太阳能智能无土栽培花盆的设计与试验研究

针对传统人工养殖花卉不方便、不卫生的弊端,设计了一款可以应用于室内的全自动智能营养液培植花盆。该花盆由光照强度检测与补光灯控制系统、自动补水系统、太阳能储电系统及自动旋转系统4个部分构成。光照强度的检测由光照传感器感应,单片机输出控制LED灯的开关及盆体是否旋转等信息;太阳能储电系统由太阳能电池板转换电能用于提供整个系统的部分电能;自动补水系统和自动旋转系统是借助于时钟芯片,通过软件程序设定定时喷洒营养液及向光旋转。绿植无土栽培试验表明:植株在后期生长的形态指标要优于传统土培与基质养植。此研究结果可为智能无土栽培提供技术支持。     

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。      

旋转式多层苗床控制系统设计

针对旋转式多层苗床的结构和育苗环节的农业生产特点,设计一种基于嵌入式技术的旋转式多层苗床控制系统,实现温湿度、光照等数据的采集,以及旋转、喷雾、灌溉、补光设备的基本开关控制和定时控制等功能。系统有效提升育苗生产的自动化、信息化、精细化程度,降低农民的劳动时间和强度。     

植物工厂自动立体栽培系统研发

为实现温室栽培输送全自动化、减少人工成本投入和提高温室内叶菜产量,研发了一种自动输送立体栽培床系统。该系统以立体栽培模式为基础,包括3种自动输送系统:补光灯高度自动调节系统、床架装运自动对接推送系统和AGV自动运输系统。该系统的研发填补了温室内自动适应补光的国内空白,实现了温室叶菜种植空间最大化利用。该套系统安全性高、实用性强,为温室立体栽培全自动化输送奠定了基础。      

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。     

鱼菜共生耦合智能控制系统设计与试验

为研究鱼菜共生系统鱼菜耦合关系,采用传感器技术、物联网技术和自动控制技术设计一套含数据自动采集、记录、分析和控制于一体的鱼菜共生耦合智能控制系统。该系统能实现鱼池和生化池溶氧、温度及水位自动控制,水肥自动配比、旋转立体栽培架自动灌溉及温室环境自动控制功能,数据自动采集、存储和分析功能,以及设备远程控制、状态远程查看等功能。      

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。     

可动式螺旋立体花架系统的设计

为了提高花卉栽培中的阳台、庭院利用率，满足家庭养花的需要．作者设计了一种可动式螺旋立体花卉栽培装置，它由中央立柱、螺旋式栽培钵、营养液加液系统及定时控制系统所组成，具有美观、小巧的特点，自动浇水，可以转动，便于装拆。设计了全新的一体式螺旋式栽培钵．彻底改变了传统立柱栽培的串装盆钵形式，更加适宜宇家庭养花和公共环境的美化，具有广泛的市场前景。     

移动式草莓人工光立体种植装置设计及应用

草莓立体种植是一种高效、节能和无污染的规范化生产模式。为有效提高草莓种植空间利用率和更好实现草莓生长环节中的光照控制,设计了一种移动式草莓人工光立体种植装置。装置总体结构由铝合金栽培架、行走底座和链轮架等组成。基于总体设计方案,对装置的关键部件进行了详细结构设计、参数计算和校核。开展种植试验,试验结果表明,光照设计、给排水设计均能满足草莓生长要求,设计的装置平移方式可有效提高空间利用率和单位面积产量,装置运行稳定,草莓长势良好。      

集装箱植物工厂自动控制系统建立

针对集装箱植物工厂体积小、可控性强的特征,利用最适化控制原理,针对控制成本低、控制效果好的营养液管理、人工补光、箱内环境温度3个因子,基于可编程控制器建立了一套自动控制系统。该系统将人机交互触摸屏作为上位机,采用开关量控制原理进行营养液循环和LED周期补光的管理;利用闭环PID控制原理,进行箱内温度的调节,可实时监测集装箱内部温度和营养液特征变化过程。同时,采用人机友好的工作方式,通过调用管理者输入的各类参数,自动进行控制决策并执行控制程序。试验验证表明:该系统能够根据人工设定的控制参数,实现营养液分层循环、定时供液;能够按照设定时间自动控制LED光源的闭合/断开,实现不同光照周期的转换;能够实时监测温度,并根据目标温度调节制冷/供暖机构,使集装箱内温度持续保持在适宜作物生长的范围内。参照系统在集装箱植物工厂内使用情况,可以确定本系统成本低、运行稳定,能够满足集装箱植物工厂中农作物管理需求。     

基于单片机的可遥控可感光的窗帘设计

本文是利用单片机作为控制硬件,结合C语言编写软件程序,设计可遥控可感光的窗帘智能控制系统。控制系统的CPU采用的是STC89C52,电路由键盘、显示电路、红外线遥控、光敏电阻、步进电动机等组成。通过定时、遥控、红外传感器控制步进电机来实现窗帘的开闭;由光敏电阻检测光源强度,以显示外界光照的强度;由红外线接收头作为遥控的控制方式,控制窗帘的开关。本设计实现了自动感光控制窗帘和红外线遥控开闭窗帘的设想,并具有定时开闭,温度测量和报警功能。     

温室环境智能控制系统的研究

介绍了一种基于计算机技术及传感器技术的温室智能控制系统,该系统可完成温室内的温度、湿度、土壤水势、光照及二氧化碳等参量的采集,并可根据上述参量实现温度调控、光照调控、节水灌溉及二氧化碳等参量的自动调节,实现了温室自动控制功能,为温室的工厂化育秧、工厂化种植打下了坚实的基础。     

智能鱼菜共生装置的设计与试验研究——基于物联网远程控制

针对室内养殖花卉果蔬和观赏鱼占地面积较大、不卫生及鱼类清洗换水麻烦等问题,设计了一款基于物联网远程控制的鱼菜共生装置。装置由水循环过滤系统、自动供氧系统、自动补光系统、自动加热系统、水质检测系统、电路保护系统、水温水位检测系统、自动喂食系统,以及远程控制系统构成。该装置采用的潮汐式水循环过滤系统减少了水资源的浪费,自动补光、供氧、喂食系统能够保证动植物在无人的状态下能够正常生存,且控制系统的稳定性及测量模块的准确性保证控制系统能够准确输出信号。该设计减少了养鱼时换水次数,同时可利用养鱼产生的废水种植绿色蔬菜。蔬菜无土栽培对比试验表明:植物在生长期的形态指标要优于传统土培和普通水培的植物,研究结果为物联网智能栽培、养殖系统提供技术支持。     

植物工厂种植板物流输送系统设计与试验

植物工厂作为目前最高水平的设施农业生产方式,成为近年来研究的重点。多层式立体栽培种植模式最为常见,主要输送方式为人工搬运种植板输送,由于人工搬运效率低、成本高,存在高空作业安全隐患,严重制约了植物工厂作业效率的提高。为此,研发了一种种植板物流输送系统,以立体栽培种植模式为基础,包含地面输送系统、提升车系统及栽培架内无线引导车系统。同时,运用Flexsim软件对该种植板物流输送模式进行仿真,并进行性能试验,结果表明:系统能够实现植物工厂立体栽培模式下种植板的自动化运输作业,作业效率达到500穴盘/h,达到国内领先水平,可为相关植物工厂立体物流输送模式的设计提供理论依据和技术支撑。     

作物光照智能调控技术研究

为了解决现有作物光照控制系统不可调、易造成能源浪费或补光不足的问题,根据作物光合速率公式,分析作物生长环境温度、CO2浓度与自然光照对作物生长需求的影响,推导建立基于自适应性原理的作物补光数学模型。以此数学模型为原则,采用PLC为控制核心,以Zig Bee技术进行无线传输,完成光照系统的软硬件设计。调控结果表明:该系统不仅可以完成作物自适应性补光智能控制,而且可以在最大限度满足作物生长需要的同时,尽量避免光照能源的浪费。     

植物工厂栽培板自动搬运装置设计及试验

针对植物工厂采用多层栽培架培育果蔬、人工工作难度较大及自动化水平不高的问题,开发了植物工厂栽培板自动搬运物流系统装置。该系统采用一种带吊环的栽培板,导轨和机械手安装位移传感器,通过PLC实时采集位移传感器发出的脉冲信息控制导轨和机械手进行坐标定位,完成叉板和放板动作。对搬运机构进行了定位误差试验,通过F检验证明速度对试验误差有显著影响,同时根据试验结果预测了搬运的最佳速度区间范围。     

基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统

以ISO 11783协议作为系统数据通信的标准,开发了基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统,该系统包括控制终端、GPS节点、电子罗盘节点、角度传感器节点及转向控制节点,其中控制节点采用比例参数可调节的自适应PID控制算法实现车辆的转向控制.通信测试结果表明,该系统能够实时可靠地采集多个传感器信息和传输控制指令.车辆导航实验结果表明,转向控制方法能够以较快的速度跟踪目标值,具有良好的控制效果.     

基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统

以ISO 11783协议作为系统数据通信的标准,开发了基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统,该系统包括控制终端、GPS节点、电子罗盘节点、角度传感器节点及转向控制节点,其中控制节点采用比例参数可调节的自适应PID控制算法实现车辆的转向控制。通信测试结果表明,该系统能够实时可靠地采集多个传感器信息和传输控制指令。车辆导航实验结果表明,转向控制方法能够以较快的速度跟踪目标值,具有良好的控制效果。     

温室环境监测控制器的开发和设计

温室环境监测控制器主要用于监测温室的空气温湿度、光照强度和土壤湿度等。传感器连接到控制器,控制器连接到执行机构,利用传感器检测,并把检测的信息传到控制器,由控制器控制执行机构工作。当土壤湿度不足时,单片机控制一个插座通电,该插座可以连接洒水装置,实现自动浇水;在规定的时间内,光照不足时,另外一个插座通电,可以和补光装置连接,实现自动补光;空气温湿度显示在液晶屏上,同时利用超声波传感器检测植物与补光灯的距离,通过步进电机调节植物与补光灯之间的距离,使补光灯与植物间保持合适的距离。该装置应用于辣椒育苗、种植,草莓的种植,效果良好,降低了劳动强度,提高了经济效益。     

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。