑,系统集成程度高,具有良好的可拓展性,可应用于各种液态混合物的发酵或加工中。【结果】该发酵装置不仅可以解决现有技术中液态饲料配比时误差大的问题,而且能较好地控制发酵时的环境状态。【结论】该发酵装置的设计极大地提高了液态饲料的发酵品质,更为其他液态混合体的发酵提供了良好的借鉴。     

基于家庭物联网Android平台的智能植物生长柜监控系统设计

近年来,人们对蔬菜安全、卫生、绿色的需求越来越高,智能植物生长柜作为解决途径有着很高的应用性。为实现对生长柜传感器节点的信息远程采集和数据显示,同时实现对多控制节点的远程控制,本文研发一款基于家庭物联网Android平台的植物生长柜监控系统,系统不受时间地域限制,用户可以在任何具备网络覆盖的地方从手机上浏览并获取数据,系统支持多手机用户客户端可以共享一台服务器。系统采用STM32作为底层控制芯片,采用HLK RM04串口转无线模块与手机wifi通信,采用Android SDK+JAVA JDK7+Eclipse6.0编写手机端软件控制程序,并设计实验实时获取生长柜的参数信息,同时对湿度和光照强度进行控制,实现对植物生长箱的实时监测和控制。     

基于农业作业的伸缩式输送卷带机械装置优化改造设计

【目的】带式输送机在长时间工作后输送带容易出现老化、带面磨损等问题,容易导致张力波动下受损输送带发生断带事故,对伸缩式输送卷带机械装置与工作人员造成不可逆转的伤害。【方法】针对农业生产需要自动化的装置输送各种农作物,提高作业效率的问题,笔者设计了一种基于农业作业的伸缩式输送卷带机械装置优化改造方法。设计了新的蜗形卷筒结构,由卷带芯轴、扳扣、棘轮机构等构成,解决了传统卷筒无法实现输送带的有效夹紧等问题;由电液比例节流阀、拉力传感器、液压绞车等构成张紧装置,使张紧装置与卷带装置能够同步配合;设计了一种由可编程控制器、供电模块等构成的电气控制装置,实现各种电气元件的精准启停控制。【结果】优化改造后,该装置能够在更短时间内实现120 m的卷带操作,与农业作业的空间匹配度较好,与现场的环境较为协调。【结论】本研究根据农业作业的需求,对传统伸缩式输送卷带机械装置进行了改造,实现了传统装置全方位的性能提升,取得了一定效果。     

旱田节水灌溉智能监控系统的研究

针对旱田灌溉规模的不断扩大,水资源供需矛盾的日益加深,为减少水资源的浪费、提高水的利用率,设计基于单片机的旱田节水灌溉智能监控系统。本系统采用计算机技术、嵌入式微处理器技术、无线传感器技术和智能控制技术相结合,通过在田间部署无线传感器节点,对土壤墒情进行实时监测,同时也为实现田间作物生长所需要的水分提供灌溉依据,对作物进行有效的灌溉控制。系统可以很好地实现对田间土壤墒情的监测和对作物生长时期所需要的水分进行自动灌溉控制,提高灌溉用水的利用率和灌溉效率。     

基于CAN总线和Linux的微灌监控系统

为了节约农田灌溉用水,提高水资源利用效率,实现自动微灌控制,根据精细农业的实际需求,本文提出了基于CAN总线和Linux的微灌监控系统,该系统由数据信息采集模块、嵌入式中央处理模块、灌溉控制模块、CAN总线网络四部分组成,可按设定的时间间隔自动采集空气温湿度、光照辐射强度等信息,并结合作物生长信息,经理论计算,决策所需灌溉水量,利用电磁阀来自动调节控制水量补给,实现作物微灌的自动化,优化植物的生长环境,提高水利用率。系统运行稳定,效果良好,能够实现准确的信息采集和可靠的分布式控制。     

基于simulation的螺旋挤压脱水装置的有限元分析

【目的】变径变螺距式螺旋挤压装置对厨余垃圾能够起到很好的挤压效果,该挤压装置具有结构设计紧凑、工作脱水效率高、使用成本低、空间利用率好、后期维护时关键结构可更换性强等一系列特点,但是该装置在使用过程中因受到较强的挤压力存在易损坏部位。【方法】课题组对螺旋叶片进行了有限元分析,包括模型设计、尺寸参数设计、模型优化、导入模型、材料选择、划分网格、受力分析、螺旋叶片在等轴径和变轴径中的应力分析以及旋转主轴的优化设计。【结果】通过改变旋转主轴的后端轴径,可提高螺旋挤压结构的综合性能;适当放大轴的前端轴径以及在联轴器连接处与工作区连接处进行合适的圆角处理,也能明显提高轴的综合性能以及降低轴工作时产生的最大应力值,有效避免应力集中问题。【结论】相比于传统的螺旋挤压脱水装置,变径变螺距变轴径螺旋挤压装置不仅提高了螺旋挤压的脱水效率,还提升了螺旋叶片主要承压部位的强度以及螺旋叶片的综合性能。