本文關(guān)鍵詞：番茄葉綠素熒光參數(shù)動態(tài)檢測及LED光環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)研究　出處：《沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：光照和溫度是設(shè)施溫室作物生長過程中最關(guān)鍵的環(huán)境因素。在我國尤其是東北地區(qū)冬春季節(jié)的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中,由于受到外部天氣因素、溫室結(jié)構(gòu)、覆蓋材料等方面的影響,溫室內(nèi)的光照強度難以滿足作物生長的需求,已經(jīng)嚴重影響了設(shè)施蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。因此,采用人工光源是改善設(shè)施作物生長過程中光照環(huán)境的有效手段。隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展與環(huán)境控制技術(shù)的日益成熟,溫室內(nèi)的光環(huán)境調(diào)控方式也在不斷實現(xiàn)智能化,目前已經(jīng)可以根據(jù)作物的光照需求設(shè)計出相應(yīng)的調(diào)控光源,實現(xiàn)定光質(zhì)、定時、定量的補光方式,但現(xiàn)有的補光方式并不能反映作物隨環(huán)境變化的實時生長狀態(tài),難以達到作物最優(yōu)光環(huán)境的在線檢測與控制的目的。本文在國家自然基金、遼寧省自然科學(xué)基金的資助下,以溫室內(nèi)栽培的“遼園多麗”番茄為研究對象,對設(shè)施溫室內(nèi)光環(huán)境動態(tài)調(diào)控的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,主要研究工作內(nèi)容如下：(1)LED光源組合方式及動態(tài)控制的研究系統(tǒng)分析了LED光學(xué)特性并選擇了合適的LED類型,驗證了LED光源與電流在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系,通過光學(xué)專用分析軟件對組合光源的均勻度進行了分析,給出了適宜的LED間距,確定了陣列方式及散熱方式。設(shè)計了一種適合光源控制要求的可調(diào)光LED恒流驅(qū)動電源,實現(xiàn)了電壓與電流可調(diào)的動態(tài)控制過程,試驗表明該光源具有光強可調(diào)、光質(zhì)可控、控制靈活等特點。(2)光溫環(huán)境參數(shù)與葉綠素熒光參數(shù)的采集與檢測研究系統(tǒng)完成了傳感器選型工作,設(shè)計了基于ZigBee與GPRS遠程無線通信技術(shù)的光溫環(huán)境參數(shù)與葉綠素熒光參數(shù)的采集與檢測系統(tǒng),開發(fā)了傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、網(wǎng)關(guān)節(jié)點、遠程數(shù)據(jù)管理中心各個模塊之間的通信協(xié)議,移植了μC/OS Ⅱ操作系統(tǒng)與μC/GUI圖形支持系統(tǒng),實現(xiàn)了在溫室現(xiàn)場內(nèi)與遠程管理中心的光溫環(huán)境參數(shù)檢測與顯示過程。將光合電子傳遞速率ETR、實際量子產(chǎn)量等熒光參數(shù)也無線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理中心,實時反映當前環(huán)境狀態(tài)下的作物光系統(tǒng)Ⅱ的熒光參數(shù)數(shù)據(jù)。(3)番茄光環(huán)境智能調(diào)控模型研究系統(tǒng)以番茄為試驗樣本,采集了溫度為16,21,25,29,31,35,37℃等6個梯度、光照強度為100μmol·m-2·s-1到1200μmol·m-2·s-1之間以100μmol·m-2·s-1為增量的12個光強梯度條件下的光合電子傳遞速率ETR熒光參數(shù)值。利用中值濾波法對數(shù)據(jù)進行了誤差分析及數(shù)據(jù)處理,將處理后的數(shù)據(jù)用最小二乘法建立以溫度、光照強度為自變量的光合電子傳遞速率模型,擬合系數(shù)達到了0.9886。通過遺傳算法與人工魚群算法兩種方式分析實現(xiàn)了對不同溫度條件下的光合電子傳遞速率的尋優(yōu)過程,獲得在全溫度范圍特定溫度條件下的最優(yōu)光照強度值。研究表明,相比較于遺傳算法,人工魚群算法的收斂速度更快、穩(wěn)定性更好,同時避免了遺傳算法由于隨機選擇、隨機變異而引發(fā)的種群退化問題。在人工魚群算法分析基礎(chǔ)之上,建立最優(yōu)光強目標值調(diào)控模型,溫度與最優(yōu)光強值之間達到了良好的擬合效果,其擬合系數(shù)R2為0.9999。(4)LED光環(huán)境下熒光在線檢測與智能補光系統(tǒng)的研究在LED光源、可編程電源、多環(huán)境因子與葉綠素熒光參數(shù)檢測與采集系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)的基礎(chǔ)之上,結(jié)合算法研究所建立的數(shù)學(xué)模型,以開發(fā)了LED光環(huán)境下熒光在線檢測與智能補光系統(tǒng)的軟件,實現(xiàn)了對溫度、光照強度、葉綠素熒光參數(shù)等數(shù)據(jù)的存儲、分析與顯示,通過在實驗室內(nèi)與溫室內(nèi)的試驗過程,系統(tǒng)可以根據(jù)溫度與光強的變化趨勢,并利用算法所求得的最優(yōu)光強值對作物進行智能補光,同時通過葉綠素熒光參數(shù)的反饋機制實現(xiàn)對補光數(shù)值的實時檢測與調(diào)整,達到了番茄按需補光的要求。
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S626;S641.2

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