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摘 要：本文提出了一种可以替代农药杀虫方法——针对于施农业高压脉冲地下电子杀虫技术，采用高频振荡电路，将直流电转换成低压高频交流电，一组升压电路将低压的高频交流电转换成高压高频交流电，电容放电的方法。实现电场强度、脉宽、脉冲个数等参数可调的高压脉冲产生电路。主要由储能电容器组，电压调节器，保护电路高压变压器等部件组成。整体运用采用网状地下布线方式，太阳能供电，是一种适合于设施农业生产，环保节能安全高效的地下杀虫技术。
关键词：设施农业；高压脉冲；高频；网状布线
中图分类号：S477.3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20150633025
引 言
国际上已经研究和发展了一些物理防治方法，但效果不是很显著。本次研究主要针对设施农业地下害虫而言，摒弃传统模式，采用高压脉冲地下杀虫技术，采用网状布线的方式，实验比较测试出设施农业中利用高压脉冲地下杀虫的效率高，还是采用传统的农药杀虫的效率高，得出相关参数与结论。高压脉冲的产生电路中产生方波，方波可在整个脉宽的时间内以最大电压持续作用地下害虫，致死效果更强。
1 土壤导电特性研究
季节不同，土壤的含水量和温度也就不同，影响土壤电阻率最明显的因素就是降雨和冰冻。在雨季，由于雨水的渗入，地表层土壤的ρ降低，低于深层土壤；在冬季，由于土壤的冰冻作用，地表层土壤的ρ升高，高于深层土壤。这样，使土壤由原来的均匀结构变成了分层的不均匀结构，引起ρ的变化。多年冻土的ρ极高，可达到没有冻土时的几十倍。
2 单元方案设计
3 高压脉冲发生模块
3.1 利用特定高频高压变压器产生持续的高压脉冲电场
变压器的原理是基于2个电路之间的磁性耦合，这个过程中输入功率总大于输出功率，能够在不产生能量损失的条件下进行功率变换的变压器称为理想变压器f551。理想变压器没有能量损失，不产生涡流和磁滞现象，没有漏磁场，即通过初级线圈的磁通完全通过次级线圈。但是理想变压器在实际中是不存在的，高频高压变压器是阻碍高压电源发展的主要因素，其主要问题体现在2个方面：高频变压器体积小但存在突出的绝缘问题和高压变压器变比较高，而大变比导致严重的非线性问题，大为增加了变压器的漏感和分布电容。
3.2 可编程脉冲串生成电路
在可编程脉冲串生成电路中，使用了3个微型按键，输入到单片机AT89S51的P1.0-P1.2端口，对低频脉冲的频率与脉冲宽度进行编辑；用两位LED数码，使用P2口进行数据传输，使用P3.0和P3.1进行位选，显示脉冲频率或占空比，在运行程序中重复按动K1键可交替现实脉冲频率或占空比；利用与非逻辑门（OC输出）将从P1.4口输出的高频脉冲与从P1.5口输出的低频脉冲逻辑相与后形成调制脉冲，即高频脉冲串输出。如果将与非门的输入端2脚用跳线开关钳制为高电平时，则由其连续输出高频脉冲，经高压输出单元的RC滤波后，可输出直高压。
3.3 高压脉冲电场总体原理
软件设计中系统以频率f=1HZ，脉宽为80ms作为脉冲的默认参数缺省值，并利用单片机内的2组定时器通过定时器中断服务程序实现高频脉冲从P1.4端口和P1.5端口输出。在程序运行期间可随时调用脉冲参数缓冲区的数值发生变化时，中断服务程序将变更定时标准产生新的脉冲输出。脉冲参数编辑流程如图3所示。
4 地下布线模块
根据设施农业生产特点，采用网状布线方法，地下铁网布线的方法，可将铁网埋于地下分成3层，中间层接正极，上下两层接地，当给铁网通电时将高压电网布置在地下，利用害虫从地下钻出地面时接触电网，放出高压脉冲来电击杀虫，在2000V左右的高压下将害虫杀死。虽然采用材料多，但实施起来比较简单，可循环利用，杀虫面广彻底，便于农业生产，所以采用网状布线的方法。
5 设施农业高压脉冲地下杀虫技术效果及结论分析
5.1 效果分析
针对设施农业中农作物种植情况不同，特别针对黄瓜，西红柿，白菜3种作物展开研究，对高压脉冲杀虫率和农药作用杀虫率进行比较，数据记录（见表1）：
根据比较可以观测出，高压脉冲地下杀虫的杀虫效果比农药杀虫稍差，但不会影响农作物的正常生产。
研究表明：地下害虫的致死率还随电场强度、脉宽、脉冲个数的增加而增大，同一灭虫条件，蛴螬>地老虎>蝼蛄>金针虫。电场作用后死亡害虫细胞表面出现凹陷，局部有孔洞产生，从而使害虫致死。高压脉冲的产生电路中产生方波，方波可在整个脉宽的时间内以最大电压持续作用地下害虫，致死效果更强。
5.2 实验结论
高压脉冲杀虫技术能源主要太阳能提供，大大减少了农药的使用，减少了传统农业产生的水土污染，为绿色农业，生态农业发展提供了一个宝贵的方向。
高压脉冲可应用于防治地下害虫，且在1500V—2000V范围内，不仅对种子的萌发和农作物的生长不产生影响，反而具有促进作用，可放心使用于农业生产；
地下布线采用网状布线的方法，具有比针状布线更大的有点，利于实现，适合大棚以及更大的农业生产，是一种可循环的生产模式。
参考文献
[1] 李云端.农业昆虫学[M].北京：高等教育出版社2006：132—135.
[2] 陈守良.动物生理学[M].北京：北京大学出版社.2005：58—59.
[3] 付绍军.郭康权.电致生物效应与电场杀虫技术[J].农机化研究.
[4] 上晓臣.朱益民.多针对板式负电晕放点电极间距确定[J].高电压技术.2003.29（7）：40—42.
[5] 廖贡献.高压静电场植物细胞的影响[J].中南民族大学学院学报.2000：19（3）：9—12.
[6] 王建伟.郭康权.焦静.等.土壤电特性及电场杀虫的研究[J].农机化研究.2007.3（3）：128—130.
[6] 张佰清.罗莹.魏宝东.高压静电场杀菌效果研究[J].保险研究.2005（6）：39—40.
[7] 赵剑.杨文杰.马福荣.等.高压静电场对苜宿叶片愈伤组织诱导的影响[J].生物物理学报.1996（9）：517—521.
作者简介： 张歆然（1992-）男，吉林白山，山西农业大学本科在读，研究方向：设施农业高压脉冲地下杀虫技术；通讯作者：刘振宇（1974-），男，山西汾阳人，中国农业大学博士后，现任山西农业大学信息科学与工程学院 副教授。研究方向：电子信息科学与技术。
关键词：设施农业；高压脉冲；高频；网状布线
中图分类号：S477.3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20150633025
引 言
国际上已经研究和发展了一些物理防治方法，但效果不是很显著。本次研究主要针对设施农业地下害虫而言，摒弃传统模式，采用高压脉冲地下杀虫技术，采用网状布线的方式，实验比较测试出设施农业中利用高压脉冲地下杀虫的效率高，还是采用传统的农药杀虫的效率高，得出相关参数与结论。高压脉冲的产生电路中产生方波，方波可在整个脉宽的时间内以最大电压持续作用地下害虫，致死效果更强。
1 土壤导电特性研究
季节不同，土壤的含水量和温度也就不同，影响土壤电阻率最明显的因素就是降雨和冰冻。在雨季，由于雨水的渗入，地表层土壤的ρ降低，低于深层土壤；在冬季，由于土壤的冰冻作用，地表层土壤的ρ升高，高于深层土壤。这样，使土壤由原来的均匀结构变成了分层的不均匀结构，引起ρ的变化。多年冻土的ρ极高，可达到没有冻土时的几十倍。
2 单元方案设计
3 高压脉冲发生模块
3.1 利用特定高频高压变压器产生持续的高压脉冲电场
变压器的原理是基于2个电路之间的磁性耦合，这个过程中输入功率总大于输出功率，能够在不产生能量损失的条件下进行功率变换的变压器称为理想变压器f551。理想变压器没有能量损失，不产生涡流和磁滞现象，没有漏磁场，即通过初级线圈的磁通完全通过次级线圈。但是理想变压器在实际中是不存在的，高频高压变压器是阻碍高压电源发展的主要因素，其主要问题体现在2个方面：高频变压器体积小但存在突出的绝缘问题和高压变压器变比较高，而大变比导致严重的非线性问题，大为增加了变压器的漏感和分布电容。
3.2 可编程脉冲串生成电路
在可编程脉冲串生成电路中，使用了3个微型按键，输入到单片机AT89S51的P1.0-P1.2端口，对低频脉冲的频率与脉冲宽度进行编辑；用两位LED数码，使用P2口进行数据传输，使用P3.0和P3.1进行位选，显示脉冲频率或占空比，在运行程序中重复按动K1键可交替现实脉冲频率或占空比；利用与非逻辑门（OC输出）将从P1.4口输出的高频脉冲与从P1.5口输出的低频脉冲逻辑相与后形成调制脉冲，即高频脉冲串输出。如果将与非门的输入端2脚用跳线开关钳制为高电平时，则由其连续输出高频脉冲，经高压输出单元的RC滤波后，可输出直高压。
3.3 高压脉冲电场总体原理
软件设计中系统以频率f=1HZ，脉宽为80ms作为脉冲的默认参数缺省值，并利用单片机内的2组定时器通过定时器中断服务程序实现高频脉冲从P1.4端口和P1.5端口输出。在程序运行期间可随时调用脉冲参数缓冲区的数值发生变化时，中断服务程序将变更定时标准产生新的脉冲输出。脉冲参数编辑流程如图3所示。
4 地下布线模块
根据设施农业生产特点，采用网状布线方法，地下铁网布线的方法，可将铁网埋于地下分成3层，中间层接正极，上下两层接地，当给铁网通电时将高压电网布置在地下，利用害虫从地下钻出地面时接触电网，放出高压脉冲来电击杀虫，在2000V左右的高压下将害虫杀死。虽然采用材料多，但实施起来比较简单，可循环利用，杀虫面广彻底，便于农业生产，所以采用网状布线的方法。
5 设施农业高压脉冲地下杀虫技术效果及结论分析
5.1 效果分析
针对设施农业中农作物种植情况不同，特别针对黄瓜，西红柿，白菜3种作物展开研究，对高压脉冲杀虫率和农药作用杀虫率进行比较，数据记录（见表1）：
根据比较可以观测出，高压脉冲地下杀虫的杀虫效果比农药杀虫稍差，但不会影响农作物的正常生产。
研究表明：地下害虫的致死率还随电场强度、脉宽、脉冲个数的增加而增大，同一灭虫条件，蛴螬>地老虎>蝼蛄>金针虫。电场作用后死亡害虫细胞表面出现凹陷，局部有孔洞产生，从而使害虫致死。高压脉冲的产生电路中产生方波，方波可在整个脉宽的时间内以最大电压持续作用地下害虫，致死效果更强。
5.2 实验结论
高压脉冲杀虫技术能源主要太阳能提供，大大减少了农药的使用，减少了传统农业产生的水土污染，为绿色农业，生态农业发展提供了一个宝贵的方向。
高压脉冲可应用于防治地下害虫，且在1500V—2000V范围内，不仅对种子的萌发和农作物的生长不产生影响，反而具有促进作用，可放心使用于农业生产；
地下布线采用网状布线的方法，具有比针状布线更大的有点，利于实现，适合大棚以及更大的农业生产，是一种可循环的生产模式。
参考文献
[1] 李云端.农业昆虫学[M].北京：高等教育出版社2006：132—135.
[2] 陈守良.动物生理学[M].北京：北京大学出版社.2005：58—59.
[3] 付绍军.郭康权.电致生物效应与电场杀虫技术[J].农机化研究.
[4] 上晓臣.朱益民.多针对板式负电晕放点电极间距确定[J].高电压技术.2003.29（7）：40—42.
[5] 廖贡献.高压静电场植物细胞的影响[J].中南民族大学学院学报.2000：19（3）：9—12.
[6] 王建伟.郭康权.焦静.等.土壤电特性及电场杀虫的研究[J].农机化研究.2007.3（3）：128—130.
[6] 张佰清.罗莹.魏宝东.高压静电场杀菌效果研究[J].保险研究.2005（6）：39—40.
[7] 赵剑.杨文杰.马福荣.等.高压静电场对苜宿叶片愈伤组织诱导的影响[J].生物物理学报.1996（9）：517—521.
作者简介： 张歆然（1992-）男，吉林白山，山西农业大学本科在读，研究方向：设施农业高压脉冲地下杀虫技术；通讯作者：刘振宇（1974-），男，山西汾阳人，中国农业大学博士后，现任山西农业大学信息科学与工程学院 副教授。研究方向：电子信息科学与技术。