传感器与现代化农业

传感器与现代化农业第1页，课件共21页，创作于2023年2月现代化粮库采用了先进的"分布式粮仓微机测温系统"，该系统以微机为核心，采用温度传感器可对上百个点进行温度监测(也可接湿度传感器进行湿度监测)。(1)用于农产品的冷藏：由于有了十分先进可靠的测温技术，仓容大幅度提高，并有效地减少了霉变现象。微机测温系统还可以根据检测的温度及湿度数据对通风装置进行自动控制。在粮食入库前，可采用水分量传感器测定粮食的水分(必要时要用干燥机干燥)。第2页，课件共21页，创作于2023年2月水果和蔬菜的保鲜工作目前用的较广的是低温冷藏法。先进的大型冷藏库利用温、湿度传感器，达到最佳的保鲜条件。RS-11是一个非常便捷的温湿度传感器记录仪。体积小，重量轻，容量大，智能化。可以设定采集时间间隔，记录28天的数据量。通过电脑的com口，与计算机连接，再利用配套的软件，很方便的得到图表。第3页，课件共21页，创作于2023年2月在遥感技术中，主要使用从近紫外到红外以及微波作为信息载体，并相应地采用能检测这些信息的传感器，检测的信号经电子线路处理，最后形成图像。(2)遥感技术在农业中的应用：所谓遥感就是远距离获得信息的一种技术，它是使用人造卫星或航天飞机等先进工具，采用各种传感器来观测地球表面，取得有关环境和资源的有用信息的科学技术。遥感技术是通过非接触、非破坏的方法，在很短的时间内遥感极其宽广的地域，对农业生产能起指导作用。第4页，课件共21页，创作于2023年2月在农林业、植物资源方面，遥感技术能测定农作物品种的分布区域、植物品种的分类，判断植物生长情况、受灾情况、土壤条件等。通过遥感所获得的信息，可以确定最合适的种植和最适度的施肥，估计收成，进而决定农业管理的工作方向。第5页，课件共21页，创作于2023年2月(3)工厂式育苗及温室栽培：温室蔬菜栽培及花卉生产的玻璃温室(或塑料大棚)中采用喷灌机械，土壤消毒机，自动温度、湿度、二氧化碳控制装置等等，以实现自动化、省力化。采用了温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、二氧化碳传感器等分别进行检测。较为先进的还采用计算机控制，获得较好的控制效果。第6页，课件共21页，创作于2023年2月(4)在降雨量测量中的应用：降雨量的大小对作物的生长有很大的关系。降雨量传感器是通过测定蒸发在传感器裸露面上的雨水所需要的电功率来测量降水率的。测量的范围为0.3～350mm/h。它能将降水率转换成电压信号输出，并且由记录仪做出记录。第7页，课件共21页，创作于2023年2月(5)在农业机械中的应用：在农业机械试验过程中应用传感器可测定整机的各项性能参数以及零部件的结构强度等指标，为农机理论研究和产品设计、改进提供科学依据以及评定农机产品的制造质量等。应用电阻应变式传感器测定犁体阻力可为犁体曲面设计提供依据，以减少作业过程中的阻力，从而减少功率消耗。在精密播种机的排种器上安装光电式传感器，通过监控仪表可随时监测排种过程，防止堵种，保证出苗率。第8页，课件共21页，创作于2023年2月设施农业(又称工厂化农业)已成为提高农业生产效益和增强抗灾能力的一种农业新兴产业。设施农业是借助温室及其配套装置来调节和控制作物生产环境条件的新农业生产方式，是农业摆脱自然制约的有效手段，是对常规农业的革命性发展，是高产、高效、优质和技术密集型的农业。近年来，国外如以色列、荷兰等国在设施农业中研究和生产方面已达到很高水平。设施农业中传感器的应用第9页，课件共21页，创作于2023年2月实现高水平的设施农业，涉及到关键技术中信息获取手段是最重要的关键技术之一。开发性能价格比高的设施农业用传感器是当务之急。作为传感器技术新世纪的发展方向，重视传感器在设施农业中的应用是势在必行的，这也是促进传感器产业化的重途径之一。我国近年来，塑料大棚和日光温室为主体的设施农业正迅速发展，但与国外相比，普遍存在科技含量低、劳动强度大、生产水平和效益低下。因此，迫切需要技术改进，以提高我国设施农业的整体水平。第10页，课件共21页，创作于2023年2月设施农业用传感器的品种较多，按其检测参数分数，主要有以下几种：(1)温度和湿度：作物的生长与温度和湿度有密切关系，塑料大棚的控制参数中，温度与湿度检测、控制是主要参数之一。温湿度传感器SHT11的感测系统1SHT11简介SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。该芯片广泛应用于暖通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。共主要特点如下：第11页，课件共21页，创作于2023年2月◆高度集成：将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上；◆提供二线数字串行接口SCK和DATA：接口简单，支持CRC传输校验，传输可靠性高；◆测量精度可编程调节：内置A／D转换器(分辨率为8～12位，可以通过对芯片内部寄存器编程米选择)；◆测量精确度高：由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能◆封装尺寸超小(7.62mm×5.08mm×2.5mm)：测量和通信结束后，自动转入低功耗模式；◆高可靠性，采用CMOSens工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。第12页，课件共21页，创作于2023年2月SHT11温湿度传感器采用SMD(LCC)表面贴片封装形式，接口非常简单，引脚名称及排列顺序如图1所示。2SHT11的引脚功能

脚1和4-信号地和电源，其工作电压范围是2.4～5.5V；各引脚的功能如下：

脚2和脚3-二线串行数字接口，其中DA-TA为数据线，SCK为时钟线；

脚5～8--未连接。12348765第13页，课件共21页，创作于2023年2月温湿度传感器SHT11将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上，其内部结构如图2所示。3SHT11的内部结构和工作原理该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件。这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号，该电信号首先进入微弱信号放大器进行放大；然后进入一个14位的A／D转换器；最后经过二线串行数字接口输出数字信号。DATA温度传感器湿度传感器A/D标准寄存器二线串行数字接口和CRC效验SCKVccGND第14页，课件共21页，创作于2023年2月SHT11内部还集成了一个加热元件，加热元件接通后可以将SHT11的温度升高5℃左右，同时功耗也会有所增加。主要为了比较加热前后的温度和湿度值，可以综合验证两个传感器元件的性能。在高湿(>95％RH)环境中，加热传感器可预防传感器结露，同时缩短响应时间，提高精度。加热后SHT11温度升高、相对湿度降低，较加热前，测量值会略有差异。出厂前，在恒湿或恒温环境巾进行校准，校准系数存储在校准寄存器中；在测量过程中，校准系数会自动校准来自传感器的信号。第15页，课件共21页，创作于2023年2月3温度和湿度值的计算3.1湿度线性补偿和温度补偿式中：RHi为经过线性补偿后的湿度值，SORH为相对湿度测量值，C1、C2、C3为线性补偿系数式中：RHt为经过线性补偿和温度补偿后的湿度值，T为测试湿度值时的温度(℃)，t1和t2为温度补偿系数湿度线性补偿温度补偿第16页，课件共21页，创作于2023年2月露点计算露点是一个特殊的温度值，是空气保持某一定湿度必须达到的最低温度。当空气的温度低于露点时，空气容纳不了过多的水分，这些水分会变成雾、露水或霜。露点可以根据当前相对湿度值和温度值计算得出，公式如下：LogEW=0.66077+7.5×T／(237.3+T)+log10(SORH)-2Dp=((0.66077-logEW)×237.3)／(logEW-8.16077)式中：T为当前温度值，SORH为相对湿度值，Dp为露点第17页，课件共21页，创作于2023年2月设施农业用传感器的品种较多，按其检测参数分数，主要有以下几种：(1)温度和湿度：(2)土壤干燥度：作物的生长与温度和湿度有密切关系，塑料大棚的控制参数中，温度与湿度检测、控制是主要参数之一。作物生长需要水份，在设施农业中如何灌水，做到既不影响作物生长又不浪费水资源是至关重要的问题。土壤干燥度的检测，需要用干燥度传感器。目前较广泛采用的干燥度传感器是由负压传感器与陶瓷过滤管组成的。第18页，课件共21页，创作于2023年2月(3)CO2：(4)光照度：(5)土壤养分：农作物生长发育离不开光合作用，而光合作用又与CO2有关，所以控制CO2的浓度，有利于作物的生长发育。设施农业中，采用栽培管理自动化系统其光源完全为人工光，而不用太阳光，采用光传感器来检测和控制光照强度，使作物可以得到均匀一致的光照土壤养分依赖于施肥，合理施肥不仅可以提高作物产量，而且可以避免过施肥而造成不必要的损失。第19页，课件共21页，创作于2023年2月由于设施农业用传感器是在系统中发挥作用，因此传感器的性能必须符合以下要求：

(1)长期稳定性好土壤养分的测定包括土壤有机质、pH值、氮、磷、钾以及交换性钙和镁的检测。土壤养分测定，广泛采用离子、生物传感器。农业设施用传感器的使用环境比工业更恶劣，如高温、高湿。传感器长期稳定性要更高，需要解决涉及传感器稳定性的关键技术包括材料、工艺等。第20页，课件共21页，创作于2023年2月随着农业现代化的高速发展，传感器技术的不