基于单片机的超声测距系统设计

介绍一种基于单片机的脉冲反射式超声测距系统,提出了系统的总体构成,针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案进行了论证,分析了系统各部分的硬件及软件实现。最后文中分析了误差产生的原因,并对系统完善提出了一些建议。     

单轴散生竹地下根茎并行模拟仿真研究

针对竹林地下根茎模拟仿真计算强度高、数据量大,在算法实现中采用基于单路处理器、串行计算的构架难以满足性能要求的问题,提出一种基于网络机群的多节点并行模拟仿真实现机制,构建了单轴散生竹地下根茎并行模拟仿真平台,主要由建模节点、任务管理节点、图形节点和网络交换机组成。以SimRoot模型为基础建立单轴散生竹地下根茎生长模型,通过实验观察获取几何构型参数及生长参数。采用功能分解法对根茎生长建模计算进行任务分割,建立了相应的任务调度管理模式,设计了多节点并行生长建模机制。以金竹为例开展多节点并行仿真实验,实验结果表明基于网络机群的多节点并行模拟仿真在降低内存消耗、缩短仿真时间方面效果明显,对于较大规模的散生竹林地下根茎模拟仿真具有较好的适应性。     

无线传感器网络三维定位交叉粒子群算法

针对标准粒子群算法进化后期收敛速度慢、易陷入局部极小点、早熟收敛等问题,提出一种基于交叉粒子群的农业无线传感器网络三维定位算法。该方法主要包括汇聚节点选取、测量距离修正、节点定位3个阶段,通过借鉴遗传算法交叉操作的思想,增加粒子的多样性,减小测距误差、锚节点数量对定位结果的影响,有效提高定位算法全局搜索能力。仿真结果表明,该方法的稳定性和定位精度均优于标准粒子群算法。在测距误差和锚节点数量相同的条件下,与混合蛙跳定位算法进行性能比较,两种算法的最大定位误差分别为1.337 8 m、1.747 3 m,最小定位误差分别为0.258 3 m、0.561 5 m,平均定位误差分别为0.651 2 m、1.044 7 m。     

基于TDT原理的灌木水分传感器探头设计与实验

根据时域传输TDT法,设计了灌木茎体含水率测量装置。装置由高频信号源、同轴传输线、缠绕式探头及相位比较电路4部分组成。高频电磁波在不同介质中的传播速度不同,表现为在不同介质中的传播相位不同,而含水灌木介电常数的大小主要取决于其含水率的大小,因此通过测量电磁波在同轴电缆上A和缠绕于灌木茎体上探头B的相位差来获取灌木的含水率。选择吸水棉棒来模拟不同含水率的灌木,研究高频信号源工作频率、探头结构对相位差的影响。实验表明,当探针长度为60 cm,信号源频率为50 MHz和100 MHz时,A、B两路电磁波信号的相位差与棉棒吸水率变化呈单调性,且具有良好的相关性。     

航空施药中雾滴沉积传感器系统设计与实验

基于变介电常数电容器原理设计雾滴沉积传感器及检测系统,由此实现对航空施药中雾滴地面沉积量的快速获取。通过实验,分析建立了传感器对电导率487μS/cm、25 mS/cm雾滴的沉积量测量线性回归方程,决定系数R2分别为0.9923和0.9544。利用M-18B型飞机和AU-5000型喷雾机,对系统进行了应用测试,结果表明:与水敏纸图像分析方法对比,2种方法获得的雾滴地面沉积量分布曲线拟合度可达0.914 6,样点单位面积沉积量的相对测量误差分布在10%~50%之间。     

面向灌区调水工程的远程自动计量闸门研究

设计了一种基于远程无线通信技术的灌区动态调水系统,由安装于各级渠道上的自动计量闸门集群和运行于调度中心的远程调水控制系统组成。利用明渠测流理论和传感测量技术,实现了闸门的计量功能;对称双轮双向卷拉驱动机构和中空蜂窝闸板结构设计,提高了闸门启闭运动的可靠性和闸门运行能效;开发了基于ARM的闸门终端控制器,实现了闸门终端的智能控制和无线远程通讯,多种闸门工作模式可满足不同的应用需求;设计了太阳能供电与电源管理系统,解决了闸门野外工作的供电问题;开发了远程动态调水控制的应用软件包,实现了对闸门的远程监控与联动调水。实验表明,闸门终端环境适应性强,性能稳定,动态水位误差小于5 mm,闸门定位误差小于1 mm,自由流的测流误差小于4.6%,淹没流测流误差小于8.3%,可满足各类自动调水工程应用。     

基于无线传感器网络的稻田信息实时监测系统

针对农田环境信息采集过程中监测周期长、环境干扰大等特点,设计了一种基于混合天线无线传感器网络稻田环境信息实时监测系统,采用分簇路由协议进行组网,为不同类型的节点配置不同类型的天线,并使用转台控制汇聚节点定向天线的方向,以扩大网络的覆盖范围和提高系统的稳定性。基于该系统进行长时间稻田组网试验,对网络丢包率和稻田环境参数采集准确性进行测试,试验结果表明,系统运行稳定、测量准确,网络数据平均丢包率为0.44%,稻田空气温度、空气相对湿度和土壤含水率的平均相对误差分别为0.26%、0.64%和0.33%。     

基于RFID与ZigBee的羊场养殖信息管理系统

为了选育性状优良的羊进入核心种群,将RFID射频识别、ZigBee无线通信与ARM嵌入式技术相结合,研制了一套羊场养殖信息管理手持终端。手持终端包括基于S3C6410处理器的ARM核心板、125 kHz RFID阅读器、基于CC2530芯片的ZigBee无线通信模块以及多功能底板。软件开发过程中,构建了包含设备驱动的Linux系统环境,利用Qt/Embedded的信号/槽机制实时接收RFID数据,基于OSAL操作系统的ZigBee2007协议栈实现ARM与ZigBee网络之间的通信,在Qt中设计触摸屏图形界面以及串口通信、通信指令、软键盘、蜂鸣器、中文显示等后台程序,具有日常管理、育种管理及疫病管理等模块功能。现场测试结果表明,手持终端能够实时采集、录入、存储、拷贝、查询养殖信息并通过ZigBee无线网络与上位机通信,可满足羊场信息化管理的需要。     

无源无线轮胎压力监测系统研究

轮胎压力监测系统(TPMS)不仅能作为一种预警系统,有效预防轮胎爆胎事故,而且可以降低汽车油耗,保障整车的性能与寿命,能够产生巨大的经济效益和良好的绿色环保作用。首先报告了三种类型的无源TPMS及其优缺点,着重调查了SAW技术(Surface Acoustic Wave)的谐振型和延迟线型TPMS的研究现状,指出了无源无线TPMS实用化有待解决的问题,最后展望了TPMS未来发展的主流趋势。     

平行梁冲量式谷物质量流量传感器田间实验

设计了平行梁冲量式谷物质量流量传感器,以该传感器为核心部件构建了测产系统。针对小麦、水稻两种不同谷物品种,不同联合收获机机型以及不同田间地面状况,于2004年夏秋两季分别在中国科学院栾城农业生态系统实验站和上海五四农场做了精准收获实验。实验结果表明,测产系统可以在正常农田地面状况下可靠地工作,单产和总产测量误差均小于10%,且对联合收获机机型以及谷物品种不敏感。