導語：如何才能寫好一篇智能溫室，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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依照智能溫室系統功能需求，本文智能溫室控制系統設計使用上位機+下位機的設計方案，能對溫室里各種環境因子實施有針對性的控制。智能溫室控制系統的構成主要有三部分，分別為現場手動控制、自動控制以及遠程手動控制，如圖2所示。由圖2可知，在初始階段PLC控制系統首先是初始化溫室數據，把各種環境因子的上限值和下限值都寫進寄存器里，做好溫室環境因子的現場采集工作，為PLC自動控制程序執行以及上位機組態顯示提供支撐依據。當智能溫室控制系統處于現場手動控制情況時，結合現場需求能隨意調控各個執行機構的運行情況；當其處于遠程控制情況時，控制原理和現場手動控制相同，但其控制端是在控制室里面；當其處于自動控制程序執行情況時，就要把現場值和事先設定好的環境因子參數值進行多次比較，把比較架構根據程序控制輸出執行機構運作，實現溫室環境的有效調節。

2上、下位機系統設計方案

2.1上位機系統設計方案

本文的智能溫室控制系統上位機系統將西門子與組態王在PC機上實施連接作為控制方式，其中組態王監控系統的構成主要有遠程控制系統界面、趨勢曲線顯示畫面、報警系統主機操作界面、遠程監控畫面以及報表系統界面。在控制溫室內部環境的時候，利用遠程監控界面，用戶可以在監控室里及時掌握各種設備運行情況，結合需求選擇停止或是啟動措施，同時，在遠程控制系統主機圖像界面下自動切換或是手動切換系統功能，充分發揮遠程控制作用。基于報警系統實時監控基礎上，能提醒用戶及時調節超過參數設置值的部分環境因子，確保各項環境因子都控制在適當的范圍。借助歷史數據輸出表、實時報表以及日報表，用戶能更清晰明了地掌握溫室環境過去時刻或是當前時刻的所有數據信息，為后續分析以及決策工作奠定基礎，便于有效實現溫室環境控制方案的最優化。

2.2下位機系統設計方案

下位機系統主要構成元件有西門子PLC控制器、傳感器以及執行機構，智能溫室里的下位機系統可以脫離于上位機PC，或是與其實施聯機工作。基于聯機工作情況下，借助西門子PLC總線可以實現信號由下位機到上位機的傳輸，在讀取信號后就把系統控制功能與監視功能有效結合起來，實施遠程控制操作，能充分發揮下位機的作用。基于單獨工作情況下，西門子PLC對不同功能某塊以及輸入端進行信號掃描，再將實際環境里各種環境因子和標準參數值進行比較，找出兩者的差距，然后由執行機構做適當調整。

3溫室系統上、下位機軟件設計

3.1溫室系統上位機軟件設計

智能溫室控制系統上位機的控制系統與監視系統包括組態王與PC機，一來確保系統有多項功能，如環境參數儲存功能、參數控制功能、數據查詢與處理功能等，二來也滿足上位機的控制要求。智能溫室控制系統的主要設計界面包含了登錄、退出、歷史曲線、實時曲線、日報表、遠程控制等，可以讓用戶更清晰明了的實施操作。智能溫室控制系統在具體運行的時候，由登錄系統進到控制界面后，用戶能結合具體需求按下相應的操作按鈕，操作或是查看溫室里的各項環境因子。為了使管理更加方便，還可以細致劃分按鈕的功能權限，任命特定工作人員進入特定操作界面進行操作。

3.2溫室系統下位機軟件設計

智能溫室控制系統下位機軟件能結合水分、溫度、日照等各項因素的實際值和參數值進行比較，基于分析結果之上設計相應的操作方案。在智能溫室控制條件的實施過程中，西門子PLC控制系統程序可以切換到手動控制或是自動控制。基于手動控制下，系統操作時不會受到外界環境因素的影響，只要根據需求實施手動化操作即可。以需求為標準，能對智能溫室控制系統程序進行劃分，具體分為環境因素判斷程序、數據初始化程序、執行機構輸出控制程序等，這些程序共同組成了具備穩定性、簡便性及功能齊全性的智能溫室控制系統。

4結語

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關鍵詞：光伏；薄膜電池；智能型；溫室大棚

1 引言

上世紀70年代，能源危機的爆發和日益惡化的環境引發全球的思考，發展可再生、無污染能源成為人類的共識。在此前提下，太陽能特別是太陽能光伏發電，在世界范圍內受到高度重視，獲得飛速發展。這也給農業溫室大棚的發展提供了一個新的平臺。溫室大棚突破了傳統作物種植受季節、環境、氣候等諸多因素的限制，對農業生產有重大意義。但目前我國溫室大棚多依靠人工經驗進行管理，自動化程度不高，這種方式生產效率較低，不適合工廠化農業生產，且對種植者的素質要求較高。而智能型光伏溫室大棚能夠實現對農作物生長環境各基本要素的控制，實現農業生產的智能化生產，并解決了無電、缺電地區農業生產的供電問題。

2 光伏技術與溫室大棚的結合

這種溫室大棚采用非晶硅薄膜式太陽能電池。

首先，薄膜電池弱光性好，陰雨天也能發電，常年累計發電量比普通的晶硅電池高20%左右。其次，這種電池利用薄膜的分光技術將作物所需波段的太陽光穿透電池后被作物吸收，作物生長不需要的波段則被用于薄膜電池吸收發電，部分被轉換成熱能以提高棚內溫度。植物進行光合作用主要是利用有效光譜為440nm的藍光和660nm的紅光區，（見圖1所示），而這種薄膜電池的最大吸收波峰在400-600nm，在理論上薄膜電池的最大吸收波峰與植物光合作用的吸收波峰并不沖突（是否完全不影響作物生長仍在研究中）。另外，紫外線不是作物生長所需，甚至會破壞作物，薄膜電池可以對其進行吸收，省卻了加遮陽網的麻煩。

非晶薄膜電池使得光伏與溫室大棚能夠更好的融合，在不影響大棚內作物正常生長的基礎上，能夠借用大棚的向陽面直接低成本發電，供大棚內的各種設備使用（見圖3所示），實現了節能減排；同時，也充分有效的利用了土地資源，使農業用地的利用最大化。

3 光伏溫室大棚的智能控制系統

雖然溫室大棚在我國得到了廣泛應用，但大多數未采用智能控制技術，自動化程度低，環境控制能力有限，這也在一定程度上影響了溫室作物的產量和質量，因此，溫室大棚智能控制系統的建立很有必要。

影響作物生長的因素主要有溫度、濕度、CO2濃度以及光照等，其間還要進行殺蟲、灌溉等工作，如果能夠實現對這些因素的智能控制，不僅可以減輕種植者的負擔，還能提高農作物的產量與質量。而整個系統的用電可以由太陽能薄膜電池提供，即使將大棚建在無法利用電網電能的偏遠地區，也不會受到限制。光伏溫室大棚的智能控制系統原理如圖4所示。

1）溫度的調節：根據棚內作物設置最佳溫度范圍，并通過溫度傳感器進行監控。當室溫低于設定值時，系統根據棚外陽光情況（通過光照傳感器檢測）利用太陽能加熱器（陽光充足時）或者電加熱設備（陽光不足時）進行升溫，電加熱部分由蓄電池組供電。當溫度高于設定值時，采用濕簾-風機系統進行降溫，濕簾是利用水蒸發吸熱原理降溫，風機則通過產生的風壓強制空氣流動進行降溫。有研究表明，大棚的室溫達到33度時便需要強制降溫，否則會對作物生長產生不利影響，濕簾和風機二者結合使用，有效控制了棚內高溫的產生。

2）濕度的調節：如同溫度調節，當棚內濕度低于設定值時，系統驅動太陽能水泵工作，通過大棚頂端的噴嘴噴出的噴霧來提高濕度，這樣也避免了濕度過大。當濕度高于設定值時，系統驅動電動窗開啟進行通風，利用濕度差來進行室內外的空氣交換，以降低濕度，必要時可以驅動風機加快空氣流動和交換。

3）CO2濃度的調節：CO2是作物進行光合作用的重要原料，適宜的濃度可以使作物活力增強、產量增加，溫室大棚是相對封閉的環境，使得對CO2濃度進行控制成為可能。提高CO2濃度是通過CO2發生器實現的，棚內濃度低于設定值時，系統控制CO2發生器工作；濃度過高時，則驅動電動窗開啟進行通風。

4）光照的調節：傳統的大棚需要遮陽網進行遮陽，但這種光伏溫室大棚的太陽能薄膜電池本身就具有遮陽功能，且利用分光技術將不利于作物的光譜光照吸收，作物所需的則可以正常穿透（見前文所述），因此，可以兼作遮陽網使用。當光照弱于正常值時，系統根據檢測到的光照度，控制開啟相應數量的LED補光燈，以滿足作物生長的光照要求。另外，還可以根據作物的特性適當延長光照時間，提高作物的品質和產量，甚至也可以用來反季節培植作物。

5）雨感功能：溫室大棚能的智能控制系統能夠檢測天氣狀況，并適時進行防護處理。當出現下雨的天氣時，系統接受到傳感器感應到雨滴的信息，并驅動電動窗自動關閉，使棚內作物避免遭遇“雨災”。

6）殺蟲功能：大棚內作物生長可能會遭到害蟲的侵擾，再加上通風需要，時常開啟電動窗，棚外的害蟲也難免進入，為盡量減少使用農藥，培植綠色作物，棚內配置了太陽能殺蟲燈。這種殺蟲燈通過紫外光利用昆蟲趨光的特性將其引誘，并用高壓網將害蟲擊殺。殺蟲燈由智能系統控制開關時間，并由薄膜電池充電的蓄電池為其供應電能。

7）灌溉功能：棚內安裝了土壤濕度傳感器，并將檢測數據傳至控制系統，當作物需要灌溉時，系統驅動光伏水泵工作為其提供水源。而光伏水泵也肩負著為屋頂噴嘴提供水源的工作（見上文所述），其工作與否完全取決于棚內作物的需要，避免了過量用水，起到節水作用。

4 智能型光伏溫室大棚的前景展望

智能型光伏溫室大棚利用光伏技術和智能控制技術實現了對棚內溫度、濕度、CO2濃度以及光照的自動控制和調節，并根據實際情況自動進行“避雨”、殺蟲、灌溉等一系列工作，真正實現了農業生產的自動化和智能化，在減輕種植者負擔的同時，也提高了農作物的生產效率。而整個系統只需要用大棚上安裝的太陽能薄膜電池來供給能量便可運行，無污染且節約能源，也保證了不便接入電網偏遠地區的正常使用。

目前，光伏和智能控制技術在農業生產領域的應用仍處于起步階段。我國是農業大國，農業生產技術的提高對我國有著重要意義，多學科與農業的融合將是農業發展的一個必然方向。而對于光伏行業來說，將溫室大棚透光屋面充分利用，作為光伏發電的建筑基礎，可以節約大量的土地資源，有助于實現低成本發電。另外，加強對各類作物生長機理的基礎性研究對普及和推廣這種智能型光伏溫室大棚有著重要意義，有助于推動這種大棚從概念性展示向實用階段的發展，以真正實現提高作物品質和產量，又兼顧發電的雙贏效果。

參考文獻：

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溫室注肥器的作業原理

溫室注肥器的主要功能是將高濃度的肥料從肥料桶中按照一定的比例注入到供水管路中。通常來說，注肥器是按照肥水的比例來進行計量的，例如，若肥水比例為1：100，則表示1份肥料與99份的水進行混合。一般情況下，肥水比例也可以用百分比的方式表示，若肥水比例為1：50的情況下，則肥料的百分比為2％，若肥水比為1：100，則肥料的百分比為1％。目前，國內注肥器應用比較常見的作業方式有四大類。

第一類是壓差式注肥。該種方法也是最簡單的注肥方法，如圖1所示。該注肥方法通過灌溉水在肥料罐中的循環，把肥料溶解，隨灌溉水通過灌水器灌溉到土壤內的作物根部。該種注肥方式是利用一個手動調節閥門通過調節閥門的開度大小，從而在閥門兩端產生一個壓力差，通過該壓力差將肥料罐中的肥料溶液壓入灌水管路中。差壓式注肥系統一般由儲液罐、進水管、供肥液管及調壓閥等組成。其中，儲液罐一般是由金屬制成的，內有保護涂層，它是承壓容器與滴灌管道并聯連接，使進水管口和出水管口之間產生壓差，并利用這個壓力差使部分灌溉水從進水管進入肥料罐，再從出水管將經過稀釋的營養液注入灌溉水中。它的優點是：加工制造簡單，造價較低，不需外加動力設備，而且顆粒狀的易溶肥料可以直接導入肥料罐中而不需要預先進行溶解作業。缺點是：溶液濃度變化大，無法控制，注肥不均勻。罐體容積有限，添加液劑次數頻繁且較麻煩。儲液罐中的液體不斷被水稀釋，輸出液體濃度不斷下降，從而造成其與水的混合比例不易控制。

第二類是利用文丘里的工作原理進行作業。文丘里注肥器是用文丘里和施肥罐相連，并把化學物質注入到灌溉系統的干管中。水流經文丘里時產生一吸力，可以把化學物質吸到管道中來。如圖2所示。

文丘里注肥器與儲液桶配套組成一套施肥裝置，利用文丘里管或者射流器產生的局部負壓，將液態的肥料吸入灌溉管路中。該種注肥方式的優點是：在灌溉水流壓力及流量穩定的情況下，肥液濃度穩定不變，施肥質量好，效率高。通過控制肥料原液流量與灌溉水的流量比值，可嚴格控制混合比。多應用于要求實現灌溉液EC、pH值實時自動控制的施肥灌溉系統中。缺點是：在灌溉水源壓力及流量變化較大的情況下，注肥裝置工作性能不穩定。

第三類是水源驅動活塞式注肥裝置，該種裝置的結構及工作原理如圖3所示。該種注肥方式目前在國內獲得廣泛的應用。其工作原理是：利用灌溉管路的水壓力，推動驅動活塞向上運動，驅動活塞向上運動的同時也拉動注入活塞向上運動，注入活塞向上運動使肥料液因大氣與注肥腔之間的壓差而進入注肥腔內，當驅動活塞到達最上端時，灌溉水從注水腔流入混合腔，兩活塞均向下運動，注肥腔內的壓力增大，其與混合腔就存在著壓差，于是肥料注入混合腔內；各工作水流通道均為單向；灌溉水和肥料液兩股沖擊液體進入混合腔后碰撞在一起形成湍流使兩者迅速充分地混合均勻。其優點是：在施肥作業時事先設定好肥水比，不管注入的灌溉水的壓力及流量如何變化，其混合的肥水比例都將是恒定的。另外，系統也可將多個注肥器串聯使用，可以實現不同肥料的均勻注入。缺點是：購置成本高，對有些腐蝕性強的肥料會造成注肥器的損壞，另外其維護使用必須認真。

第四類是組合式自動灌廄施肥系統，如圖4所示。該種注肥方式能夠按照用戶設置的灌溉施肥程序和EC／pH實時監控，通過預先編制好的程序和根據反映作物需水和肥的某些參數，自動地通過系統上的一套肥料泵準確適時地把肥料養分直接注入灌溉管道中，連同灌溉水一起適時適量地施給作物。該系統的優點是：灌溉水和肥料預先在水桶中混合，混合后的水溶液通過加壓泵加壓到灌溉管路中，從而實現整個系統的施肥灌溉。因為在系統的灌溉管路中安裝有EC及pH測定傳感器，實時測定灌溉溶液的EC和pH值，從而系統可以實時調整灌溉溶液所需的各種肥料的配比，從而實現整個系統的優化灌溉。系統可以很方便地安裝在已有的灌溉管路中，另外施用的不同肥料可以放在不同的肥料容器中，系統可以一次將所需的不同肥料按照預先設定的比例注入到灌溉水流中，系統最多可一次注入4種不同的肥料。另外，系統安裝的控制計算機可以按照用戶設定的程序完成不同時段的施肥灌溉作業。該系統的最大缺點是購置成本高，適合于較大面積的分區灌溉施肥作業。

溫室注肥器的選擇方法

溫室注肥器的選擇首先是考慮經濟性，需要依據灌溉施肥作業的面積而確定，對于單獨農戶的一些小型的溫室，溫室灌溉管路連接簡單，施用的肥料是顆粒狀的可溶肥料，選擇差壓式的注肥系統即可，利用該種注肥方式可以簡化施肥的過程。而對于使用液態微肥和土壤消毒類的化學農藥采取滴灌的方式注入則宜選用文丘里注肥器，利用該種注入方式可以實現肥料的準確注入，同時也可減少肥料的浪費和農藥在注入過程中通過不同容器的轉移造成的污染。而對于規模化成片不同農戶單獨經營的溫室，可以使用水源驅動活塞式注肥裝置，為了降低單個溫室安裝該種注肥器造成的成本增加，目前在我國研制開發成功一種適合不同溫室移動式溫室注肥系統，通過系統配置的快速插接管路，實現系統的精準注肥，這樣可以明顯降低每個溫室都安裝該注肥系統造成的成本增加。而對于連棟大型溫室的注肥作業則可以選擇安裝組合式自動灌溉施肥系統，利用這種注肥方式可以實現分區分時的程序化控制注肥作業。

另外，注肥器的選擇也要考慮設施溫室種植作物的品種和施入肥料的種類，考慮潛在的注肥需求，這樣可以明顯提高整個系統的工作效率和增加系統的經濟效益。肥料注入系統的水流量也是注肥器選擇需要考慮的問題，通常將水的流量分成三類，流量為0.2L／min～48L/min通常稱為小流量，流量48L/min-160L/min為中等流量，而流量大于160L/min則為大流量灌溉。水流量的檢測比較簡單的方法是當用戶安裝有水表的情況下，用戶只需計算在單位時間內流過的水量即可得到系統的供水流量值。

選擇注肥器時注肥比率也是用戶需要考慮的問題，國際上注肥比率通常分成五個范圍，1：4000～1：250(即0.025％～O.4％)屬于很低，1：500～1：100(即0.2％～1％)屬于低，1：200～1：100(即0.5％～1％)屬于中等，1：100～1：20(即1％～5％)屬于高，1：50～1：10(即2％～10％)則屬于超高，低的注肥濃度則意味著只有少量的液體 注入到灌溉水路中，當肥料的注入比率大于1：200時，則肥料和水則不能夠實現很好的混合，肥料注入土壤后極易對作物的葉片造成燒傷，對于溫室設施作物通常來講，肥料的注入比例不要高于1：200。

溫室注肥器使用過程中應注意的問題

溫室注肥器的使用必須要注意水及肥料的充分過濾，系統著沒有很好的過濾，極易發生注肥管路的堵塞和注肥器的過度磨損。在某種程度上，每個灌溉系統都需要過濾器。過濾器可以有效地去除沙礫和大的有機懸浮顆粒。過濾器的類型主要有沙基質過濾器、網式過濾器、碟片過濾器、水沙分離離心過濾器等。過濾器的選擇取決于設計流量。過濾器的類型取決于灌水器出口的大小和灌溉水質。主要原則是：選擇的過濾器能夠全部截留直徑至少為系統中最小出口直徑的1/10的顆粒。網式過濾器只能去除少量的沙子和有機物，當含有大量的藻類時，過濾器很快會被裝滿。一般來說，網孔越小，攔留的污物就越多，裝滿的就越快。為了增加過濾器清洗的時間間隔，可并排安排兩個或更多的過濾器或選用過濾面積大的過濾器。濾網可以是開槽的PVC、打孔的不銹鋼、不銹鋼絲網，也可以是合成線網，比如尼龍。有些過濾器必須拆開；中洗，而其他的，比如“Y”型過濾器，可以手動或自動沖洗。有些過濾器，比如尼龍網的，不用拆開就能進行反沖洗。在沖洗過程中顫動的濾網或在反沖洗過程中稍微張大的濾網，去除雜質的效果要比硬網的效果好。溫室注肥管路中一般安裝的過濾網一般為140～200目之間。

溫室注肥第二個需要考慮的問題是，灌溉水的pH值和堿度值。利用自然降雨進行灌溉的溫室必須考慮土壤的pH值及堿度值對注入肥料的影響。如果注入的肥料中添加化學農藥，必須充分考慮所添加的化學農藥對注肥系統部件的腐蝕性影響。

注肥器的安裝要注意水錘效應的影響。水錘是水流沖擊管道，產生的一種嚴重水擊。由于在水管內部，管內壁是光滑的，水流動自如。當打開的閥門突然關閉或給水泵停車，水流對閥門及管壁，主要是閥門或泵會產生一個壓力。由于管壁光滑，后續水流在慣性的作用下，水力迅速達到最大，并產生破壞作用。因此，如果灌溉管路的水壓過高，則應當在接近注肥器的管路中安裝一個蓄能裝置。

溫室注肥器的保養

溫室注肥器在使用過程中要進行合適的保養維護。在使用過程中吸肥管的吸口不要與液體肥料容器的底部接觸，這樣可以避免將肥料中的一些容易堵塞濾網和滴灌管路的的異物吸入到注肥器內。不管使用何種注肥器，在注肥結束后一定要利用清水清洗注肥器。注肥器的肥料桶也要定時地進行清洗，這樣可以避免在肥料桶內滋生一些廢物雜質，避免下次使用時發生堵塞管路的情況。定時檢查系統密封管路中的油封裝置，利用凡士林或者發動機油對密封圈進行定期密封。如果注肥器在較長時間內不進行使用，則可以將注肥器從管路中拆卸下來，利用凈水充分清洗，將注肥器中的水完全排出，利用一些封口材料將注肥器的進出口進行封堵，以防異物進入到注肥器的內部。在一些冬季結冰區域，應當注意注肥器的防凍問題，以防注肥器結冰凍裂。總之，對注肥器的科學合理維護，既可以延長注肥器的使用壽命，同時也可降低注肥器的使用維護成本。

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關鍵詞：Android系統；智能手機；視頻監控；網絡通信

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）06-00-02

0 引 言

我國目前已成為世界設施作物栽培第一大國[1]，特別是近來環境污染、食品安全等問題格外突出，實現溫室農作物生長過程實時監控是解決以上問題的關鍵。隨著物聯網、移動互聯網等技術的快速發展，溫室智能監控、食品溯源等系統已成為研究熱點。傳統的視頻監控系統需要復雜的綜合布線，多采用視頻服務器和遠程PC端訪問模式，具有施工難度大、價格昂貴和監控靈活度差等問題；在Android平臺的智能終端（安裝了Android視頻監控應用軟件的智能設備，以下簡稱移動端）上開發視頻監控App，使用WiFi或4G網絡，可以實現溫室環境隨時隨地的遠程監控功能。

1 系統架構設計

基于Android的溫室智能視頻監控系統采用C/S架構[2]，整個系統由無線網絡攝像頭、云臺、視頻服務器（以下簡稱服務端）、無線路由器、基礎網絡和智能手機等組成，其架構圖如圖1所示。PC監控端和移動端皆可通過Internet建立連接[3]；移動端在本地WiFi網絡環境下可搜索設備的ID號，通過選擇某監控設備的ID號訪問云臺，控制相應攝像頭，實現視頻的實時監控。移動端通過觸屏方式控制云臺，實現攝像頭的上、下、左、右移動，垂直90度、水平360度的移動近乎可以實現全方位監控功能[4]，系統中常用攝像頭云臺控制指令見表1所列。本文重點論述移動端Android系統監控軟件的方案設計。

2 關鍵技術

視頻數據傳輸由RTP（Real-time Transport Protocol，RTP）與UDP協議共同完成，RTP協議負責控制與服務類信息傳輸，由UTP協議進行打包、分組傳輸，RTP/UTP協議流程圖如圖2所示。Android系統采用Socket機制控制TCP/IP協議實現網絡通信的可靠連接，Socket是一種跨平臺、支持異構語言的編程方式，客戶端程序使用Socket類，服務端程序使用Server Socket類[5]。移動端通過get Server IP（）方法獲取服務端地址，并設置相應端口號，用戶驗證并連接成功后，服務端視頻數據采用輸入流方式進行傳入，然后使用Buffered Reader（）方法讀出數據，經視頻數據編碼處理后顯示在界面上，通信結束后再調用socket.closed（）方法結束通信。系統采用H.264/AVC方法進行視頻硬件編碼，H.264編碼標準能適應多種網絡如高、低寬帶，無線超窄帶寬[6]，移動端數據幀解碼的方法為：int DecodeH264Frame（ byteArray H264， int bFrame， byteArray yuv， int len， intArray size）。

3 系統服務端設計

系統服務端采用C#/CGI方式設計，CGI是外部應用程序與Web服務器之間的標準接口，是信息傳遞的規程。服務端實現視頻數據的采集、存儲及遠程訪問功能，通過網絡獲取視頻數據流程如圖3所示，實例HttpWebRequest類調用WebRequest Create（string requestUriString）發送網絡請求，用GetReponseStream（）方法獲取Internet資源響應，實例化StreamReader類，StreamReader reader = new StreamReader（stream，Encoding.Default），讀取特定編碼數據，在Picturebox控件上顯示圖片信息，定時調用圖像處理代碼的Timer間隔在110 ms時即可實現視頻實時采集。

4 系統移動端設計

移動端程序開發環境為Eclipse+JDK+Android SDK+ADT；測試平臺為小米4LTE-CMCC+Android4.4.4。系統整體設計采用MVC架構，使用Android提供的各種API接口進行實現，主要有系統設置、用戶驗證、圖像處理、數據存儲、視頻播放等功能模塊，如圖4所示。在/res/layout目錄下實現系統界面開發，使用RelativeLayout和FrameLayout布局方式分別實現系統登錄和視頻播放界面，主要布局文件有act_main.xml、add_camera.xml、cont_device_view.xml、ved_play.xml、set_list_item.xml，布局文件等會在R.java中自動生成ID資源號，系統通過R類加以應用。在/src目錄下實現Java主程序的編寫，使用setContentView（view）方法實現布局文件的應用，使用findViewById（id）方法獲得layout 中的控件。在AndroidManifest.xml文件中可實現對Activity等系統組件的注冊，也可開啟系統訪問網絡、攝像頭等權限等，代碼如下所示：

移動端程序設計流程如圖5所示。Android系統使用searchCamera（）方法搜索監控設備的ID，識別并驗證CA_USER、CA_PWD，使用CheckCameraInfo（String mac）方法驗證監控設備MAC地址；用Sstream（string ， int， int）方法請求視頻數據；用Void Init（）方法初始化視頻解碼；使用Bitmap getBitmap（）方法進行圖片數據處理；用void onMeasure（int widthMeasureSpec， int heightMeasureSpec）實現視頻顯示比例；在void openVideo（）方法中實例化Mediaplayer類，如：mMediaPlayer = new MediaPlayer（），實現視頻的播放；使用onCreate（SQLiteDatabase db） 方法創建數據庫，實現用戶信息等數據的存儲；用int Pcontrol（string， int）方法實現云臺控制，命令為第一個參數。移動端視頻監控界面如圖6所示。

5 結 語

本系統利用智能手機的便利性與Android系統平臺的開源性，研究實現了溫室監控從固定的PC端到移動端移植。在WiFi和4G兩種網絡環境下，經反復測試，視頻監控系統運行穩定可靠，延遲小。本系統研究成果可以應用到智能家居、智能交通等領域，具有應用廣泛、使用方便等特點。后期需繼續解決結合傳感器實現智能遠程報警、變焦等問題。

參考文獻

[1]張猛，房俊龍，韓雨.基于ZigBee和Internet的溫室群環境遠程監控系統設計[J].農業工程學報，2013，29（Z）：171-176.

[2]劉萬輝，楊曄.基于Android系統的溫室智能監控系統的設計開發[J].軟件，2013，34（5）：1-3.

[3]楊靖靖，趙榮臻，陶偉偉，等.Android平臺遠程視頻監控系統的設計與實現[J].南通大學學報，2014，13（4）：7-11.

[4]孟飛，王劍峰，朱習軍.一種基于Android的智能視頻監控系統[J].青島科技大學學報，2014，35（5）：524-528.

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冬季由于室外溫度較低，所以作物一般在溫室中生長。作物的生長受到溫度、光照、濕度和二氧化碳等多方面因素的影響，為了促進作物的生長，為其提供適宜的生長環境非常重要，所以需要對溫室內的環境因素進行調節。隨著科學技術的發展出現了溫室智能環境監控系統，通過該系統可以更加準備的掌握作物的生長環境，并及時進行調節，可以實現獲得高產和低耗的目的。本文中設計的溫室智能環境監控系統以單片機為核心，并成功設計了智能溫濕度傳感器及通用智能終端，重點介紹了低成本溫室智能環境監控系統組成模式的設計，繼而實現人機智能對溫室系統的控制。

【關鍵詞】

溫室;監控系統;低成本

我國是一個農業型國家，當前在廣大的農村，溫室農業舉目皆是。近些年來，隨著中國農村和農業經濟發展，農業生產逐步由傳統的粗放型管理方式轉向操作的現代集約化模式，農業科技示范園為示范窗口的現代集約型農業和高新技術應用也正在崛起。開發和研究溫室環境智能監控系統是十分必要的。溫室智能監控系統能夠實現對溫室中濕度、二氧化碳等因子的自動監測及控制。加強控制理論與實際生產相結合，引入智能化的方法及知識工程方法，實現人機智能系統控制也將是未來溫室控制的發展方向。本文以MSP430F499超低功耗單片機為核心，實現了人機智能對溫室系統的控制。低成本溫室環境智能監控系統與國內外同類產品相比在成本上有相當的優勢。其中設計了智能溫濕度傳感器的硬件、軟件與算法，通用智能終端的硬件與軟件;驗證了RS-485通信、通用智能終端和智能溫濕度傳感器設計的正確性;使用MSP430F499單片機，充分利用了該單片機的超低功耗特性和豐富的片上系統，大大簡化了硬件電路的設計，降低了功耗，減少了費用，使得低成本設計的實現成為了可能;本系統應用非常廣泛，不但可以應用在溫室環境智能監控系統中，而且還能滿足其它的環境監控系統的要求。

1 溫室環境及其控制概述

作物生長收到溫度的影響，并且溫度是對其影響最重要的環境因素之一，如果作物的生長環境溫度適宜，那么作物可以達到最快的生長速度。溫度控制主要包括兩方面：冬季升溫和夏季降溫。溫室溫度的特點是：以外地區溫室溫度較高和較低的海拔高度和緯度，在時間的晝夜溫度和四個季節的變化，太陽輻射的周期性變化;不均勻性的影響下，冷卻系統和加熱系統的設備布置，室外的天氣和溫室的不均勻空間分布的因素;由于溫室及其周邊環境中傳導的時刻，對流和輻射換熱的方式，再加上它在任何時間將由室內和室外的諸多干擾因素的影響，熱源和熱輻射具有很大的不確定性;在不同生長階段的各種作物的發展對溫度的要求也不相同的;溫室溫度的變化是緩慢和延遲的。

2 本系統濕度控制方案

在試驗溫度控制系統中，采用濕度傳感器來檢測溫度和濕度，檢測結果和相應設定值進行比較，然后再決定是否啟動控濕裝置。由于溫度控制和濕度控制具有一定的耦合性，所以溫室的控制中嘗試使用的一些對該環境因素影響較大而對其他的環境因素影響最小的調控方案。例如，在夏季強烈的光照和濕度的情況下，由于張開遮陽網對濕度的影響比較小，故而只需要張開內或外遮陽網遮陽。

在冬天夜間和陰雨季節，當光照的強度低于光的補償點時候，需要進行人工補光。常用的溫室補光裝置主要有：金屬鹵化物燈、高壓水銀燈、白熾燈熒光燈、鹵燈等光源。對溫室中作物的光照時間和光照度進行控制和調節非常有必要。在冬天的夜晚和雨季時，當光照的強度低于光的補償點時候，為促進作物的生長需要進行人工補光。可以通過設定的值來控制光照。

3 低成本溫室智能環境監控系統組成模式

3.1 組成模式一

該模式使用上位PC機和通用智能終端做下位機組成監控系統，其系統組成框圖如圖1。

3.2 組成模式二

該模式組成的監控系統主要包括兩部分，分為為上位計算機和智能溫濕度傳感器，這兩部分組成的監控系統的組成框圖如圖2所示。

3.3 組成模式三

該模式采用通用上位PC機與智能終端、溫濕度智能傳感器做下位機組成的監控系統，其系統組成框圖如圖3。

4 通用智能終端

通用智能終端的控制器為單片機MSP430，具有8路開關量輸入、8路模擬量輸入及路開關量輸出。其原理框圖如圖4-1所示。

該系統的溫度控制系統是被溫度傳感器檢測，根據室外氣象條件和室內溫度，與設定值比較，決定降、升溫的方法和激活控制裝置。冬季提高溫度控制是根據溫度差的大小，決定暖風機的啟動時間，溫度差異大，激活時間就會較長。夏天控制冷卻是運用遞階控制，當開始第一階段的控制措施仍達不到規定的要求時，才會啟動高一級的控制措施。冷卻控制由高到低依次為：濕簾風機系統降溫;遮陽網開放;強制通風冷卻（當晴天遮陽網強制通風前開）;天窗，側窗打開，自然通風冷卻。

【參考文獻】

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現有苗床灌溉裝置多為懸吊式，由懸吊架、懸吊導軌、主行走機構、噴灌裝置、隨動行走機構和電控系統等部件組成，多用于溫室或塑料大棚育苗的灌溉。傳統方式的整套噴灌系統結構較為復雜，首先要有縱向的導軌，與此同時，在完成一個灌溉幅寬后，要通過橫向導軌將噴灌機轉移到下一個灌溉作業區域，所以還要在縱向導軌的一端安裝橫向軌道才能完成作業。其次，由于噴灌系統安裝有縱向和橫向導軌，導致噴灌系統的自身重量較大，所以固定導軌的溫室骨架要有足夠的強度才足以支撐，無形中增加了安裝成本；并且有些農戶自建的塑料大棚骨架較單薄，不適合安裝此類型的噴灌機。

同一溫室內的種苗通常不是單一作物種類，或者不同大小的種苗，但是傳統的噴灌機的灌溉幅寬較大，作業時橫跨多個苗床。例如，張躍峰（2013）介紹的一款新的溫室雙臂雙軌施肥噴灌機一次覆蓋4 個苗床，安裝需要懸掛在空中。這種設計使得每條苗床的灌溉量不能根據作物種類及農藝要求進行調節。如果這種問題沒有解決好，就會使得溫室栽培苗床管理分區無法靈活組合；造成部分品種種苗沒有做到按需投入水肥，引起生長差異，導致種苗均一性差，商品率低，收益提升難。因此，開發針對溫室大棚內的實用型苗床自動灌溉裝置非常有必要。

本文介紹一種靈巧、輕便型的穴盤育苗苗床灌溉裝置，通過利用苗床的結構作為行走導軌，達到簡化噴灌系統結構、降低成本的目的。此外，還可以根據苗床上的種苗及其農藝要求進行適量噴灌。

工作原理

該裝置由行走機構、調節橫梁、噴灌系統、控制系統等組成。圖1是該系統設計三維圖。行走機構安裝固定于調節橫梁的兩端，噴灌系統安裝固定于該調節橫梁上，控制系統安裝固定在行走機構上。

行走機構：由行走輪、行走輪固定架、連接橫梁、行走立柱、驅動電機、驅動鏈輪及鏈條等組成。行走輪通過軸及軸承安裝固定于該行走輪固定架上，前后行走輪固定架通過連接橫梁焊接固定，行走立柱焊接固定在連接橫梁的中間位置，驅動鏈輪安裝固定于該驅動電機和主、從動行走輪的轉軸上，鏈條用于連接驅動電機的鏈輪與主動鏈輪、主動鏈輪與從動鏈輪。

調節橫梁：由U型梁和方梁等組成。U型梁和方梁通過螺栓連接緊固，并根據苗床寬度進行寬度調節。

噴灌系統：由噴頭、噴管、噴灌固定架及加壓水泵組成。噴頭安裝固定在該噴管上，噴管利用該噴頭上的螺栓與噴灌固定架相連接，噴灌固定架懸吊安裝于調節橫梁上。

控制系統：由驅動電機、限位開關及控制盒組成。其特征在于，實現兩側行走機構的統一調速，該限位開關安裝固定在該行走輪固定架上，用于檢測灌溉裝置是否行進到苗床末端。

結構

該裝置的行走機構是通過電機驅動，鏈條傳輸的方式，直接在苗床上行走，通過控制器設定灌溉的量，到達末端自動停止。行走輪采用尼龍輪加工，可有效保護苗床兩側的擋沿不會磨損，同時提高行走的平穩性。行走輪通過一組軸及軸承安裝固定于行走輪固定架上，前后兩組行走輪固定架通過連接橫梁焊接固定，在行走立柱上開有等間距的固定調節孔，用來調整調節橫梁及噴灌系統的噴灌高度，這樣高度可變就可以保證噴頭扇面最佳組合以適應不用種類的作物，驅動鏈輪采用電機驅動。圖2是系統行走機構。

調節橫梁采用U型梁和方梁組合的結構，主要是解決溫室苗床規格寬度不一，行走機構的匹配的難題。U型梁上開有滑槽，用于改變調節橫梁的寬度，方梁開有通孔，利用螺栓將U型梁和方梁連接緊固，保證裝置的整體性。調節橫梁通過兩邊獨立的機構組合安裝，根據苗床的寬度對調節橫梁進行微調，以適應不同的苗床寬度。

噴灌系統用來根據需要進行溶液加壓、輸送和霧化。采用整架方式安裝固定于調節橫梁上，可以安裝一組、二組或三組噴頭，同時可以將多種溶液分別獨立噴灑，也可用不同的方式組合噴灑。每排噴頭錯位安裝，可實現溶液大流量單程噴灑。固定架通過U型固定卡懸吊安裝于調節橫梁上，可通過改變調節橫梁位置實現噴灌高度的靈活調節。

控制系統，由驅動電機、限位傳感器開關及變量控制器組成。為防止傳動機構損壞作物幼苗，采用雙電機分別驅動兩側行走機構，并通過程序設計實現兩側行走機構的統一調速，在行走機構的前后分別安裝上位置傳感器開關，將其安裝固定在行走輪固定架上，用于檢測灌溉裝置是否行進到苗床末端，以使得苗床擋邊在觸碰到限位開關后，使灌溉裝置自動停止或反向運動，此外，控制系統具有手動和遙控兩種模式，可以實現遠程控制。控制系統的變量控制器安裝固定在立柱上，隨行走機構移動，方便移動作業時進行調節控制。

試驗和應用

篇7

西方發達國家在智能噴藥技術研究方面起步較早。19世紀40年代。法國的Hampe首先將靜電技術引入噴藥領域；19世紀60年代美國開始采用EHD發電式靜電噴撒機噴灑粉劑農藥；80年代美國佐治亞大學開發出ESS系統，這是靜電技術在施藥領域的重大突破。

由于靜電技術涉及到諸多科學領域，中國對該項技術在農業施藥上的應用起步較晚。國家農業信息化工程技術研究中心經過技術攻關，開發出一種可用于溫室的靜電農藥噴灑機。這種靜電噴藥機安裝有2個腳輪和把手，可用于推動，適于在不同溫室間的靈活移動，可以做到一機多溫室用、多人用、多種農藥用。該機使用方便，采用多層絕緣技術，安全可靠。機器寬0.5m，可以靈活地溫室內部的步道推動，機器高1.1m，搬運方便。另外，各種控制器都內嵌到機身里，外部安裝有外罩，美觀安全。控制單元密封在控制箱內，絕緣、防水、防潮。該機器作業操作簡單，易于維護，適合中國溫室大面積推廣應用。

噴藥機工作原理

藥液首先經過初級過濾器過濾后通過壓力單元進行加壓，加壓后的藥液經過計量孔計量后，通過噴槍實現霧化。農藥在霧化過程中再經過高壓脈沖電極使霧滴帶電，并在氣流的作用下二次霧化，霧化后的高速氣流將帶電的霧滴送到待噴灑的目標植株上。靜電噴藥機采用220V交流電源作為工作電源，電源經過控制箱后向系統的各個部分分別供電，控制箱內有電源適配器、壓力單元和發光二極管以及其他電子控制元件。電源首先通過電源適配器產生12V直流電壓，該直流電壓為液泵和中間繼電器供電。液泵供電后將噴灑藥液從液箱內經過管路泵出，形成高壓液流，供給噴槍。控制盒上安裝有壓力顯示表，可以實時顯示液泵所供液體的壓力，液泵由自動卸壓和手動調節壓力2種方式進行調節。

溫室靜電噴藥機設計有2個液箱，分為大液箱和小液箱。混合好的藥液經過沉淀后倒入大液箱，經過過濾后，由壓力單元抽取藥液經過系統二次過濾加壓后通過噴槍噴灑到目標植株的表面，該液箱的容積為3L。小液箱盛有純凈水，主要用途是當噴藥工作完成后，可用于清洗管路和噴頭，用來維護靜電噴藥機的壓力單元和噴槍以及電極，延長設備的使用壽命。機器安裝的靜音空氣壓縮機是通過中間繼電器控制的，中間繼電器的工作電壓為直流12V的電壓，這樣可以保證設備的控制精度和安全可靠性。當電源接通，閉合啟動開關后，繼電器線圈吸合，空氣壓縮機開始工作，產生高壓氣流，通過管路供給噴槍，使帶電藥液二次霧化。噴槍內設計有高壓靜電發生模塊，采用獨立的12V充電蓄電池進行供電，可以反復充電使用，高壓靜電發生模塊產生1.5kV脈沖高壓靜電，通過絕緣的內部結構供給噴頭處的嵌入式脈沖中極，電極在噴槍內部形成電場，高壓空氣流攜帶的汽化液滴在飛過電場時每一個霧滴都攜帶了負電荷，高速的帶電霧滴通過噴嘴處的尼龍防護罩噴灑向目標植株的葉片。圖1為溫室靜電農藥噴灑機流程框圖。

噴藥機結構

噴藥機主要由4部分組成，即機架、靜電系統、氣體液體系統和控制系統。機架主要作用是為噴藥機的各個部分和零件提供一個安裝的平臺，機架上安裝有推手和腳輪，使溫室噴藥機能在不同溫室之間方便移動，提高靜電噴藥機的使用效率。靜電系統主要用來產生靜電脈沖，使霧滴攜帶負電荷，該系統包括蓄電池和高壓靜電發生模塊，主要內嵌在靜電噴槍內：氣體液體系統主要由藥箱、壓力單元和靜音空氣壓縮機組成，壓力單元和壓縮機分別提供噴藥機所需要的高壓液體和高速氣流；控制系統包括開關、控制箱、指示燈等，控制箱對壓力單元和空氣壓縮機進行控制。其結構圖如圖2a、圖2b所示，溫室靜電農藥噴灑機實物圖如圖3所示。

設備應用

該設備在北京小湯山國家精準農業示范基地設施溫室中進行示范應用，取得良好的效果，殺蟲劑和殺菌劑的使用周期從原來的1周1次延長到2周1次，藥效能夠有效地持續2周以上。用量減少到原來的1／3。甜瓜在種植過程中，使用靜電噴藥機進行試驗，藥液能有效地吸附在葉片的正面和背面，噴藥作業結束后，溫室封閉環境中空氣中懸浮霧滴很少。和常規噴霧機器對比，使用靜電噴藥機附著在葉片背面的霧滴明顯增多，葉片正面的霧滴也能均勻地分布，葉片正面和葉片背面的霧滴附著量差異已經很少，這就說明這種靜電技術在溫室噴霧作業中能夠有效地解決溫室噴霧面臨的瓶頸，為提高農藥的使用效率以及降低農藥殘留奠定了基礎。圖4為靜電噴藥機和常規噴藥機在實際應用中葉片的正面和背面霧滴吸附的顯微對比圖，圖4a為使用靜電噴藥機噴藥后葉片正面的霧滴吸附情況，霧滴所帶的負電荷由于同電荷互相排斥而均勻地分布在葉片表面，不會凝結成較大的霧滴而導致從葉片上滾落。圖4b為使用靜電噴藥機噴藥后葉片背面的霧滴吸附情況，霧滴帶負電荷，首先霧滴間因同為負電荷、同性相斥的作用而散開，當快要到達葉片時，又由于葉片攜帶的正電荷、異性電荷相吸作用，一部分霧滴由于吸引力被吸附到葉片背面，均勻地分布在葉片背面。一般來說，大量的害蟲和病菌集中在葉片背面見不到陽光的地方，若攜帶負電荷的霧滴有效吸附在葉片背面，則葉片背面的病菌和害蟲就能得到有效抑制。圖4c為常規噴藥機噴霧后葉片正面的霧滴吸附情況，霧滴分布不是很均勻，而且有一部分霧滴凝結成比較大的水珠，葉片無法有效地吸收，導致藥液揮費。圖4d為常規噴藥的葉片背面的霧滴吸附情況，由于枝葉的遮擋，常規噴藥機的藥液無法有效地到達葉片背面，同時，噴藥壓力單元產生的慣性無法“拐彎”，因此如果從上往下噴藥，霧滴基本上無法吸附到葉片背面，形成少量的霧滴吸附也是凝結成水珠，植物無法有效地吸收，因此也無法有效地抑制葉片背面的害蟲和病菌，同時大量的霧滴懸浮在空氣中或者噴在土壤上或者地膜表面，造成農藥大量的浪費。

篇8

溫室生產過程中的作物長勢監測是作物生長管理的重要依據。科學地獲取第一手的溫室作物長勢數據、植被生長狀態、植被覆蓋度等信息，能夠為精準水、肥管理提供可靠的基礎數據，因此也一直是溫室園藝生產環節關注的熱點問題。目前，應用比較廣泛的是對植被指數的監測，包括LAI和NDVI。LAI是指葉面積指數(Leaf Area Index)，又叫葉面積系數，是一塊農田上作物葉片的總面積與占地面積的比值。即葉面積指數=綠葉總面積／占地面積。葉面積指數是反映作物群體大小的動態指標。在一定的范圍內，作物的產量隨葉面積指數的增大而提高。當葉面積超過一定的限度后，田間通風不好，光照不足，光合效率減弱，產量反而下降。NDVI是指歸一化植被指數(NormalIzed Difference Vegetation Index)，利用兩個波段反射率進行計算得出，是反映農作物長勢和營養信息的重要參數之一，根據該參數可以獲得不同季節的農作物對氮的需求量，對合理施用氨肥具有一定的指導作用。植被指數在作物生產決策中得到廣泛應用。美國俄克拉荷馬州立大學在2002年推出了GreenSeeker光傳感器實時變量施肥機系統，這種系統根據植物光譜理論實時計算出作物的生長條件和營養狀況。楊瑋等(2007)通過采用NDVI指數和氮肥優化算法，采用變量施肥技術實現作物長勢趨于平衡。臺灣大學林慧美等對在溫室環境下相關植被指數的獲取和應用進行了系統的論述，并將相關植被指數應用于溫室灌溉水量的分級中。溫室精準管理中植物長勢監測是一個重要的環節，獲得的植被指數數據可以在作物歷史數據庫保存查詢，有非常重要的價值。

地物光譜儀

溫室環境下，植物長勢NDVI數值的測量如果采用地物光譜儀進行測量，該測量方法存在視場角較小、對日光照明條件有較高要求的限制，而且設備結構復雜、質量較大、價值昂貴、操作困難，所以進行大面積推廣應用有諸多困難。因此，在溫室實際生產中需要開發小巧便攜式的NDVI測量儀，以便非常方便地對作物長勢進行精確測定。

基于自然光測量的便攜NDVI測量儀

GreenSeeker手持式NDVI測量儀利用自然太陽光源能夠非常方便地由一個人測量、記錄NDVI數值。該測量儀可對單個的測量點進行測量，測量時可通過將測量數值和對應的編號保存在系統自帶的掌上電腦中，也可通過掌上電腦實時地讀取相關的植被指數值。圖1為在溫室環境下使用手持式NDVI測量儀，圖2為NDVI掌上電腦。

由于國外引進的儀器價格昂貴不利于推廣應用，因此自主開發了一種基于ARM單片機芯片的小型NDVI測量儀，該測量儀可以在測量作物長勢的同時，將測量點的坐標等外界傳感器參數同時記錄到測量系統的USB移動存儲器中，測量完成后只需將記錄數據的USB存儲器拔下，將數據導入到系統的推薦施肥系統軟件中，即可利用該測定數據實現系統的推薦施肥使用。

系統原理

利用太陽光照射，測試儀內14個光傳感器，分別是1是紅光入射光傳感器，2是紅光植被反射光傳感器，3是紅外入射光傳感器，4是紅外植被反射光傳盛器。以ARM7為微控制器，配置相應的接口電路完成傳感器信號采集、USB盤實現數據存儲、CAN總線數據通信、檢測信號顯示。傳感器信號采集部分包括特殊光譜響應特性的光電傳感器、光學系統。NDVI測試儀硬件結構如圖3所示。

特殊光譜響應的光電傳感器由窄帶干涉濾光片、硅光電二極管及其適配放大器等組成。窄帶干涉濾光片只允許中心波長附近通帶內的光通過，4個窄帶干涉濾光片分為兩組，每組為特性相同的兩濾光片，它們的中心波長分別位于植被光譜反射率曲線斜率最大處兩邊的近紅外(0.77μm～0.86μm)和紅光(0.62μm～0.68μm)波段，紅光波段為植被葉綠體峰值吸收區域，干涉濾光片的帶寬應保證在通帶內光譜反射率沒有明顯變化，以保證NDVI的測量精度。4個硅光電二極管與4個窄帶干涉濾光片組成兩組光電傳感器，分別用于近紅外和紅光兩特征波長處入射光和植被的反射光的探測，硅光電二極管在近紅外和紅光特征波長處具有較高的光譜靈敏度，其光敏面尺寸要保證在不同的日光照射條件下有足夠大信號輸出和線性度。用于入射日光信號探測的兩個光電傳感器安裝在測試儀的上方，用于植被反射光探測的兩個光電傳感器安裝在儀器的下方面向植被。

ARM7微控制器的主要任務是數據采集、控制、顯示。系統設有5個按鍵，這些按鍵分別用來控制本裝置的供電，復位微處理器，測量目標作物，儲器數據保存到U盤中。其中，AVD轉換器的輸入端連接放大電路輸出的4個信號，經過AVD轉換后，通過數據線輸出到微控制器上，4個通道采集到的傳感器的值傳輸到微控制器進行運算后在液晶上顯示出歸一化植被指數值。

主控單元用于實現數據處理、外設控制。涉及的外設包括CAN總線控制器、USB盤模塊、串口、AD。考慮到測量系統的升級方便性、成本的總體價格、功耗、緊湊性，在設計中選用具有ARM7內核的LPC2119作為微控制器。

結構描述

ARM7是一個通用的32位微處理器，具有高性能和低功耗的特點。其結構是基于精簡指令集計算機(RISC)原理而設計的。指令集和相關的譯碼機制比復雜指令集計算機要簡單得多。因此使用一個微型、廉價的處理器核即可實現很高的指令吞吐量和實時的中斷響應。由于使用了流水線技術，處理和存儲系統的所有部分都可連續工作。通常在執行一條指令的同時對下一條指令進行譯碼，并將第3條指令從存儲器中取出。該處理器使用了一個被稱為THUMB的獨特的結構化策略，非常適用于對存儲器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產品的應用。在THUMB后面一個關鍵的概念是“超精簡指令集”。具有標準32位ARM和16位THUMB兩個指令集，THUMB指令集的16位指令長度使其可以達到標準ARM代碼兩倍的密度，卻仍然保持ARM的大多數性能上的優勢，這些優勢是使用16位寄存器的16位處理器所不具有的。

電源電路

LPC2119要使用兩組電源，I/O口供電電源為3.3V，內核及片外外設供電電源為1.8V，所以系統設計為3.3V應用系統。首先，輸入12V直流電源，然后通過LM7805將電源穩壓至5V，再使用LD0芯片(低壓差電源芯片)穩壓輸出3.3V及1.8V電壓。LDO芯片采用了LM117MPX-18和LM117MPX-3.3，其特點為輸出電流大，輸出電壓精度高，穩定性高。LM117系列LDO芯片輸出電流可達800mA，輸出電壓精度±1％以內，還具有電流限制和熱保護功能。使用時，其輸出端需要鉭電容來改善瞬態響應和穩定性。

時鐘電路

LPC2119可使用外部晶振或外部時鐘源，內部PLL電路可調整系統時 鐘，使系統運行速度更快(CPU最大操作時鐘為60MHz)。如不使用片內PLL功能及ISP下載功能，則外部晶振頻率范圍是1MHz～30MHz，外部時鐘頻率范圍是1MHz～50 MHz；若使用了片內PLL功能及ISP下載功能，則外部晶振頻率范圍是10MHz～25MHz，外部時鐘頻率范圍是10MHz～25MHz，該測試儀采用片內PLL功能及ISP下載功能，使用的外部晶振頻率為11.059MHz。時鐘電路如圖4所示。

復位電路

考慮到溫室的濕熱環境，以及ARM的芯片高速、低功耗、低工作電壓導致其噪聲容限低，對電源的紋波、瞬態響應性能、時鐘源的穩定性、電源監控可靠性等諸多方面也提出了更高的要求。因此，復位電路使用了專用微處理器電源監控芯片MA×708SD，提高系統的可靠性。由于在進行JTAG調試時，nRST、nTRST是可由JTAG仿真器控制復位的，所以使用了三態緩沖門74HC125進行驅動。信號nRST連接到LPC2119芯片的復位腳，信號nTRST連接到LPC2119芯片內部JTAG接口電路復位腳。當復位按鍵RST按下時，MAX708SD立即輸出復位信號，其引腳RST輸出低電平導致74HC125D導通，信號nRST、nTRST將輸出低電平使系統復位。平時MAX708SD的RST輸出高電平，系統可正常運行或JTAG仿真調試。

液晶顯示電路

推廣應用時的實際情況要求設備必須有簡單的漢字界面顯示。該測試儀的液晶顯示模塊是帶漢字字庫的圖形點陣液晶顯示模塊，內含ST7920驅動控制器，8000多國標一、二級簡體字庫，編碼調用漢字字符，可圖文混排，并提供串行／并行兩用接口。電源操作范圍寬(2.7V～5.5V)，低功耗設計滿足產品的省電要求。同時，與單片機等微控制器的接口界面靈活。液晶顯示電路用于顯示系統的工作狀態以及土壤電導率數據。VDD可為3V或為5V，根據所使用的液晶進行選擇，VO、VR兩端外接一電阻，用于亮度調節。D2用于分壓，保證液晶進行背光時工作在4.0V～4.4V，起到保護液晶的作用。

U盤存儲電路

溫室環境的實際生產中U盤比較普及，普通用于容易接受這種存儲方式。易于采購和攜帶，具有多種容量可供選用，而且攜帶方便、存儲量大、掉電數據不丟失、即插即用。采用U盤存儲數據，可廣泛應用到需要與計算機不定期交互數據的數據采集系統中，解決了掌上電腦或其他較笨重的設備帶到溫室進行數據更新和采集的麻煩，具有良好的實用價值。U盤存儲電路用于實現RAM中的數據按照海量存儲協議規定的數據格式存儲到U盤中，電路采用U盤模塊來完成。U盤模塊上面集成了一個單片機和USB控制器芯片和少量的外部元件。其中USB芯片已經集成了海量存儲協議，單片機內部集成了USB功能軟件與底層軟件。LPC2119控制器通過串口與U盤模塊連接。U盤模塊的參數配置通過配置線與計算機通過USB口完成。便攜式NDVI測試儀如圖5所示。

儀器用于測量紅光和紅外光特征波長處入射光信號的傳感器，使用時垂直向上。為了減小日光入射角對信號幅度造成的影響，傳感器前設有毛玻璃或乳白玻璃的漫射體，漫射體下方是相應波長的窄帶干涉濾光片和硅光電二極管。而用于測量紅光和紅外光特征波長處植被反射光信號的傳感器。使用時垂直向下，在最下方是相應波長的窄帶干涉濾光片，它的上面為接收物鏡，使所要求的探測范圍，在離植被一定距離處成像在物鏡上方的硅光電二極管光敏面上。

應用

篇9

噴頭是噴霧器的重要組成部分之一，它對農藥的安全及高效使用起著決定性的作用。噴頭的形式決定著化學農藥的噴灑數量和噴灑方式。液滴式噴頭是目前普遍使用的噴頭，它對減少噴灑漂移及噴灑危害造成的損失起著決定性的作用。實驗證明，小霧滴噴頭適合噴灑殺菌及殺蟲劑，這樣噴灑的霧滴對噴灑靶標具有較好的覆蓋性；大霧滴噴頭具有較好的穿透性，在植物生長的情況下，可以將更多的噴灑液滴噴灑到土壤表面。采用低漂移噴頭是減少噴灑液滴漂移的一個有效方法，因為在噴灑過程中，噴灑霧滴的大小對噴灑液滴在靶標上的沉積和減少漂移起著決定作用。

以前，減少噴灑霧滴漂移常采用增大噴灑霧滴的方法，而增大霧滴的同時也就增加了藥液的噴灑量，這樣就增加了噴灑過程中的用水量，在設施溫室內使用將會明顯增加設施的空氣濕度，易引發各種各樣的病害，與此同時也降低了勞動生產率。因此，科學合理地選擇相關噴灑噴頭，是設施園藝生產的重要技術之一。

預開孔扇形噴頭

預開孔扇形噴頭(Pre-orifice Flat Fan)，見圖1，該種噴頭在普通扇形噴頭的噴口前方插入一個預先開口的小塞，增加該小塞后，進入噴頭噴口噴灑溶液的壓力得到降低，這樣噴灑出的液滴直徑將會大于常規的無預開口的噴頭。噴灑過程中，噴灑壓力表指示的壓力并不是噴頭出口處的壓力。它的主要規格有80015到8005各系列的噴頭，它也包括噴角為110°的系列噴頭。該類噴頭的噴灑壓力，最高不能高于60psi，最低不能低于30psi，工作時的最佳壓力為40psi。該類噴頭的優點是，較普通的扇形噴頭，漂移可減少50％，但其不足是，堵塞時不容易清理。該種噴頭適合于園藝作物的不同苗期灌溉管理，該種噴頭隨噴灑壓力的提高，噴灑霧滴的直徑也呈逐漸變小的趨勢，表1列出了各種噴頭在不同噴灑壓力下的霧滴情況。

文丘里防漂移噴頭

目前在國際市場上有許多種不同的文丘里噴頭出售。該類型噴頭都有如下的共同特點，即都有1個～2個計量孔，其中一個孔是形成噴灑所需的液滴形狀，該孔稍微大于計量孔。在這兩種孔的中間是一個文丘里孔。在噴頭體內，吸入的空氣與噴灑溶液相互混合，從而形成噴灑液體與空氣的混合體。因而，在噴頭出口處噴灑的壓力得到降低，噴灑的液滴中含有氣泡，避免了易漂移小液滴的形成。由于噴灑出的液滴中含有氣泡，液滴在接觸到噴灑的靶標后會發生破裂，從而增加靶標上的噴灑液滴數量，增加化學農藥的噴灑覆蓋效果。

Greenleaf TurboDrop噴頭

見圖2，該噴頭是最早出現的一種文丘里噴頭。該種噴頭的噴尖可以從噴頭體上分離下來，換上其他的噴尖，從而適應特殊的噴灑功能。例如，裝上特殊的噴嘴后即可增加噴灑液滴的直徑，加大噴灑的范圍。但是在變換噴尖的過程中，一定要遵照生產廠家推薦的流量標準進行配置。該種噴頭若要產生適當噴灑霧滴，則噴灑壓力在30psi～150psi之間可以獲得較好的噴霧效果，最佳的噴灑壓力應在60psi～80psi之間。該類噴頭的優點是，可以安裝在標準噴頭的快速接頭座上，陶瓷計量孔確保其可長時間使用，避免由于該孔磨損而影響噴灑噴量。噴尖采用可分離的結構方式，使得噴頭堵塞清理變得異常容易。該類噴頭在設施溫室內使用主要是用于大面積溫室育苗床的灌水。

Turbo TeeJet Induction扇形噴頭

該噴頭的結構類似于Greenleaf TurboDrop噴頭。與上述噴頭不同之處是，整個噴頭都是由塑料構成的，該噴頭屬于低壓噴頭，若要產生一個好的噴灑模式，則噴灑壓力應在15psi～100psi之間，噴霧壓力達到75psi時仍可噴灑出大的霧滴，但若噴灑壓力超過75psi時，則開始產生一些小霧滴，因此，最佳的噴灑壓力在60psi～80psi之間。該噴頭的優點是，也可安裝在標準噴頭快速接頭座上，它特別適合于安裝在噴霧壓力低、壓力變化幅度大的噴霧器上。該噴頭具有較寬的噴霧錐角，因此噴灑覆蓋性能較好，在設施溫室內灌溉苗床育苗作物的生長，可以明顯降低噴灌在噴灑壓力較高情況下，容易造成噴灑水分的漂移損失的問題。圖3為該噴頭的結構示意圖。

Teejet Air Induction噴頭

該噴頭簡稱AI噴頭。噴頭的噴嘴是由耐磨不銹鋼制成的。該種噴頭可用于帶狀均勻噴灑，噴頭的規格在110015～11005之間。若要得到好的噴灑扇形，噴灑壓力應在40psi～100psi之間。最佳的噴霧壓力在60psi～80psi之間。該種噴頭產生的霧滴略粗于其他文丘里噴頭，該種噴頭即使在很高的噴霧壓力的情況下，仍可得到直徑較大的噴灑霧滴。因此，在灌溉用水過濾條件較差的灌溉地區，使用該噴頭具有較好的灌溉效果。圖4為該噴頭的實際形狀。

雖然大多數的文丘里噴頭標定的最小壓力為30psi～40psi，但在實際條件下若要得到好的噴灑效果，噴頭的噴灑壓力則必須大于該壓力。若噴灑的壓力低于推薦的噴灑壓力，則噴灑液體不能形成較好的噴灑扇面，與此同時它也使通過吸氣孔進入到噴頭體內的空氣量減少，這樣將影響到空氣的吸入機制。若噴灑的液滴內部沒有包含空氣泡，則將來的噴灑覆蓋性能就不好。文丘里噴頭可以在氣候變化的環境中使用，由于其具有較大的霧滴直徑，從而其防漂移和穿透特性均較好，因而在生產實踐中也變得逐漸廣泛起來。

雙扇形噴灑噴頭

篇10

本文介紹了一種基于貼接法嫁接技術的蔬菜自動嫁接機，該機主要的技術難點是解決秧苗快速切削和精準對接，以及嫁接夾自動排序與供給等問題。為實現上述目的，該機采用雙工位上苗作業方式，砧木和接穗分別設有2對夾持手和2組切削裝置，利用虛擬樣機技術構建嫁接機三位仿真模型，結合氣動輸出和PLC控制系統，開發出2TJ－800型蔬菜自動嫁接機。

機械結構和工作原理

2TJ－800型蔬菜自動嫁接機結構包括砧木上苗機構、砧木夾持手、砧木切削機構、砧木搬運機構、接穗上苗機構、接穗夾持手、接穗切削機構、接穗搬運機構、嫁接夾自動上夾機構和和秧苗輸送帶等。

整機布局設計：砧木和接穗的搬運裝置分別設有2組夾持手，采用水平對稱式分雙夾持手的旋轉臂結構，并以2組搬運裝置為基準分別設置上苗工位、切削工位和對接工位。砧木和接穗搬運裝置的初始位置設為水平0°，在操作臺兩側分別設置相應上苗工位：兩搬運裝置相向旋轉90°，分別設置2組砧木和接穗的切削工位；兩搬運裝置相向旋轉180°，設置為砧木和接穗對接工位。

工作過程：如圖2所示，①將砧木1和接穗1分別放入砧木和接穗的上苗機構中。②踩下砧木和接穗的上苗踏板，砧木和接穗的搬運裝置的第一組夾持手伸出，夾持住砧木1和接穗1并縮回，兩搬運裝置相向旋轉90°至切削工位1。⑨砧木和接穗切刀1分別對砧木1和接穗1進行切削。④兩搬運裝置繼續相向旋轉90°至對接工位，第一組夾持手再次同時伸出，使砧木1和接穗1的兩切削面剛好貼合在一起。⑤送夾裝置推出嫁接夾，夾持住砧木1和接穗1的貼合部位，第一組夾持手松開嫁接苗并縮回，嫁接苗落到輸苗帶上并輸出，完成一株苗嫁接。⑥同時，第二組夾持手處于上苗工位，伸出對砧木2和接穗2進行取苗。⑦兩搬運裝置同時反向旋轉90°，第二組夾持手至切削工位Ⅱ，砧木和接穗切刀Ⅱ分別對砧木2和接穗2進行切削。⑧兩搬運裝置繼續反向旋轉90°，第二組夾持手到達對接工位，同時，第二組夾持手再次伸出，使砧木2和接穗2的兩切削面貼合。⑨送夾裝置再次推出嫁接夾，完成2株苗嫁接，依次循環作業。

嫁接試驗

試驗用砧木和接穗苗參數見表1所示，其中，數據為均值，括號內數據為標準差。

為準確測定嫁接機效率，選用2名上機熟練的作業人員進行4組不同秧苗的嫁接作業，與人工作業進行對比試驗。記錄每組連續完成100株嫁接苗的作業時間，數據如表2所示。

結果表明，該機平均嫁接速度為858株／h，人工嫁接速度為135株／h，嫁接速度是人工作業的6～7倍，完全可取代人工嫁接作業，用于工廠化嫁接育苗生產。

結論

(1)砧木和接穗的搬運裝置采用水平對稱式的雙夾持手的旋轉臂結構，可實現一組夾持手處于對接作業的同時，另一組夾持可進行上苗作業，提高嫁接速度。

(2)該機平均嫁接速度823株／h，嫁接速度是人工作業的6～7倍，適合工廠化的嫁接育苗生產。瓜類比茄類嫁接速度稍慢，原因是切削工序不同，上苗子葉方向需要調整。