温室群环境参数监测系统与参数时空分布规律研究
发布时间：2021-11-02 01:44
温室栽培作为一种高效高产、资源节约型农业生产与管理技术,以其内部环境参数可控、不受季节影响等独特优势,成为我国北方寒旱地区提高土地资源利用率、降低生产成本、实现农作物高效增产与保质增收的重要生产手段。研究表明,温室内部的环境温湿度、土壤温湿度、光照强度以及CO2浓度等对农作物的生长具有至关重要的作用。近年来旨在为农作物生长创造适宜环境的自动化测控技术及智能控制系统等研究取得了跨越式的发展。然而,由于温室内部环境具有时变性强、线性度差、耦合性强、惯性大、滞后明显等特点,且容易受外部环境变化、温室建筑结构、作物生长形态等诸多不确定因素的交叉影响;同时,由于对温室工作人员的技术水平较高和运行成本相对昂贵等问题,导致现有的环境测控系统在小型温室群中的实用性不强,推广困难。为解决上述问题,提出在无线传感网络和GPRS传输技术的基础上,通过多传感器融合、温室独立控制与集总监测及软件仿真分析相结合的方法,建立具有自组网数据采集和远程集中监控功能的高效、集约型温室群测控管理平台;对不同类型、不同结构的温室各环境参数进行长期、实时、集中监测,并对其变化规律进行统计分析,以总结不同作...
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：192 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 课题研究背景与意义
1.2.1 研究背景
1.2.2 研究意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 温室群环境参数监测系统研究现状
1.3.2 温室环境参数时空分布规律及建模研究现状
1.4 存在的主要问题
1.5 课题研究内容、方法及技术路线
1.5.1 课题研究内容
1.5.2 课题研究方法
1.5.3 论文技术路线
2 温室群测控系统关键设备研究
2.1 系统的总体设计方案
2.1.1 温室群控系统的特点
2.1.2 系统的网络拓扑结构与工作原理
2.1.3 温室环境分析及传感器组参数选择
2.2 基于RS485总线的无线信息采集节点设计
2.2.1 RS485总线及Modbus通讯协议
2.2.2 数据采集节点的软硬件系统设计
2.2.3 节点数据处理算法与性能测试
2.3 基于433MHz技术的自组网数据汇聚节点设计
2.3.1 短距离无线通信技术介绍
2.3.2 数据汇聚节点的软硬件系统设计
2.3.3 汇聚节点工作性能测试
2.4 基于GPRS的远距离数据传输设备研究
2.4.1 GPRS无线传输模块
2.4.2 远距离无线数据传输节点设计
2.4.3 GPRS节点实验测试
2.5 本章小结
3 温室内部自组网测控系统研究
3.1 温室自组网测控系统的构建
3.1.1 温室测控系统的基本功能
3.1.2 温室测控系统的结构组成与工作原理
3.1.3 网络拓扑结构及全覆盖策略
3.2 传感器的标定与试验测试
3.2.1 传感器的标定
3.2.2 传感器的性能测试
3.3 自组网测控系统研究
3.3.1 433MHz无线数据透传模块
3.3.2 无线自组网通信策略研究
3.3.3 无线自组网通信协议实现
3.3.4 温室环境参数控制器设计
3.3.5 数据处理与显示软件设计
3.4 温室自组网测控系统试验测试
3.4.1 系统无线传输距离测试
3.4.2 采集节点续航能力测试
3.4.3 分组自组网性能参数测试
3.5 本章小结
4 基于GPRS的温室群集总监测系统研究
4.1 集总监测系统的结构及软件组成
4.1.1 监测系统的基本组成及工作原理
4.1.2 监测系统的软件组成
4.2 服务器数据汇聚软件及数据库系统研究
4.2.1 数据汇聚软件基本功能
4.2.2 服务器端数据库系统
4.2.3 GPRS网络数据传输协议研究
4.3 远程客户端集总测控软件设计
4.3.1 客户端软件基本组成及功能
4.3.2 客户端软件人机交互界面设计
4.3.3 客户端软件程序设计
4.4 GPRS通信链路的构建与测试
4.4.1 GPRS通信链路的构建
4.4.2 参数配置及实验测试
4.5 本章小结
5 温室群环境参数监测系统的性能综合测试与分析
5.1 自组网数据采集与测控系统测试
5.1.1 自组网系统测试方案设计
5.1.2 无线自组网系统综合测试
5.2 服务器软件系统综合测试
5.2.1 数据中心软件基本功能测试
5.2.2 数据库系统基本功能测试
5.3 客户端数据采集与分析软件测试分析
5.3.1 数据汇聚与实时显示功能测试
5.3.2 数据库访问与集总仿真分析测试
5.3.3 客户端数据存储功能测试
5.4 环境参数独立分析功能测试
5.5 本章小结
6 温室内部环境参数时空分布状况分析
6.1 环境参数时空分布监测方案
6.1.1 温室群基本情况
6.1.2 典型高度平面环境参数监测方案
6.1.3 典型纵截面环境参数监测方案
6.1.4 室内环境参数时空分布三维重构方案
6.2 不同高度平面环境参数时空分布状况分析
6.2.1 环境温湿度分布状况分析
6.2.2 土壤温湿度分布状况分析
6.2.3 光照强度和CO2浓度分布状况分析
6.3 典型纵截面环境参数时空分布状况分析
6.3.1 环境温度分布状况分析
6.3.2 环境湿度分布状况分析
6.3.3 土壤温湿度分布状况分析
6.3.4 光照强度分布状况分析
6.3.5 CO_2浓度分布状况分析
6.4 温室环境参数耦合模型构建和分析
6.4.1 室内环境温度-光照强度-室外环境温度模型
6.4.2 室内环境湿度-室内环境温度-时间模型
6.4.3 CO_2浓度-光照强度-时间模型
6.4.4 CO_2浓度-光照强度-室内温度模型
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
致谢
参考文献
附录
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]植物生产的光环境因子调控应用综述[J]. 于海业,孔丽娟,刘爽,张雨晴,隋媛媛. 农机化研究. 2018(08)
[2]日光温室内环境科学数据监测传感器的布设[J]. 彭秀媛,白冰,王枫,周国民. 江苏农业科学. 2017(10)
[3]基于物联网的日光温室环境智能监控系统研究与应用[J]. 周伟,吕全贵,李雪莲,林红兵. 物联网技术. 2017(05)
[4]日光温室边际土壤温度试验及模拟研究[J]. 张海鑫,塔娜,康宏源. 北方园艺. 2017(05)
[5]基于无线传感网的设施环境二氧化碳精准调控系统[J]. 张海辉,邵志成,张佐经,吴婷婷,王传哲,辛萍萍. 农业机械学报. 2017(03)
[6]基于Labview的大棚温室环境因子测试与控制系统[J]. 周兵,赵景辉,宋艳丽. 农业网络信息. 2017(01)
[7]基于6LoWPAN和WLAN的温室大棚智能监测系统[J]. 冯春卫,胡国强. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(12)
[8]温室方位角对日光温室光环境影响的模拟研究[J]. 杨文雄,马承伟. 北方园艺. 2016(19)
[9]基于ZigBee的温室环境检测系统设计[J]. 魏旭东,史颖刚,刘利付,旺张猛. 内蒙古农业大学学报(自然科学版). 2016(04)
[10]基于物联网的智能温室远程监控系统设计[J]. 赵文兵,毛罕平,马万征. 中国农机化学报. 2016(06)
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]基于无线传感网络的土壤风蚀监测系统研究[D]. 刘海洋.内蒙古农业大学 2016
[3]基于模型优化预测与流场分析的温室能耗控制方法[D]. 陈教料.浙江大学 2016
[4]日光温室保温被传热模型的建立及保温性影响因素分析[D]. 刘晨霞.中国农业大学 2015
[5]辽沈日光温室能量平衡方程中几个主要分量模拟模型的构建[D]. 韩亚东.沈阳农业大学 2015
[6]温室小气候模型的建立及其控制策略研究[D]. 邹秋滢.沈阳农业大学 2010
[7]北方干寒地区日光温室小气候环境预测模型与数字化研究[D]. 毕玉革.内蒙古农业大学 2010
[8]温室环境测控系统的适用性研究与实现[D]. 张潜.浙江大学 2009
[9]日光温室蔬菜CO2施肥效应与机理及CO2环境调控技术[D]. 魏珉.南京农业大学 2000
硕士论文
[1]基于ZigBee技术的温室卷帘控制系统设计[D]. 刘焕宇.西北农林科技大学 2017
[2]基于总线的连栋温室监控系统设计[D]. 张莹.西北农林科技大学 2017
[3]北方日光温室无线传感器多数据融合技术的研究[D]. 崔琳.沈阳农业大学 2016
[4]基于无线传感器网络的温室集群管控平台构建研究[D]. 许嫣然.南京农业大学 2015
[5]内蒙古高寒地区日光温室性能研究[D]. 朱山川.内蒙古农业大学 2014
[6]基于无线技术的温室农业大棚智能控制的研究[D]. 刘晓惠.武汉工业学院 2012
[7]基于模型的温室环境调控专家系统研究[D]. 王纪章.江苏大学 2005
本文编号：3471098
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：192 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 课题研究背景与意义
1.2.1 研究背景
1.2.2 研究意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 温室群环境参数监测系统研究现状
1.3.2 温室环境参数时空分布规律及建模研究现状
1.4 存在的主要问题
1.5 课题研究内容、方法及技术路线
1.5.1 课题研究内容
1.5.2 课题研究方法
1.5.3 论文技术路线
2 温室群测控系统关键设备研究
2.1 系统的总体设计方案
2.1.1 温室群控系统的特点
2.1.2 系统的网络拓扑结构与工作原理
2.1.3 温室环境分析及传感器组参数选择
2.2 基于RS485总线的无线信息采集节点设计
2.2.1 RS485总线及Modbus通讯协议
2.2.2 数据采集节点的软硬件系统设计
2.2.3 节点数据处理算法与性能测试
2.3 基于433MHz技术的自组网数据汇聚节点设计
2.3.1 短距离无线通信技术介绍
2.3.2 数据汇聚节点的软硬件系统设计
2.3.3 汇聚节点工作性能测试
2.4 基于GPRS的远距离数据传输设备研究
2.4.1 GPRS无线传输模块
2.4.2 远距离无线数据传输节点设计
2.4.3 GPRS节点实验测试
2.5 本章小结
3 温室内部自组网测控系统研究
3.1 温室自组网测控系统的构建
3.1.1 温室测控系统的基本功能
3.1.2 温室测控系统的结构组成与工作原理
3.1.3 网络拓扑结构及全覆盖策略
3.2 传感器的标定与试验测试
3.2.1 传感器的标定
3.2.2 传感器的性能测试
3.3 自组网测控系统研究
3.3.1 433MHz无线数据透传模块
3.3.2 无线自组网通信策略研究
3.3.3 无线自组网通信协议实现
3.3.4 温室环境参数控制器设计
3.3.5 数据处理与显示软件设计
3.4 温室自组网测控系统试验测试
3.4.1 系统无线传输距离测试
3.4.2 采集节点续航能力测试
3.4.3 分组自组网性能参数测试
3.5 本章小结
4 基于GPRS的温室群集总监测系统研究
4.1 集总监测系统的结构及软件组成
4.1.1 监测系统的基本组成及工作原理
4.1.2 监测系统的软件组成
4.2 服务器数据汇聚软件及数据库系统研究
4.2.1 数据汇聚软件基本功能
4.2.2 服务器端数据库系统
4.2.3 GPRS网络数据传输协议研究
4.3 远程客户端集总测控软件设计
4.3.1 客户端软件基本组成及功能
4.3.2 客户端软件人机交互界面设计
4.3.3 客户端软件程序设计
4.4 GPRS通信链路的构建与测试
4.4.1 GPRS通信链路的构建
4.4.2 参数配置及实验测试
4.5 本章小结
5 温室群环境参数监测系统的性能综合测试与分析
5.1 自组网数据采集与测控系统测试
5.1.1 自组网系统测试方案设计
5.1.2 无线自组网系统综合测试
5.2 服务器软件系统综合测试
5.2.1 数据中心软件基本功能测试
5.2.2 数据库系统基本功能测试
5.3 客户端数据采集与分析软件测试分析
5.3.1 数据汇聚与实时显示功能测试
5.3.2 数据库访问与集总仿真分析测试
5.3.3 客户端数据存储功能测试
5.4 环境参数独立分析功能测试
5.5 本章小结
6 温室内部环境参数时空分布状况分析
6.1 环境参数时空分布监测方案
6.1.1 温室群基本情况
6.1.2 典型高度平面环境参数监测方案
6.1.3 典型纵截面环境参数监测方案
6.1.4 室内环境参数时空分布三维重构方案
6.2 不同高度平面环境参数时空分布状况分析
6.2.1 环境温湿度分布状况分析
6.2.2 土壤温湿度分布状况分析
6.2.3 光照强度和CO2浓度分布状况分析
6.3 典型纵截面环境参数时空分布状况分析
6.3.1 环境温度分布状况分析
6.3.2 环境湿度分布状况分析
6.3.3 土壤温湿度分布状况分析
6.3.4 光照强度分布状况分析
6.3.5 CO_2浓度分布状况分析
6.4 温室环境参数耦合模型构建和分析
6.4.1 室内环境温度-光照强度-室外环境温度模型
6.4.2 室内环境湿度-室内环境温度-时间模型
6.4.3 CO_2浓度-光照强度-时间模型
6.4.4 CO_2浓度-光照强度-室内温度模型
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
致谢
参考文献
附录
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]植物生产的光环境因子调控应用综述[J]. 于海业,孔丽娟,刘爽,张雨晴,隋媛媛. 农机化研究. 2018(08)
[2]日光温室内环境科学数据监测传感器的布设[J]. 彭秀媛,白冰,王枫,周国民. 江苏农业科学. 2017(10)
[3]基于物联网的日光温室环境智能监控系统研究与应用[J]. 周伟,吕全贵,李雪莲,林红兵. 物联网技术. 2017(05)
[4]日光温室边际土壤温度试验及模拟研究[J]. 张海鑫,塔娜,康宏源. 北方园艺. 2017(05)
[5]基于无线传感网的设施环境二氧化碳精准调控系统[J]. 张海辉,邵志成,张佐经,吴婷婷,王传哲,辛萍萍. 农业机械学报. 2017(03)
[6]基于Labview的大棚温室环境因子测试与控制系统[J]. 周兵,赵景辉,宋艳丽. 农业网络信息. 2017(01)
[7]基于6LoWPAN和WLAN的温室大棚智能监测系统[J]. 冯春卫,胡国强. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(12)
[8]温室方位角对日光温室光环境影响的模拟研究[J]. 杨文雄,马承伟. 北方园艺. 2016(19)
[9]基于ZigBee的温室环境检测系统设计[J]. 魏旭东,史颖刚,刘利付,旺张猛. 内蒙古农业大学学报(自然科学版). 2016(04)
[10]基于物联网的智能温室远程监控系统设计[J]. 赵文兵,毛罕平,马万征. 中国农机化学报. 2016(06)
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]基于无线传感网络的土壤风蚀监测系统研究[D]. 刘海洋.内蒙古农业大学 2016
[3]基于模型优化预测与流场分析的温室能耗控制方法[D]. 陈教料.浙江大学 2016
[4]日光温室保温被传热模型的建立及保温性影响因素分析[D]. 刘晨霞.中国农业大学 2015
[5]辽沈日光温室能量平衡方程中几个主要分量模拟模型的构建[D]. 韩亚东.沈阳农业大学 2015
[6]温室小气候模型的建立及其控制策略研究[D]. 邹秋滢.沈阳农业大学 2010
[7]北方干寒地区日光温室小气候环境预测模型与数字化研究[D]. 毕玉革.内蒙古农业大学 2010
[8]温室环境测控系统的适用性研究与实现[D]. 张潜.浙江大学 2009
[9]日光温室蔬菜CO2施肥效应与机理及CO2环境调控技术[D]. 魏珉.南京农业大学 2000
硕士论文
[1]基于ZigBee技术的温室卷帘控制系统设计[D]. 刘焕宇.西北农林科技大学 2017
[2]基于总线的连栋温室监控系统设计[D]. 张莹.西北农林科技大学 2017
[3]北方日光温室无线传感器多数据融合技术的研究[D]. 崔琳.沈阳农业大学 2016
[4]基于无线传感器网络的温室集群管控平台构建研究[D]. 许嫣然.南京农业大学 2015
[5]内蒙古高寒地区日光温室性能研究[D]. 朱山川.内蒙古农业大学 2014
[6]基于无线技术的温室农业大棚智能控制的研究[D]. 刘晓惠.武汉工业学院 2012
[7]基于模型的温室环境调控专家系统研究[D]. 王纪章.江苏大学 2005
本文编号：3471098
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