农艺与物联网下的智慧农业

农业物联网在大棚控制系统中的运用实现了农作物增产、改善品质、调节生长周期和提高经济效益的目的。从物联网出发,结合农艺技术和物联网技术,提出了智慧农业系统结构总体框架,为用户实时监控农田并进行信息决策提供了技术支持,真正实现了农业管理的智能化,符合现代农业的发展。

基于土壤湿度监测的智能浇灌系统设计

基于AT89C51单片机,设计了基于土壤湿度监测的智能浇灌系统。整套系统由控制、传感、执行三部分构成,用于实时监控智慧农业大棚中土壤的湿度。工作时通过对土壤湿度的采集和对比,当实际湿度低于设定下限或高于设定上限值时,单片机启动水泵或风机工作,避免土壤因过旱或过涝给植物造成的影响。总体上能实现实时测量温室土壤的湿度,并根据不同植物生长周期对其进行适时适量灌溉,有效提高了温室设施的农业自动化程度。

面向智慧农业的物联网系统与实训平台开发

开发了面向智慧农业的物联网系统开发与实训平台,在对农业物联网感知层、传输层、应用层分析的基础上,设计了系列无线传感器网络采集与控制节点、网关节点、GPRS测控终端,开发了中间件与监控中心DEMO程序。通过该平台,可连接常用农业用传感器,增删采集、通信组网与控制设备,并在中间件与DEMO程序基础上开发上位机软件。系统开放、灵活、可二次开发,很适于物联网的示教、开发与实训。

433 MHz微波消融天线的设计与实验研究

目的针对915 MHz和2450 MHz微波在肝脏消融中穿透深度低及消融范围受限的问题,提出使用433 MHz微波用于恶性肝肿瘤的消融治疗,通过探索性研究和设计433 MHz频率的微波消融天线,探讨433 MHz微波消融系统对肝组织的消融效果。方法采用缝隙长度分别为18 mm、15 mm和15mm,缝隙间距为10 mm的尺寸设计天线。实时采集消融区域中4个不同旁开距离点的温度,并通过分析有效消融区域的横纵径数据,对所设计的微波天线进行有效评估。结果 433 MHz微波消融天线能形成类葫芦形的消融区域,不仅能有效扩大消融体积,而且能缩短最大横径形成的时间。结论 433 MHz微波消融天线有望应用于恶性肝肿瘤的微波热疗,为研究新频率段的适形微波消融方法提供重要参考。

基于Web的水产养殖环境监控物联网系统

讨论了通过对网际组态软件Web Access的应用,实现对水产养殖环境实时监控物联网系统的开发。该系统由传感器采集网络、中央服务器与Web Access监控节点网络、养殖户和远程专家组成。通过传感器节点采集水质参数信息,并将采集到的信息通过GPRS发送到中央服务器,利用Web Access实现人机交互,养殖户就可以通过互联网实时查看水质的相关参数与控制设备的实时状态。而养殖户所遇到的养殖问题也可以通过Web浏览器来访问远程专家得以解决。

基于433MHz缝隙天线的微波消融系统的研究

基于2450MHz微波频率的离体肝肿瘤消融在实验和临床治疗中已经取得了较好的成果。本文研究基于433MHz频率的微波消融系统,重点探索性设计433MHz水冷微波消融天线,从仿真和实验两方面研究此微波消融天线在离体猪肝中形成的消融区域和温度场分布,为新频段大体积恶性肝肿瘤的适形消融治疗提供一定理论和实验基础。实验中比较了不同微波功率下消融区域的形态和大小,同时动态测量了不同测温点的温度变化情况。结果表明,433MHz微波天线形成的消融区域呈现类葫芦形或近钥匙形,消融长径约为短径的2~3倍,且能在短时间内较快形成最大横径。

面向智慧农业的物联网系统设计

为充分掌握农田间土壤水分、环境温度和湿度、光照、风速、风向等信息数据,实现适时、适地、适量灌溉、施肥与远程管理,本文设计了一种面向智慧农业的物联网系统。该系统由无线传感器网络、现场用户和远程专家组成。该系统通过传感器节点采集农田间信息,并将采集到的信息通过无线传感器网络发送给本地用户,用户实时查看农田各区域相关参数,各控制设备的实时状态。本地用户GPRS技术与远程专家相连,远程专家提供辅助决策信息(状态评价结果,包括精确施肥、灌溉、杀虫或环境控制建议等),决策信息以决策图的形式提供给用户,实现农业管理的"智慧化"。

腹部出血的近红外光场分布模型仿真

目的针对腹部闭合性损伤和腹部出血诊断的困难,近红外光谱技术是一种无创伤、无污染的腹部出血检测的新方法。方法采用Monte Carlo方法仿真近红外光场分布模型。首先,建立了腹部多层组织的生物学模型。然后,为探究腹腔体液和血液对光子的吸收情况,对正常腹部和腹部出血时的光强信号进行了仿真模拟。通过探究光源和探测器间距不同时的光强分布来确定腹部出血位置。同时,为确定出血量对检测信号的影响和近红外光在腹部的检测深度,还对出血体积和检测深度的规律进行探究。结果在模拟腹腔体液和血液对光子吸收时,二者对光子的吸收有较大区别。出血位置的仿真结果表明,当出血位置在光源和探测器连线的中心位置靠光源侧时检测深度最深。近红外光在腹部的检测深度为48 mm。在一定范围内,光强信号与出血体积成反比。结论近红外光谱技术可以实现对浅层腹部出血进行检测,并且具有较好的灵敏度。

基于DTC的风力发电系统转矩脉冲时间乘积平衡控制策略

直驱电励磁电机由于结构简单、成本低的优势,在风力发电系统中得到广泛应用。首先介绍了电励磁电机的数学模型,并在该模型的基础上推导了直接转矩控制算法。针对直驱风机采用背靠背的变换器拓扑实现电能并网的特点,重点研究负载突变时变换器系统直流环节(母线电压)的动态响应能力。为了提高母线电压的动态响应速度,研究了一种基于直接转矩控制的转矩脉冲时间积平衡控制算法,该算法通过分析负载突变过程中母线电压稳定的平衡条件,计算得到最优的电压矢量序列,仅通过一次调节便可让母线电压快速从动态过程恢复至稳态过程。最后,通过仿真和实验验证了该算法的有效性。

无轴承薄片电机位移刚度势能悬浮控制策略研究

首先建立了集中式绕组无轴承薄片永磁电机径向力数学模型。随后研究了无轴承电机悬浮系统位移环PID控制器的参数整定理论,并在其基础上分析了PID控制器应用于无轴承电机悬浮系统控制所存在的固有问题。为进一步改善悬浮控制性能,提出了位移刚度势能的悬浮控制算法,并通过理论推导表明该算法兼顾动态和稳态的性能。针对位移刚度势能悬浮控制算法中无法考虑转子所受径向负载力影响的不足,通过引入径向负载力观测器方式予以解决。最后,通过仿真和实验验证该控制算法的有效性。