基于LabVIEW的温室番茄雾培控制系统研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sun806318188
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雾培(Aeroponics)是一种直接将营养液喷雾到植物根系的栽培方法,可为植物根系生长提供良好的水、气、肥环境,具有节水、节肥等特点,被认为是未来温室栽培的重要方式之一。雾培的技术核心是适时向植物的根际提供良好的水肥环境,其中自动化控制与管理尤为重要。当前,在我国由于缺乏经济有效的雾培智能化控制手段,雾培技术的推广受到较大限制,因此开发出适宜于温室生产的雾培控制系统显得尤为迫切。本研究针对雾培对智能控制的技术需求,以LabVIEW为开发平台,采用功能模块化与虚拟仪器结合的设计思想,以雾培根际环境与温室环境多因子协调控制为核心,研发温室番茄雾培控制系统,并探讨了其实际应用的可行性。系统由远程计算机、控制现场计算机、数据采集卡、传感器和执行机构等部分组成,使用LabVIEW工具包和MySQL实现关联数据库管理,LabVIEW在WEB上发布程序实现系统的远程监控。该系统具有人机界面友好、功能全面、操作简便的特点,可广泛用于温室雾培的自动化管理。研究基于前人生理品质的研究成果,将传统的雾培技术与现代化工业手段结合,研制了新型资源高效利用的喷雾系统,并配备精确可调的根际环境控制系统,并结合番茄的生长特性,开发适合温室番茄雾培生产的高效雾培系统。系统测试结果表明,人机交互界面良好,操作简便,能够全方位的实现温室雾培番茄生产的自动化管理和远程监控。系统在试验温室进行安装调试并同过栽培试验验证系统使用效果,实际结果表明:1)将雾培根际环境与温室环境多因子协调控制相结合,研制温室番茄雾培智能化控制系统是科学可行的。系统综合考虑了作物不同生长时期的生理需求以及相应阶段的综合环境因子,确定作物对于水肥的需求量和合理的间歇喷雾时间。2)传感器基本上可以实现对环境要素实时监测与采集; LabVIEW程序通过访问关联数据库MySQL数据,在解决方案中加入强大的分析和控制功能;LabVIEW程序通过在WEB的发布实现了远程监控。雾培根际环境的温度的控制精度为±1℃;营养液的EC控制精度为±0.2mS/cm;营养液的pH值控制精度为±0.5;CO2的增施浓度基本控制在了450~500μL/L。3)性能测试结果表明,控制系统能有效提高雾培生产管理水平和生产效率,能结合番茄对环境的需求进行间歇喷雾控制,节约了营养液和电能,提高CO2利用率。本生产系统是一套资源高效利用型雾培生产系统。4)系统应用效果分析表明,雾培系统在植物生长的各时期对番茄生育都有很大的促进作用,与对照(岩棉培)相比,在幼苗期雾培番茄根系活力、根长、茎粗、株高、叶片分别高了7.5%、411%、94%、75.7%;结果期初期雾培番茄的干物质积累高于对照32%。总产量高于对照17.6%,平均单果重高于对照10%。雾培番茄无畸形果,果实大小也更平均。基于LabVIEW的温室番茄雾培控制系统为雾培生产提供了新的技术和装备保障,将为雾培技术的快速推广提供重要的科技支撑,并对雾培管理提供新的控制思路。
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