基于黄瓜植株需光差异特性的立体补光调控系统设计

发布时间：2020-12-19 00:54

　　光照是植物进行光合作用的首要条件,但近年受雾霾天气影响,设施内光照不足严重制约了设施作物的生长,为了实现冬春季设施农业增产提质必须采用人工补光。传统的补光模式多将补光灯悬挂在设施大棚顶部,出现植株顶端功能叶位光抑制和中下部叶位光照不足问题,从而导致植株光合能力下降。研究发现黄瓜植株不同叶位间存在显著的需光差异,但现有的植物补光技术并未考虑到这一点,因而会造成补光量与植株实际需求不匹配。本文针对现有植物补光技术存在的不足,开发了基于黄瓜植株不同叶位需光差异特性的立体补光调控系统。调控系统可以获取设施内不同叶位环境信息、调整立体补光灯悬挂位置、动态反馈修正顶灯和株间灯补施量,最终实现设施内光环境的优化调控,达到设施黄瓜增产提质的目标。本文主要研究内容和结论如下:(1)基于Arduino控制的补光灯升降机构研发。综合考虑立体补光灯应用过程中所存在的悬挂高度调整困难、影响农事活动等问题,开发了可自动测距及精确调整补光灯悬挂位置的升降机构。升降机构由CC2530模块接收升降指令、TFmini激光雷达自动测距、TB6600驱动57步进电机,Arduino板通过控制程序实现对升降机构的控制,主动轴旋... 

【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 作物需光差异特性研究现状
        1.2.2 植物补光调控技术研究现状
    1.3 研究内容
    1.4 技术路线
    1.5 论文组织结构
第二章 系统需求分析与总体设计
    2.1 设施作物需光差异特性与系统需求分析
    2.2 系统设计要求
        2.2.1 功能需求
        2.2.2 性能要求
    2.3 立体补光调控系统整体设计
        2.3.1 立体补光调控系统硬件设备设计
        2.3.2 立体补光调控系统软件程序设计
    2.4 关键技术分析
        2.4.1 ZigBee无线通信技术
        2.4.2 嵌入式智能控制技术
        2.4.3 Arduino控制步进电机
        2.4.4 叶片净光合速率指标
    2.5 本章小结
第三章 立体补光调控系统升降机构
    3.1 升降机构整体设计
    3.2 升降机构硬件设计
        3.2.1 步进电机选型
        3.2.2 步进电机驱动器及控制器选型
        3.2.3 基于TFmini激光雷达的自动测距方法
        3.2.4 升降机构搭建
    3.3 升降机构软件设计
        3.3.1 升降机构Z-stack协议栈开发
        3.3.2 Arduino升降机构控制程序
    3.4 本章小结
第四章 立体补光调控系统补光节点与监测节点
    4.1 补光节点整体设计
    4.2 补光节点硬件设计
        4.2.1 灯管式补光灯设计
        4.2.2 补光节点驱动设计
    4.3 补光节点软件设计
    4.4 监测节点设计
    4.5 本章小结
第五章 立体补光调控系统智能控制终端
    5.1 智能控制终端整体设计
    5.2 智能控制终端硬件设计
    5.3 智能控制终端软件设计
        5.3.1 智能控制终端UI界面设计
        5.3.2 智能控制终端主程序设计
        5.3.3 Z-Stack协议栈开发
    5.4 本章小结
第六章 立体光环境优化调控系统测试与验证
    6.1 立体补光灯光场验证
        6.1.1 实验假设
        6.1.2 实验材料与方法
        6.1.3 实验方案
        6.1.4 数据处理与结果分析
    6.2 升降机构调控精度测试
    6.3 立体补光调控系统部署
    6.4 光环境优化调控效果验证
        6.4.1 黄瓜植株生长指标验证
        6.4.2 黄瓜植株叶片净光合速率验证
        6.4.3 黄瓜产量及效益验证
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]融合叶位光合差异的设施黄瓜立体光环境优化调控模型[J]. 张海辉,张盼,胡瑾,来海斌,高攀,李斌.  农业机械学报. 2019(02)
[2]飞利浦园艺LED在温室生产中的应用实践[J]. 戴剑锋.  农业工程技术. 2017(13)
[3]基于不同叶位受光条件的玉米冠层光合生产能力分析[J]. 范盼盼,谢瑞芝,明博,李姚姚,王克如,侯鹏,李少昆.  玉米科学. 2017(05)
[4]温室LED高效节能补光照明控制装置的研究[J]. 李建军,李延国,刘柱,李敏,任慧,杨眉,何禹,黄雷,欧志鹏,张航.  农业与技术. 2016(23)
[5]“十二五”我国设施蔬菜生产和科技进展及其展望[J]. 喻景权,周杰.  中国蔬菜. 2016(09)
[6]基于TB6600HG的步进电机驱动控制设计[J]. 马文斌,杨延竹.  中国农机化学报. 2016(07)
[7]光质对植物生长发育的影响[J]. 许大全,高伟,阮军.  植物生理学报. 2015(08)
[8]我国设施农业发展现状与对策[J]. 张震,刘学瑜.  农业经济问题. 2015(05)
[9]LED植物生长灯设计研究[J]. 李玉婷,刘振宇,刘翠翠,郭俊杰,张晓杰,齐乐.  农业与技术. 2015(09)
[10]用于温室植物补光的LED组合光源的设计与优化[J]. 李征明,于辉,纪建伟.  浙江农业学报. 2015(03)

博士论文
[1]基于作物光合需求的设施光环境调控方法与技术研究[D]. 胡瑾.西北农林科技大学 2016
[2]光系统Ⅱ的可逆失活和不可逆破坏[D]. 蔡时青.中国科学院研究生院（上海生命科学研究院） 2002

硕士论文
[1]LED补光对日光温室黄瓜生长、生理指标及品质的影响[D]. 苏立芳.河北工程大学 2018
[2]基于无线传感器网络的植物补光系统研究[D]. 赵杰荣.大连工业大学 2017



本文编号：2924936