北方蛋鸡舍冬季颗粒物数值模拟与优化设计

为了探明畜禽舍内颗粒物分布规律,本文对吉林省某蛋鸡舍内不同粒径颗粒物（PM1、PM2.5、PM10和总悬浮颗粒（TSP））浓度进行监测并分析不同粒径颗粒物的分布特点,利用计算流体力学（Computational fluid dynamics,CFD）技术,对采用负压通风的密闭蛋鸡舍的温度场、湿度场、气流场和颗粒物浓度场进行三维稳态模拟,并通过试验进行验证,对不合理之处进行优化模拟设计。研究结果表明,温度与PM1、PM2.5浓度呈正相关性（P<0.01）;湿度与颗粒物浓度呈负相关性;TSP浓度主要受鸡群活动影响。模拟温度相对于实测值整体偏大,相对误差为1.23%～8.88%;而相对湿度模拟值相对于实测值整体偏小,相对误差为5.11%～14.00%。颗粒物浓度模拟值相对于实测值整体偏小,验证了模型的准确性。通过优化导流板与壁面的角度,将角度增加至67.5°,优化后舍内气流均匀性明显增强,气流分布更加合理,并且舍内PM1浓度下降17.4%、PM2.5浓度下降15.9%、PM10浓度下降18.1%、TSP浓度下降21.6%,更有利于鸡体的生长发育和更好地改善鸡舍舍内空气环境质量。     

基于酶传感的农药浓度快速检测装置研究

基于酶传感对农药浓度进行检测,设计了以丝网印刷酶电极作为敏感元件、由SOC单片机和微电流测量电路组成的检测装置。通过与CHI660B型电化学工作站测量对比实验可知:该装置对微电流测量的精度达0.01uA,最大误差小于0.19uA,检出时间小于3min;装置尺寸小,适合于现场农药浓度的快速检测。     

智能光纤浊度传感器设计与试验

浊度是指水体中悬浮颗粒的含量,在水产养殖中,悬浮颗粒由大量的细菌、病原体组成,颗粒物浓度过大,易危害水生动物的生存。传统的浊度检测技术易受环境光、色度、温度等因素的影响,稳定性差、精度低。为此设计了基于IEEE1451.2的智能光纤浊度传感器,该传感器由光学检测模块、信号变送模块、智能处理模块组成。光学检测模块采用880nm红外发光二极管作为光源,采用90°散射光检测法,有效降低了色度对浊度检测的影响。信号变送模块采用正向比例积分电路、I/V转换、滤波、检波电路对采集到的散射光电流信号进行处理,得到一个线性关系良好的直流浊度电压信号。为了提高传感器的精确度,设计了基于IEEE1451.2的智能处理模块,构建了温度补偿算法,采用校正TEDS参数完成对浊度的温度补偿,提高了浊度测量的准确度。对传感器性能进行测试试验,结果表明传感器准确度误差在±1.5%以内,稳定性误差在±1.0%以内,满足水产养殖对光纤浊度传感器的需求,具有较高的可靠性。     

基于传感器的多功能创新环境检测实验装置设计

在“双创”时代背景下,随着我国工业结构调整与产业技术升级,各行业对复合型人才的需求不断增加,但原有的单一环境检测实验装置不再能满足教学和企业需求。基于此,课题组设计了一款基于传感器的多功能创新环境检测实验装置,该装置的移动传感器是可拆卸的,用于教学和企业人员的安装练习和研究;同时带有USB接口,在检测工作完成后可以获取数据;利用多种传感器,如NH3传感器、甲醛或CO2传感器、SO2传感器、CO传感器、PM10或PM2.5传感器等,可将环境空气中的各项污染物指标含量转换为电讯号,并在触摸屏上显示各指标的实时数据和实时曲线。研究结果表明,该装置可以实现对环境空气中多种污染物指标的检测,是集智能化、自动化、易携带、学习、开发研究于一体的多功能创新检测装置。     

室内空调环境下降低PM2.5浓度的方法探究

文章通过对设置空调和未设置空调的室内场所进行检测,利用非参数检验方法来对PM2.5浓度的影响因素进行分析。通过实验发现,通过定期清洗新风口滤网,合理使用空调系统,提高滤网的过滤等级等措施,能够有效的改善空气的质量,降低PM2.5浓度。     

FDR型土壤水分仪的温度补偿设计与应用

对FDR (Frequency Domain Reflectometry)型土壤水分仪进行改造,将FDR和半导体测温技术相结合,以提高自动土壤水分观测仪的温度适用性,降低土壤水分观测精度受地温变化的影响。通过集成基于频域反射原理的土壤水分传感器和半导体测温器件,设计可同时测量土壤水分及温度的传感器,并在实验室和郑州农业气象试验观测站进行对比试验、建模验证。结果表明：(1)土壤温度变化对FDR型土壤水分传感器精度有较大影响,传感器测量误差和地温呈负相关关系,且随着土壤深度增加愈加明显;(2)在土壤温度20℃时,对传感器测量精度影响最小,高于20℃时传感器测量的土壤水分值大于实际值,低于20℃时传感器测量的土壤水分值小于实际值。地温变化引起了FDR型土壤水分传感器振荡频率的偏移,利用传感器测量频率的温度修正模型,可有效降低土壤水分观测数据受地温变化的影响,提升观测精度。     

高精度自动挤奶计量检测装置

根据目前国内挤奶机械化的需求,研制了精密自动挤奶计量装置。该装置能够在奶牛挤奶完成后自动计量产奶量,将数据存储显示并通过CAN总线技术直接传输给上位机。系统采用计量杯式装置及磁浮子传感器相结合的方法进行奶量的测量,同时采用二电极方法进行奶牛的电导率检测,从而对奶牛乳房炎进行预判断。该装置其能够实现非接触的自动快速计量,作为奶采集量的自动计量装置具有检测精度高、电路可靠性好且使用方便、不需人工参与及检测流程清洁卫生等特点,降低了劳动强度,提高了挤奶效率。     

SWR土壤湿度传感器温漂特性与补偿研究

针对基于驻波率(SWR)原理的土壤湿度传感器在长期工作中受温度影响的问题,提出基于二元回归分析法的温度补偿模型,利用最小二乘原理确定补偿模型的待定参数,对传感器进行温度补偿。从硬件电路和测量原理对SWR土壤湿度传感器的温漂特性进行研究。使用高低温交变湿热实验箱,在设定温度5～45℃范围内进行实验,测试结果表明,在温度补偿前该传感器测量土壤体积含水率的最大绝对误差范围为-2. 65%～2. 22%,其最大相对误差为29. 76%,最大均方误差为2. 211 9%。将SWR土壤湿度传感器输出值与PT100型温度传感器输出值进行数据融合,基于最小二乘优化计算的二元回归分析法得到温度补偿模型,其拟合的决定系数为0. 998。取不同温度下的实验数据进行补偿模型的验证,结果表明,SWR土壤湿度传感器进行温度补偿后,其测量结果的最大绝对误差范围为-0. 26%～0. 69%,最大相对误差不超过5. 23%,均方误差较补偿之前减小一个数量级,且最大均方误差为0. 157%。表明采用该温度补偿模型可以有效减小温度对SWR土壤湿度传感器的影响,提高其测量结果的精度和可靠性。     

基于电容法的非接触式土壤水分传感器设计与性能分析

针对接触式土壤水分传感器存在对土体破坏大及使用安装、更换困难等问题,设计了一种基于电容法的非接触式土壤水分传感器。借助网络矢量分析仪对传感器环形探头在不同介电常数的有机溶液中进行测量,确定了传感器环形探头电容变化范围为7.08~22.75 p F。选取11种不同电容值高频瓷片分别与102 n H的绕线电感进行并联谐振试验,得到的测试结果与仿真结果的决定系数达到了0.98,检测电路的测量精度能够满足传感器的设计要求。以北京地区粘壤土作为测试样本,对传感器输出与对应的测量值进行了多项式拟合,决定系数达到了0.995 9,系统的稳态与动态性能均能满足土壤水分的检测要求。通过试验分析了温度对传感器输出的影响,将传感器输出结果与温度进行线性拟合,决定系数达到了0.987 9。进一步提出了能量指数Ka,通过试验的方式确定了传感器的纵向影响范围为10 cm,横向影响范围为5 cm。最后对比试验表明,所设计的土壤非接触式水分传感器与国外同类产品性能相当,能够满足土壤非接触式测量的要求,但具有更高的性价比,为同类产品的国产化奠定了基础。     

手持式精准立木树高测量装置设计与试验

为解决森林资源调查中树高测量误差大,复杂林分环境树高测量难,倾斜立木树干长度测量不准等问题,以测量学、测树学、电子信息技术、传感器技术和图像处理技术为基础,研制了手持式精准立木树高测量装置。该装置集成了中央处理器、激光测距仪、高清摄像头、高精度陀螺仪传感器、液晶显示屏、存储器等元器件,利用激光测距传感器获取测量装置与被测树根间的距离,同时获取该装置的仰角信息,再利用图像中心确定树顶位置后获取第2个仰角信息,通过距离信息和角度信息解算测量树高。使用设备贴紧树干测量树干倾斜角度,对于干型弯曲的树木,利用边缘检测算法识别图像树干轮廓边缘,以轮廓近似法提取树干轮廓边缘点,获得树干边缘离散点坐标信息,将线性拟合求得的直线斜率转换为树干倾斜角,利用角度补偿算法完成长势倾斜立木的树长测量。试验结果表明树高测量精度可达98.04%,倾斜立木测量精度为96.89%,满足国家森林资源调查的精度要求。     

基于印制绕组的电磁式自供电拖拉机轮速传感器研究

针对传统供电方式难以适应现代农业传感器网络使用需求的问题,设计了一种基于印制绕组和Halbach阵列的电磁式自供电拖拉机轮速传感器。装置采用中间定子、两侧转子的结构形式,基于法拉第电磁感应定律对装置的输出感应电动势进行理论推导,确定其影响参数。使用有限元仿真软件,对影响装置输出性能的磁体排列方式、线圈匝数和装置气隙等进行仿真分析,并结合实际工程经验确定了定子线圈形状和永磁体极对数等参数。设计了后端电路,其可对装置的输出电压进行整流、测量和传输,从而计算转速,并可由装置直接供电。制作了装置样机,分别开展台架标定测试和实车应用试验。试验结果表明,装置转速和电压线性拟合结果良好,决定系数R2为0.99991,在转速400r/min下整流后的直流电压输出约为3.16V,可以满足为后端电路供电的需求。与商用编码器相比,在台架测试中装置的转速测量精度保持在1%以内,实车测试中精度基本保持在5%以内,可以满足实际使用要求。     

多层土壤剖面复合传感器设计与性能分析

针对土壤剖面温度与水分检测存在传感器安装困难、对本地土壤扰动比较大等问题,设计了一种基于驻波比土壤水分测量原理与基于铂电阻测温原理的多层土壤剖面复合传感器。借助矢量网络分析仪与HFSS电磁场仿真软件对传感器电极的阻抗特性与电场分布状况进行了分析,确定了铜质检测探头结构为:直径5 cm、宽度2.5 cm、厚度0.09 cm,测试电路激励频率为100 MHz。以3种不同质地土壤作为测试样本,对土壤水分与温度检测单元的输出与对应的测量值分别进行了多项式拟合与线性拟合,相关性均达到0.99以上,系统稳态及动态性能均满足土壤剖面温度与水分的检测要求。通过试验分析了土壤温度与体积含水率对传感器输出的影响,利用统计回归方法建立了传感器在不同温度时的修正模型。在北京市小汤山野外环境下,将传感器工作于埋入土壤的PVC管体中,同时获取3层土壤温度与水分剖面信息,数据可靠,性能稳定,为实时获取多层土壤墒情及土壤温度提供了一种高效方法。     

基于温度调制的电子鼻技术应用研究

提出一种静态温度调制方法优化气体传感器的选择性,进而提高电子鼻分类精度。该温度调制方法通过提供两种加热温度实现气体传感器选择性的优化,并利用该方法实现不同产地苹果的智能识别。首先,设计了一种基于温度调制的电子鼻系统,并给出了硬件设计电路。其次,提取两种加热温度下4种产地苹果的电子鼻检测数据。最后,基于主成分分析(PCA)、支持向量机(SVM)和卷积神经网络(CNN)算法对不同产地的苹果进行分类识别。结果表明,基于温度调制数据的PCA-SVM和PCA-CNN算法分类精度高于单一加热温度下的算法识别精度,采用温度调制方法可以有效提升电子鼻的性能。     

基于嵌入式的车内空气质量检测仪的设计与实现

课题小组设计了一款检测汽车内空气质量的便携式检测仪,检测仪主控芯片采用STM32单片机,选用DHT11温湿度传感器实现对车内温湿度的检测、ZE08-CH2O甲醛传感器实现对车内甲醛浓度的检测、GP2Y1014AU传感器实现车内PM2.5情况的检测,将检测数据实时显示在液晶屏上,当检测仪检测到气体浓度超标时,则开启报警功...     

数字化粮情检测智能温湿度传感器

为满足粮情测控系统实现全数字化的要求，研制出一种基于一线总线的粮情检测智能温湿度传感器。提出了以简单硬件电路结构为基础，通过软件补偿与校正技术提高传感器测量精度的方法。测试结果表明，该传感器具有较高的测量精度。     

基于单片机的沼气发酵装置增温控制系统设计

设计单片机控制系统提高沼气池的温度,使产气量增加。本文以单片机AT89C51为核心,配以检测电路、温控电路、报警电路、显示电路组成温度控制系统。通过对加热装置的控制实现对贮水箱的加热,通过水泵把贮水箱中的水循环起来,使贮水箱中的水通过热置换器,把热能传递给沼气池,使沼气池温度升高,达到产生沼气的温度,使沼气池能连续产生沼气。结果表明若检测温度小于键盘设定温度,单片机控制可控硅使贮水箱温度升高,通过水泵把贮水箱中的水循环起来,使沼气池温度升高。若环境温度高时,贮水箱中的水可作为日常用水使用,加大了储水量。在实际应用过程中,该系统确实能实现沼气池的增温,确保了产生沼气的连续性,提高产气率。     

大型拖拉机驾驶室PM10和PM2.5净化效果仿真分析

针对大型拖拉机在耕地时封闭驾驶室内可吸入颗粒物PM10质量浓度(25770μg/m3)超标的问题,选取不同的空气净化方式(内循环、外循环空调净化器和外置净化器),对PM浓度微分方程进行了数值仿真分析,仿真结果表明安装空气净化装置能明显降低驾驶室内可吸入颗粒物的浓度。首先应用质量守恒定律推导了PM浓度变化模型和空调净化模型,随后采用美国IAQx11-PM软件进行了不同净化方式和不同净化率的仿真分析。仿真结果表明,内循环和外循环方式的综合相对净化率分别为92.78%和96.13%,明显降低了驾驶室内PM10和PM2.5浓度,满足国际人体健康标准的要求;而且外循环净化方式的PM10和PM2.5质量浓度能维持在800μg/m3以下,净化效果最优。外置净化器平均净化率为48%~66%,虽然净化效果比较明显,但不能满足国际人体健康标准的要求。各净化方式的PM10和PM.2.5浓度变化曲线表明封闭驾驶室内的PM10和PM2.5浓度最后可以达到一个稳定值,并且内循环和外循环的曲线(约为1h)先于外置净化器曲线达到稳定值。1h时采用外循环、内循环、外置净化器和无净化〖JP3〗器时的人体累计PM10吸入量分别为382、832、1820、2040μg;人体累计PM2.5吸入量分别为321、585、1290、1440μg。〖JP〗人体累计PM10和PM2.5吸入量曲线均呈直线式增长,并且未安装空气净化装置的人体PM累计吸入量曲线的增长率明显快于配有空气净化装置的驾驶室(内外循环下的增长率最低)。驾驶室空调系统应采用将温度调节装置和空气净化器一体化的HVAC空调设计法。     

基于CAN总线的冲量式谷物流量联合收割机测产系统

针对精细化农业生产管理发展及智能化农业装备的需求,研究了基于冲量定理及压电传感器的谷物流量检测技术,研制了谷物流量传感装置,并集成CAN总线技术,开发了基于CAN总线的冲量式谷物流量联合收割机测产系统。通过试验与数据分析,冲量式谷物流量传感器静态检测精度稳定、准确,动态测量快速、精准。结合CAN总线工作稳定、实时性强等特点,所设计的谷物流量测产系统具有实时性强、测量误差小和传输稳定的特点,谷物测量误差基本稳定在8%以内,谷物流量定位实时、精确,以此绘制的谷物产量处方图具有一定的可信性和实用性。      

车载式大田土壤电导率在线检测系统设计与试验

现有大田土壤电导率检测装置主要以手持式为主,存在检测效率低、实时性差等问题。基于电流-电压四端法原理设计了一种车载式大田土壤电导率在线检测系统,系统主要由恒流信号源电路、信号处理电路、Arduino控制器、GPS定位模块及车载传感器等组成,可在线检测大田土壤电导率。通过实验室和大田试验对系统性能进行了验证,试验结果表明,系统具有较好稳定性,动态响应时间约为540ms,开机预热引起的温漂最大偏差为3.70%,不考虑温差影响下系统检测精度R2为0.7342,消除温差影响后检测精度R2为0.8645~0.9156,均高于商用手持式电导率检测仪,其R2为0.6095;探究了拖拉机振动、传感器插入深度、作业速度和土壤坚实度对系统检测精度的影响,振动状态相对静止状态,检测数据最大误差为10.37%,且误差主要集中在0~10μS/cm范围内;当作业速度不大于5.0km/h和传感器插入深度大于等于10cm时,该系统可稳定进行大田土壤电导率在线检测,且检测地块土壤坚实度不应过小,以确保传感器电极与土壤充分接触。该系统可为开展基于土壤电导率在线检测的实时变量施肥技术研究提供技术支撑。     

车载式大田土壤电导率在线检测系统设计与试验

现有大田土壤电导率检测装置主要以手持式为主,存在检测效率低、实时性差等问题。基于电流-电压四端法原理设计了一种车载式大田土壤电导率在线检测系统,系统主要由恒流信号源电路、信号处理电路、Arduino控制器、GPS定位模块及车载传感器等组成,可在线检测大田土壤电导率。通过实验室和大田试验对系统性能进行了验证,试验结果表明,系统具有较好稳定性,动态响应时间约为540 ms,开机预热引起的温漂最大偏差为3.70%,不考虑温差影响下系统检测精度R²为0.734 2,消除温差影响后检测精度R²为0.864 5～0.915 6,均高于商用手持式电导率检测仪,其R²为0.609 5;探究了拖拉机振动、传感器插入深度、作业速度和土壤坚实度对系统检测精度的影响,振动状态相对静止状态,检测数据最大误差为10.37%,且误差主要集中在0～10μS/cm范围内;当作业速度不大于5.0 km/h和传感器插入深度大于等于10 cm时,该系统可稳定进行大田土壤电导率在线检测,且检测地块土壤坚实度不应过小,以确保传感器电极与土壤充分接触。该系统可为开展...