基于无线传感的丘陵葡萄园环境监测系统研究

为了解决丘陵葡萄园环境信息和土壤墒情的无线监测问题,设计了一种能够实时采集、传输数据的丘陵葡萄园环境采集系统。系统基于无线传感器网络技术,采用Amega128L微处理器和CC2420芯片为基础设计无线传感器节点,传感器节点上接有土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器以及光照强度传感器,通过这些传感器采集葡萄园环境信息。传感器节点将采集的环境信息经无线方式传给汇聚节点,汇聚节点通过RS232串口将数据传到上位机的数据库中,实现了丘陵葡萄园环境信息的无线实时监测。试验研究表明,系统具有功耗低、传输数据实时可靠等优点,能很好地实现丘陵葡萄园环境监测的应用要求。     

机采棉在线测产技术及其关键装备

棉花产量是棉田农业生产效率的重要体现,棉田产量分布的时空变异是影响产量的诸因素共同作用的集中反映。对棉花产量进行实时监测,获得产量的空间分布数据,对科学管理和指导变量作业具有重要的意义。将棉花产量监测系统安装在采棉机上可实时获取棉田产量分布的信息。为此,概述了棉花产量监测系统的工作原理和关键技术,以推动棉花产量监测系统在我国的研究工作。     

Performance evaluation and calibration of soil water content and potential sensors for agricultural soils in eastern Colorado

This study evaluated the performance of three soil water content sensors (CS616/625, Campbell Scientific, Inc., Logan, UT; TDT, Acclima, Inc., Meridian, ID; 5TE, Decagon Devices, Inc., Pullman, WA) and a soil water potential sensor (Watermark 200SS, Irrometer Company, Inc., Riverside, CA) in laboratory and field conditions. Soil water content/potential values measured by the sensors were compared with corresponding volumetric water content (θ_v, m³ m⁻³) values derived from gravimetric samples, ranging approximately from the permanent wilting point (PWP) to field capacity (FC) volumetric water contents. Under laboratory and field conditions, the factory-based calibrations of θ_v did not consistently achieve the required accuracy for any sensor in the sandy clay loam, loamy sand, and clay loam soils of eastern Colorado. Salt (calcium chloride dihydrate) added to the soils in the laboratory caused the CS616, TDT, and 5TE sensors to experience errors in their volumetric water content readings with increased bulk soil electrical conductivity (EC; dS m⁻¹). Results from field tests in sandy clay loam and loamy sand soils indicated that a linear calibration (equations provided) for the TDT, CS616 and 5TE sensors (and a logarithmic calibration for the Watermark sensors) could reduce the errors of the factory calibration of θ_v to less than 0.02 ± 0.035 m³ m⁻³. Furthermore, the performance evaluation tests confirmed that each individual sensor needed a unique calibration equation for every soil type and location in the field. In addition, the calibrated van Genuchten (1980) equation was as accurate as the calibrated logarithmic equation and can be used to convert soil water potential (kPa) to volumetric soil water content (m³ m⁻³). Finally, analysis of the θ_v field data indicated that the CS616, 5TE and Watermark sensor readings were influenced by diurnal fluctuations in soil temperature, while the TDT was not influenced. Therefore, it is recommended that the soil temperature be considered in the calibration process of the CS616, 5TE, and Watermark sensors. Further research will be aimed towards determining the need of sensor calibration for every agricultural season.     

电介质型水分传感器测定栽培基质含水率的标定模型

土壤与基质的理化特性相差较大,土壤水分传感器测定基质含水率时有较大误差,不能直接用于基质含水率测定。为实现栽培基质水分快速检测,在不同配比的基质中采用电介质型EC-5土壤水分传感器进行了适应性测试。试验研究了温度、体积质量和电导率对传感器输出值的影响,采用多项式和线性回归处理方法,建立了基于温度、体积质量影响下的基质含水率标定模型。试验表明,经标定后,EC-5电介质型土壤水分传感器的测定含水率与实际含水率之间有较好的线性关系（R2＞0.9791）,且最大误差小于13%,因此,EC-5电介质型土壤水分传感器经标定后可作为基质的快速检测设备。     

智能烟草打顶抑芽机控制系统

为实现烟草打顶抑芽同步进行以及对烟草高度的精确仿形,改善人工打顶抑芽及“一刀切”打顶的状况,研制了智能烟草打顶抑芽机,烟草打顶和抑芽剂精量喷施同步进行,其控制系统中的烟草智能打顶系统由15个红外光电传感器对烟草高度精确仿形,由单片机系统对步进电机的转动方向和转角的大小进行控制,步进电机带动刀架提升或降低,在烟草合适的高度实现烟草打顶;抑芽剂喷施系统由红外光电传感器对烟草进行检测,当检测到烟草时就喷施不少于 15 mL的抑芽剂,反之就不会喷施抑芽剂,从而实现了抑芽剂的准时精量喷施。试验结果表明：烟草高度识别系统识别精度达到98%,抑芽剂喷施系统给每棵烟草的抑芽剂喷施量达到15 mL以上,控制系统能实现烟草打顶高度的精确控制以及打顶后抑芽剂的准时精量喷施。     

茶园信息采集无线传感器网络节点设计

针对茶园中所存在的无线通信障碍问题,该文设计了一款适合茶园信息采集的无线传感器网络节点。节点以ATmega128为核心,nRF905射频芯片及其外围电路作为无线通信模块,SHT11空气温湿度传感器和TDR-3土壤含水量传感器及其外围电路作为传感器模块,并以该节点为硬件平台编写了通信协议、应用程序和后台管理软件。分析、测试了节点的功耗和通信距离,在空旷地带,节点的有效通信距离达到150 m,与Micaz节点对比室内外通信距离分别提高了200%和150%。在广东省英德茶园基地进行了组网试验测试,结果表明：网络平均丢包率为0.84%,传感器感知精度达到98.2%,能够满足茶园信息采集的应用要求。     

基于Zigbee的果蔬冷链配送环境信息采集系统

根据果蔬产品冷链配送对环境监控的多测点、多要素和便捷性等方面的要求,以基于Zigbee技术的JN5139为无线节点信息处理的核心,结合温湿度传感器模块设计了采集节点,构建了车载环境中的无线传感器网络,结合嵌入式和.net技术开发了果蔬冷链配送环境信息采集上位机软件,解决了数据采集和实时监测的问题。整个环境信息采集系统在温度分别为0、5和12℃及相对湿度为90%环境下对冷藏运输车内不同位置进行了数据传输包收发率的测试。结果表明,该系统工作性能稳定,在数据采集和传输等方面均达到了设计要求,可以方便地应用于冷链运输过程中进行环境信息的采集与监测。     

我国智慧农业发展概况与前景

智慧农业是以信息、知识、装备为核心要素的现代农业生产方式,在提高劳动生产率、资源利用率和土地产出率方面发挥了重要作用,是现代农业发展的方向。分析了智慧农业发展的政策环境、研究进展,介绍了其主要特征及应用领域,展望了发展前景及重点任务,为今后智慧农业的发展提供参考。      

柿园无线传感器网络信号传输损耗研究

为探究柿园无线传感器网络信号传输特性,该文研究了在2.4 GHz无线信道下柿树处于萌芽期、幼叶期和花期3种时期时无线网络信号传输的衰减情况。试验中分别在柿子树萌芽期、幼叶期和花期3个生长时期下选择一列长势均匀的柿树,通过调节子节点和汇聚节点装置的高度和距离测量柿子树从距离地面3个高度冠层底部(0.8 m)、冠层最密部(1.8 m)和冠层顶部(2.8 m)处各8个距离点的链路质量指示值(link quality indicator,LQI),并对试验数据进行分析。结果表明LQI值随着距离的变化呈正弦曲线式衰减趋势。萌芽期时子节点和汇聚节点的高度均位于冠层顶部时,节点间距38 m时是最佳位置;幼叶期时子节点和汇聚节点的高度均位于冠层顶部,节点间距32 m时是最佳位置;花期时子节点和汇聚节点的高度均位于冠层顶部时,节点间距26 m时是最佳位置。通过对3次数据进行曲线拟合分析分别建立了在2.4 GHz信道下信号衰减模型,其中3种生长时期下均是三次多项式模型决定系数R2最大,为最适模型。果园中无线传感器网络信号传输损耗的研究为在果园中无线传感器网络节点部署提供了技术基础。