无土栽培营养液多离子浓度检测系统

发布时间：2017-05-31 17:26

  本文关键词：无土栽培营养液多离子浓度检测系统，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在设施农业栽培生产中,离子浓度检测是实现种植作物栽培营养液优化调控和管理的先决条件。离子选择电极是20世纪70年代在分析化学领域出现的一个崭新分支,由于它独特的优势,为实现无土栽培营养液多离子浓度检测提供了有效手段。但是在实际离子浓度检测过程中,干扰离子对检测精度影响很大,且相近的离子之间会产生交叉敏感使得检测精度大大降低,传统方法解决上述问题时,难以兼顾实时性和准确性,操作程序繁琐,精度较差,严重制约了离子选择电极在设施农业栽培中的应用。本研究以设施农业无土栽培生产中营养液为研究对象,首先通过对多离子浓度测量及离子选择电极性能理论分析,研究了基于离子选择电极的多离子浓度检测方法,建立多离子浓度检测步骤和试验方法;然后通过对交叉敏感效应产生机理分析,提出了一种基于CART树回归算法的交叉敏感自动校正方法,利用CART树回归在解决多特征数据的复杂相互影响的优势,将CART树回归算法在全局拟合误差判定进行了改进,建立了交叉敏感校正模型,离子选择电极的交叉敏感校正实验分析表明,钾离子选择电极的检测相对误差从27.5%降至5.25%,实验验证了本校正方法是有效的;最后以单片机为控制核心,离子选择电极为传感器,触摸屏为人机交互界面,设计了信号处理电路,研制了无土栽培营养液多离子浓度检测实验系统。测试实验结果表明,钠离子浓度检测的平均相对误差为5.44%,钾离子浓度检测的平均相对误差为6.01%,硝酸根离子浓度检测的平均相对误差为5.17%。交叉敏感效应对检测精度的影响的得到明显的改善,基本实现了营养液多离子浓度实时检测,有利于促进设施农业栽培生产自动化调控和管理。
【关键词】：检测系统 离子浓度 交叉敏感 离子选择电极
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S317;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 研究目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势9-13
• 1.2.1 无土栽培营养液检测方式9-11
• 1.2.2 离子选择电极分析法11-12
• 1.2.3 交叉敏感效应抑制和补偿12-13
• 1.2.4 CART树回归算法13
• 1.3 本研究主要内容和章节结构安排13-16
• 1.3.1 本研究的研究思路14-15
• 1.3.2 本研究的实验方案15-16
• 1.3.3 章节结构安排16
• 1.4 小结16-17
• 第二章 离子选择电极法多离子浓度检测方法研究17-23
• 2.1 离子选择电极法的理论基础17-20
• 2.1.1 膜电位及Nernst公式17-19
• 2.1.2 离子选择电极的主要特性19-20
• 2.2 离子选择电极法多离子浓度检测的方法20-21
• 2.3 离子选择电极法多离子浓度检测的特点分析21-22
• 2.4 小结22-23
• 第三章 基于CART树回归算法的交叉敏感效应校正方法23-35
• 3.1 交叉敏感效应产生机理23
• 3.2 基于CART的交叉敏感效应校正方法23-25
• 3.3 基于CART的交叉敏感效应校正方法的实验验证与分析25-33
• 3.3.1 实验方案25-26
• 3.3.2 实验过程与结果分析26-33
• 3.4 小结33-35
• 第四章 营养液多离子浓度检测系统的研制35-54
• 4.1 检测系统总体结构设计35
• 4.2 检测系统工作原理及过程35-36
• 4.3 硬件设计36-43
• 4.3.1 微控制器36-37
• 4.3.2 离子选择电极与参比电极37-39
• 4.3.3 多路信号选择器与信号处理电路39-40
• 4.3.4 温度测量模块40-41
• 4.3.5 TFT液晶触摸显示模块41-42
• 4.3.6 硬件连接42-43
• 4.4 软件设计43-48
• 4.4.1 主程序设计43-44
• 4.4.2 单组浓度测量子程序设计44-45
• 4.4.3 温度测量子程序设计45-46
• 4.4.4 数据处理子程序设计46-47
• 4.4.5 显示子程序设计47-48
• 4.5 检测系统调试48-52
• 4.5.1 调试方法48-49
• 4.5.2 硬件调试49-51
• 4.5.3 软件调试51-52
• 4.5.4 综合调试52
• 4.6 小结52-54
• 第五章 多离子浓度检测系统性能试验54-68
• 5.1 试验内容及步骤54
• 5.2 离子选择电极输出特性标定及结果分析54-61
• 5.2.1 钾离子选择电极的输出特性标定及结果分析54-57
• 5.2.2 钠离子选择电极的输出特性标定及结果分析57-59
• 5.2.3 硝酸根离子选择电极的输出特性标定及结果分析59-61
• 5.3 多离子交叉敏感模型标定及结果分析61-64
• 5.4 检测系统性能测试及结果分析64-67
• 5.5 小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 本文主要研究工作总结68
• 6.2 工作展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间学术成果75

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本文编号：410183