發(fā)布時間：2020-11-06 11:25

　　 隨著國內(nèi)外對自動灌溉施肥技術(shù)研究的不斷深入,自動混肥與變量施肥成為其重要研究方向,其中肥料種類及組分的快速檢測與辨識是該研究方向的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它直接影響著自動混肥或變量施肥的效果,大量元素水溶肥因具有水溶性好、無殘渣、可以完全溶解于水中、能被作物的根系和葉面直接吸收利用、利用率較高等優(yōu)點(diǎn),是灌溉施肥系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛的一種肥料。目前針對大量元素水溶肥種類的辨識存在著檢測時間過長,不能滿足在線檢測和檢測方法過于繁瑣等缺點(diǎn)。針對以上不足本文研制了一種大量元素水溶肥種類快速辨識裝置,主要工作如下:(1)根據(jù)平行板電容測量原理設(shè)計了一款能感知肥溶液介電常數(shù)變化的傳感器,并利用尿素作為試驗對象對傳感器進(jìn)行了穩(wěn)定性試驗,試驗結(jié)果表明將傳感器較長時間處于待測溶液中不會影響其對肥液辨識的準(zhǔn)確性,能滿足實(shí)際應(yīng)用要求。(2)利用信號發(fā)生器、示波器和不同種類的大量元素水溶肥對所設(shè)計的傳感器進(jìn)行特征頻率范圍確定試驗,并得出區(qū)分不同種類肥液的頻率范圍為:10～60 kHz、500～1000 kHz和3～6 MHz這3個頻段范圍。(3)在通過試驗確定所得的頻率范圍的基礎(chǔ)上,以傳感器為核心設(shè)計了一種大量元素水溶肥種類辨識裝置及其調(diào)理電路。(4)采用尿素、普鈣、硫酸鉀、磷酸氫二銨、磷酸二氫鉀和硝酸鉀6種市場上常見的大量元素水溶肥作為試驗材料,利用所設(shè)計的辨識裝置在不同頻段內(nèi)對不同種類的肥液進(jìn)行特征頻率確定試驗,根據(jù)試驗得出不同種類肥液在不同頻段內(nèi)的頻率響應(yīng)模式的不同,從而獲得區(qū)分不同種類肥液的特征頻率為:30、40、50、600、700、800kHz,4、5和6 MHz這9個頻率。(5)分析6種大量元素水溶肥在各特征頻率點(diǎn)處的頻率響應(yīng)模式,設(shè)計6種肥液的辨識流程,并得出辨識策略。(6)在1:10～1:3000濃度范圍內(nèi)利用尿素、普鈣、磷酸鉀、磷酸氫二銨、磷酸二氫鉀和硝酸鉀6種肥液對裝置辨識肥液的準(zhǔn)確性、快速性和穩(wěn)定性進(jìn)行了驗證性試驗,試驗結(jié)果表明:裝置對3種單質(zhì)大量元素水溶肥和磷酸氫二銨的辨識準(zhǔn)確率為100%,對硫酸鉀和磷酸二氫鉀的辨識略有偏差,最低辨識率為磷酸二氫鉀(94.8%),總體上對6種水溶肥的辨識準(zhǔn)確率可達(dá)98.3%;且在9.2-19.5 s內(nèi)可完成一次完整辨識,辨識的平均時間為14.3 s。這表明裝置進(jìn)行肥液種類辨識時具有較高的準(zhǔn)確性和良好的快速性。本文設(shè)計的裝置可以對不同種類的大量元素水溶肥進(jìn)行快速、準(zhǔn)確辨識,不僅可以有效地避免施肥過程中的施肥錯誤,還對實(shí)現(xiàn)灌溉施肥的全程自動化具有重要意義。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：S224.2
【部分圖文】：

圖１．１本文技術(shù)路線圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｄｅｖｉｃｅ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｒｏａｄ?ｍａｐ??

所需的時間，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)水溶肥種類的快速辨識。??２．２總體設(shè)計??大量元素水溶肥種類快速辨識裝置的總體設(shè)計原理圖如圖２－１所示，主要由電源、單??片機(jī)、激勵信號源、傳感器、真有效值轉(zhuǎn)換模塊和ＬＣＤ顯示模塊構(gòu)成。??電源用于將２２０Ｖ交流電轉(zhuǎn)換為±５Ｖ的直流電壓，電源穩(wěn)壓電路主要由２２０Ｖ－１２Ｖ變??壓器、ＬＭ７８０５、ＬＭ７９０５、二極管和電容構(gòu)成，該電路可將２２０Ｖ交流電壓轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的??±５ｖ直流電壓并為單片機(jī)控制電路、激勵信號源、傳感器、真有效值轉(zhuǎn)換模塊和ＬＣＤ顯示??模塊提供穩(wěn)定的工作電壓。??單片機(jī)控制電路采用ＡＴｍｅｇａｌ６單片機(jī)作為主控芯片，ＡＴｍｅｇａｌ６單片機(jī)具有Ｃ語言、??匯編語言等多種語言編程功能，通過Ｃ語言編程可以為激勵信號發(fā)生電路提供控制信號，??并使其發(fā)出輸出幅值為５Ｖ、頻率在１?ｋＨｚ？１０?ＭＨｚ范圍內(nèi)的正弦波激勵信號；以及對經(jīng)過??真有效值轉(zhuǎn)換后的直流電壓進(jìn)行處理，并將終結(jié)果通過ＬＣＤ顯示模塊進(jìn)行輸出。??激勵信號發(fā)生電路主要由ＡＤ９８３３、Ｙ１?（２５?Ｍ晶振）及其外圍阻容元器件構(gòu)成。??八�。保保�§＆１６單片機(jī)控制八〇９８３３輸出幅值為５￥、頻率在１１＾２？１０］＾１＾范圍內(nèi)的正弦波激??勵信號，作為傳感器的激勵信號。??傳感器采用兩電極探頭設(shè)計，由６片大小和形狀均相同的紫銅極板和電阻Ｒ構(gòu)成，其??中６片極板中每相間的極板用導(dǎo)線連接

３．１．１四電極傳感器探頭的設(shè)計原理??四電極探頭起初是由Ｗｅｎｎｅｒ設(shè)計的，用于測量土壤的電阻系數(shù)（或電導(dǎo)率）。四電??極探頭的原理如圖３．１所示。向外電極（Ａ和Ｂ）供給電流，然后測量內(nèi)極板（Ｍ和Ｎ）??之間的電壓差。根據(jù)供給的電流、測量的電壓和極板之間的距離，就可以計算出土壤的電??阻系數(shù)：??式中ｐ土壤的電阻系數(shù)（￡ｌｍ）?；?Ｉ供給外部電極的電流（Ｉ）?；?Ｖ測量的內(nèi)電極電壓（Ｖ）；??Ｒ測量的內(nèi)電極電阻（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）?；?ＡＭ、ＭＢ、ＡＮ和ＮＢ—電極之間的距離（ｍ）；??１?１、，１?１?１?１、，１?１??ｐ?—?［（?）?—（?）］?＝?２狀［（?）一（?）］?（３－１）??／?ＡＭ?ＭＢ?ＡＮ?ＮＢ?ＡＭ?ＭＢ?ＡＮ?ＮＢ???ｏ—??ｊ—Ｇｍ??ａ｜?ｍ｜?Ｎ?Ｉ?Ｂ?Ｉ??土壤?７??圖３．１四電極探頭的結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ?３．１?Ｆｏｕｒ－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｐｒｏｂｅ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ??３．１．２兩電極傳感器探頭的設(shè)計原理??傳統(tǒng)的固相介質(zhì)電導(dǎo)率（ＥＣ）傳感器采用四電極溫納排列結(jié)構(gòu)，主要是為了盡量減小??電極和被測量的電介質(zhì)材料之間的接觸電阻，這始終是固相介質(zhì)材料（如土壤）一個主要??關(guān)注的問題。當(dāng)測量液體或氣體時，流體介質(zhì)與傳感器探頭電極之間的接觸電阻很小，可??以忽略不計，因此，流體介電特性傳感器探頭由四電極簡化為兩電極，采用多個兩極電容??－１３－??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 簡寧;魏正英;張育斌;張磊;;營養(yǎng)液多參數(shù)在線檢測技術(shù)研究[J];節(jié)水灌溉;2016年08期

2 袁洪波;李莉;王俊衡;王海華;N.A.Sigrimis;;溫室水肥一體化營養(yǎng)液調(diào)控裝備設(shè)計與試驗[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2016年08期

3 唐艷麗;;準(zhǔn)確測定復(fù)混肥中硝態(tài)氮的含量[J];中氮肥;2015年06期

4 張蕾;周玉玲;郭啟新;;ICP-OES法同時測定過磷酸鈣、重鈣和水溶肥料中11種元素[J];磷肥與復(fù)肥;2015年08期

5 劉永華;沈明霞;蔣小平;姜寬舒;馮琦;;水肥一體化灌溉施肥機(jī)吸肥器結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能試驗[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2015年11期

6 李加念;李云青;楊啟良;雷龍海;武振中;;肥液氮素濃度在線檢測裝置研制[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2015年05期

7 白楊;劉善江;馬良;郭鑫;徐森;;ICP-OES法測定水溶肥料中的磷和鉀[J];貴州農(nóng)業(yè)科學(xué);2015年01期

8 李加念;賈闖;;電容式土壤水分傳感器的電導(dǎo)變異性試驗研究[J];傳感器與微系統(tǒng);2014年08期

9 季天委;顏軍;;水溶肥、復(fù)混肥和鈣鎂磷肥中有效磷的測定方法[J];浙江農(nóng)業(yè)科學(xué);2014年05期

10 張平川;李興山;黎步銀;;基于介電常數(shù)法的高精度油品含水率檢測儀[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2014年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 席新明;基于介電特性的流體組分檢測方法與技術(shù)研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 李彧文;無土栽培營養(yǎng)液多離子濃度檢測系統(tǒng)[D];江蘇大學(xué);2016年

2 周晨楠;營養(yǎng)液中磷酸根離子快速檢測傳感器研究[D];浙江大學(xué);2015年

3 徐雅潔;營養(yǎng)液多組分檢測的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

本文編號：2873078