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作者：刘柯楠昆明理工大学

学位级别：硕士

根系是作物同外界环境间进行物质与能量交换的重要器官,是影响其水肥利用效率和适应环境胁迫的关键因素,然而由于根系生长环境的不可见性和复杂性等特点,很难对作物根系的形态结构进行定量的表述,已成为作物学家研究其根系的最大障碍。... 详细信息

根系是作物同外界环境间进行物质与能量交换的重要器官,是影响其水肥利用效率和适应环境胁迫的关键因素,然而由于根系生长环境的不可见性和复杂性等特点,很难对作物根系的形态结构进行定量的表述,已成为作物学家研究其根系的最大障碍。目前,国内外关于虚拟作物根系的研究比较多,但其中大多数上只是模拟了根-土系统的局部功能,而忽略了周围环境因素对根系生长的影响。本研究依托国家自然科学基金(51009073,限量灌溉和施氮对小桐子产量和品质效应研究;60971115,土壤压实对作物地下组织构型作用建模与动态仿真)以能源树种小桐子幼树根系为研究对象,根据所设计的小桐子盆栽试验,提取总结试验期内小桐子根系生长的拓扑结构及构型特征,建立了小桐子根系生长的模拟模型。在此基础上,以Visual C++和OpenGL图形接口作为开发工具,构建了一个小桐子根系可视化生长模拟系统。并以试验实测数据为基础,对小桐子根系可视化生长系统进行了验证。验证结果显示该模型有效、可靠,可以形象地模拟小桐子根系的生长与发育过程,符合其根系生长与分生规律。通过对不同水分、盐分条件下小桐子盆栽试验数据的统计分析并与模拟得到的三维图形和数值结果进行比较,本文得出了以下主要结论： (1)模拟仿真得到的小桐子三维根系图像与实际中小桐子根系的形态特征相类似,且模拟的小桐子根系生长过程,与实际生长过程相一致。 (2)当灌水量为田间持水量的70%时被优化的小桐子根系构型是促进水分利用效率提高的重要原因。 (3)试验设3个盐分水平,分别为无盐、低盐和高盐,随着盐分胁迫的增大,小桐子地上部分及地下根系均受到抑制,根系数量及长度均减小。 (4)通过将水、盐试验获得的根系长度值与模拟值进行相关性分析发现,两者间的相关性系数均高于0.85,表明该模型具有较高的精度。以上结论可为小桐子对水肥的吸收利用、合理灌溉及其抗水盐胁迫的能力提供理论依据和参考。

关键词：小桐子根系构型水盐胁迫模拟可视化

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去除结皮与深松对红壤中玉米生长的作用

去除结皮与深松对红壤中玉米生长的作用

作者：陈林昆明理工大学

学位级别：硕士

玉米是我国重要的粮食作物,是云南省种植面积最大的粮食作物,近年来种植面积还在不断扩大。玉米生长发育与其生长的土壤环境条件关系密切。云南耕地以粘度较大、耕层浅、土壤结构差的红壤为主。降雨作用易使红壤形成结皮和表层土壤压实... 详细信息

玉米是我国重要的粮食作物,是云南省种植面积最大的粮食作物,近年来种植面积还在不断扩大。玉米生长发育与其生长的土壤环境条件关系密切。云南耕地以粘度较大、耕层浅、土壤结构差的红壤为主。降雨作用易使红壤形成结皮和表层土壤压实,人畜和机械作业的作用则易使红壤从表层到耕作层产生压实,影响土壤的通气透水性,阻碍作物生长发育,使作物产量减少。为此,本文针对红壤结皮和压实对玉米生长的影响,通过去除结皮和深松试验,探讨去除结皮前后0-5 cm土壤表层的结构变化,和深松对玉米生长及深层土壤结构的作用。试验设置了结皮组D1(不深松组)、去除结皮组D2和深松组D3三组不同土壤处理,分别进行玉米栽培,测取玉米生长数据。通过去除表土结皮和深松改善玉米生长的土壤环境,提高玉米产量,研究结果如下：0-24 cm土层的温度测试显示,土壤温度随土壤深度加大而降低,土壤表层6 cm内平均温度,去除结皮组比结皮组高0.3℃,深松组比结皮组高0.2℃;比较结皮组和去结皮组,0-24 cm的土壤容重和含水率差异不明显,深松组表层0-24 cm的土壤容重比结皮组降低0.1 g/cm3;深松组比结皮组的土壤平均含水率高12%。深松组和去结皮组的玉米出苗率较结皮组分别提高4.2%和1.40石,深松和去除结皮还可以提高玉米的出苗速率;深松组在苗期14-35 d的根长较结皮组和去结皮组差异显著(p<0.05),D3组次生根数量、须根数量均大于D1组,且根系有向下移及向两侧拓展的趋势,结皮组和去结皮组差异不明显;在1-20 cm土壤深度范围内D3组根干重占植株总干重比最大,深松组的根鲜重、叶鲜重、总鲜重较结皮组差异显著(p<0.05),去除表土结皮对玉米苗期的生长影响较小。此外,D3组的平均株直径和平均株高大于D1组5.4%和7%;深松对玉米叶面积的影响较结皮组差异显著(p<0.05);比较玉米生长40d后的各项干物质,结皮组与去结皮组差异不明显,深松组高于结皮组。深松组拔节期、抽雄期和成熟期的物候时间比结皮组平均提前2-3d,株高分别增加4 cm、13 cm和11 cm,叶片数分别多0.5片、0.5片和1片;D3组较D1组根深15 cm,秃尖少0.5 cm,穗长多1 cm,穗粗多0.1cm,穗位高3 cm,百粒重多1.2 g,产量增加6.4%。试验证明,深松可以有效的改善土壤结构,增加土壤蓄水透气性,提高玉米干物质的积累,促进其生长发育和增产;而单纯去除结皮只能改善局部表土的土壤结构,对玉米生长的作用不明显。本研究可为红壤中玉米合理种植提供一定的理论依据。

关键词：结皮土壤压实深松玉米生长红壤

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竹材气体渗透性检测与分析

竹材气体渗透性检测与分析

作者：贺勇昆明理工大学

学位级别：硕士

竹类植物在全世界具有广泛分布,而中国的竹材储量居世界之首。由于竹类植物具有生长快、产量高、伐木性和生态功能强等优点,竹材这种绿色环保的材料,随着社会的发展其经济、生态和社会效益将会日益突出。近年来,竹材材性研究取得了很大... 详细信息

竹类植物在全世界具有广泛分布,而中国的竹材储量居世界之首。由于竹类植物具有生长快、产量高、伐木性和生态功能强等优点,竹材这种绿色环保的材料,随着社会的发展其经济、生态和社会效益将会日益突出。近年来,竹材材性研究取得了很大进展,但是,竹材的物理性质、力学性质、化学性质等材性与加工利用的关系仍然有许多领域值得探索。本文对竹材的材性研究进展进行了分析和总结,设计出了分析竹材物理性质之一的竹材气体渗透性检测系统。竹筒容器的渗漏问题是影响产品(竹筒酒、竹汁饮料等)质量的主要因素之一。竹筒的渗漏导致包装的产品无法长时间保存或在长途运输中发生变质等问题,因此需要检测竹筒的渗透性,为选择竹筒材料以及根据测试结果改进防渗漏处理的方法,从而得到最佳的防渗漏处理方案。另外,竹材漂白或染色过程通常需要改善竹材渗透性。竹材渗透率是反映气体在竹材物料中渗透程度的物理量,由于气体和液体在竹材中的渗透路径的相近性,根据竹材的气体渗透性可间接得到其液体渗透性。本文分别采用真空气压法和图像分析法对竹材气体渗透性进行了研究。真空气压.法对竹材透气性进行检测又分负压和正压两种。真空气压法气体渗透率测试系统按结构可分为：真空气压装置和微压电子测试分析两部分。真空气压装置由标准塑料耐压管、真空阀门、真空泵、真空计、压力表及空压机等组成;电子测试分析系统由高灵敏度压电晶体气压传感器、数据采集卡、信号放大滤波电路、和基于LabVIEW的气压信号分析处理软件组成。测试过程中,与上气室连接的微气压传感器将检测到的气压变化信号通过数据采集卡输入PC机,并由基于LabVIEW编程平台的软件系统对常压室内的气压信号进行采集和分析,从而得出竹材固体农业物料的气体渗透率。测试结果表明系统运行稳定、过程可靠、检测精度高。图像分析法：利用图像处理的方法,分析预处理前后竹材的维管束结构和基质的孔隙面积变化情况。竹材固体农业物料的渗透率与竹材物料的孔隙度有直接的关系。本研究中,首先,选取基于RGB三基色彩色模型的图像自动阈值分割算法,对获取彩色图像的R分量进行自动阈值分割,通过形态学开闭运算消除噪声,然后根据标准圆的面积计算出解剖结构图像中孔隙的面积。本研究中利用基于虚拟仪器的竹材气体渗透性检测系统分别对毛竹的纵向、横向和竹隔的气体渗透性进行了测定和分析。结果表明竹材的结构和其渗透性有显著的关系,竹材的纵向渗透率最强,竹隔的渗透率最低。竹材试样经过水煮预处理之后,气体渗透率明显大于未经过处理的竹材试样,由此说明水煮预处理能够有效地提高竹材的渗透率。通过图像分析方法,观察水煮预处理前后竹材微观解剖结构的孔隙率变化得出的结论表明：水煮预处理后的竹材横截面的试样,其孔隙率(竹黄到竹青)大于未经预处理的竹材横截面试样的孔隙率。因此水煮预处理提高了竹材物料的孔隙率,从而提高了竹材的气体渗透率,应用此方法还可以分析其他改性处理法对竹材内部孔隙的影响。

关键词：竹材透气率检测系统气压真空图像处理

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基于组态软件的温室监控系统

基于组态软件的温室监控系统

作者：葛中一昆明理工大学

学位级别：硕士

控制环境农业是一种现代集约化的农业生产方式,它能使农业生产和工业生产一样不受自然环境因素制约,并进行自动化的高效生产。温室属于一种作物生产系统,它是可控环境农业的一个重要研究对象。温室是一种可以改变植物生长环境、为植物... 详细信息

控制环境农业是一种现代集约化的农业生产方式,它能使农业生产和工业生产一样不受自然环境因素制约,并进行自动化的高效生产。温室属于一种作物生产系统,它是可控环境农业的一个重要研究对象。温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所,它具有合理利用农业资源、保护生态环境、提高农产品产量等优势。温室技术是当前国际上前沿性研究领域,其关键技术是对环境因子进行采集并加以有效的控制,该技术的最终目标是提高控制与作业精度。温室监控系统是指可利用传感器将温室中的有关环境参数进行采集,并能按照要求控制温室中的各种执行设备,从而达到人工控制温室环境的目的。监控系统是具有完全的自动化和一定的智能化的计算机监控系统。研究温室环境监控系统,尤其是网络化的、运用自动控制技术的现代农业管理模式,是很有必要和发展潜力的。如何利用温室监控系统有效地提高温室环境控制水平和现代化管理程度,是目前温室技术研究的重要课题之一。本文题目是基于力控的温室环境因子监控系统的设计与开发,系统利用力控组态软件进行设计,可以实现温室环境信息实时监控、数据采集、数据管理等多项功能,提高了温室监控系统的自动化程度。同时系统具有人性化的操作界面,具有良好的通用性、可扩展性。本系统中所采用的力控组态软件,是适于温室农业生产过程的组态软件,可快速生成面向特定温室对象的监控与管理系统。温室是一个多输入多输出的系统,各变量之间不是独立存在的,各个子系统之间的控制相互耦合在一起,对单个环境因素的控制,都会影响其它变量状态的变化。因此,温室环境监控系统很难建立精确的数学模型,采用传统的控制方法不能有效地控制温室环境,达到合理的控制效果。本文引入温室环境调控专家系统,将农业专家系统与温室环境监控系统相结合,从而实现系统的自动控制。采用专家系统实现智能化控制,是温室控制技术的发展趋势,在温室智能控制领域应用前景十分广阔。为了适应多种温室内苗盘设置的喷洒需要,本系统实现了基于图像的温室喷洒控制系统,针对温室内苗盘的布置来实现水的自动精确喷洒。喷洒系统主要由摄像头、喷洒装置、图像处理器及外围辅助电器和机械元件构成。系统为手眼视觉系统,网络摄像头垂直安装在喷洒装置的一侧,其中喷洒装置与摄像头的运动由电机统一控制。系统通过摄像头采集的图像,传到计算机中,利用图像处理软件获得苗盘的边界信息及其分布信息,从而控制水阀动作,以实现精确喷洒控制。图像控制的应用,为温室监控技术的发展提出了新的思路,大大提高了系统的性能。本论文着重从以下几个方面入手进行论述：温室监控系统的总体设计;基于力控的温室监控系统的软件设计,主要论述如何用力控组建系统的界面和内部结构;基于专家系统的控制策略的实现;基于图像控制的温室喷洒系统的设计;系统硬件的选择与设计;结合软件和硬件对系统进行测试,论证系统的可靠性;通过实验证实,本温室监控系统在对实验作物的生长过程的监控中,达到了较好的效果,能够为作物提供易于生长的温室环境。论文最后对所取得的成果和结论进行了总结,并分析了研究中的不足,对未来的工作进行了展望。

关键词：温室环境因子组态软件专家系统图像处理

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茶园生产管理信息系统的设计

茶园生产管理信息系统的设计

作者：李静昆明理工大学

学位级别：硕士

随着信息化管理在各行各业的广泛应用,为适应茶叶生产现代化信息化发展需要,本文开展了茶园生产管理信息系统设计研究,具体的研究内容和成果如下：(1)对茶园生产的过程进行了调研,分析了茶园生产管理的现状、茶园信息服务的特点以及茶... 详细信息

随着信息化管理在各行各业的广泛应用,为适应茶叶生产现代化信息化发展需要,本文开展了茶园生产管理信息系统设计研究,具体的研究内容和成果如下：(1)对茶园生产的过程进行了调研,分析了茶园生产管理的现状、茶园信息服务的特点以及茶园生产管理存在的问题。(2)对茶园生产管理信息系统的功能进行了总体设计,具体的功能有茶园人力资源管理、茶园信息检索、茶园操作运行管理、茶园OA管理等,重点对系统的子功能进行了详细设计,建立了功能完备的系统后台数据库。(3)研究了茶园生产管理信息系统的技术基础。选择了系统开发的MVC设计模式及B/S体系结构,并采用Java进行程序设计。利用SSH2框架设计实现了茶园生产管理信息系统,阐述了系统的表现层、业务层、持久层和系统的主要模块的实现过程。采用MyEclipse作为开发工具,MySQL作为后台数据库。(4)对本系统进行的测试表明：设计实现了系统的目标,可以节约茶园日常管理费用,提高茶园管理效率和管理水平,加快了信息流通,加强茶园人员责任心以及加强了文件保密性。综上所述,本文设计的茶园生产管理信息系统具有可扩展性,根据实际需求中遇到新的情况,可以对系统进行进一步的扩展和完善。

关键词： SSH2 管理信息系统茶园生产 MyEclipse MySQL

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液牵引采煤机工程实现

液牵引采煤机工程实现

作者：马涛昆明理工大学

学位级别：硕士

煤炭是我国主要能源之一,为增强煤矿开采能力,能够研制高效安全的煤矿开采设备一直是煤矿机械制造商追求的目标。根据牵引动力不同,采煤机可分为机械牵引、电牵引以及液压牵引采煤机三种大类,与机械牵引和电牵引的采煤机相比,液牵引的... 详细信息

煤炭是我国主要能源之一,为增强煤矿开采能力,能够研制高效安全的煤矿开采设备一直是煤矿机械制造商追求的目标。根据牵引动力不同,采煤机可分为机械牵引、电牵引以及液压牵引采煤机三种大类,与机械牵引和电牵引的采煤机相比,液牵引的采煤机具有液压元件布置方式灵活,调速范围广,能够实现过载保护和性价比较高等特点,在中小规模煤矿中广为应用,是煤矿机械制造商较为关注的煤矿机械。在中国有着丰富的煤炭资源储备,但是不同矿区煤矿条件(包括硬度以及煤层厚度等)存在差异,且大多数矿区地势较为复杂,基于上述条件,太重煤机有限公司生产的MG150/375-W型液牵引采煤机采用多电机横向布置结构,这种结构的特点在于避免了因锥齿轮换向而引起的机械传动效率低下的缺点。截割电机最大功率可以达到200kW,能够实现一机多型(即200采煤机、375采煤机以及575采煤机),从而可以适应我国不同硬度以及厚度煤层的煤矿开采工作。而通过对摇臂外形的改造,实现了左右摇臂可互换性的特点,大大增强了采煤机的经济性以及降低了对摇臂维修、零件更换的难度。对于液压牵引系统中调高部分的改进,也使得采煤机在工作过程中更趋向于自动化生产模式,有效提高了采煤机生产效率,降低了人力劳动。本文主要研究内容有：对整机参数(包括生产率、截深、滚筒直径、机面高度、采高、调高范围、卧底量、牵引速度、牵引力、截割速度以及装机功率)进行计算分析。进行MG150/375-W型液牵引采煤机主要组成部分(左右摇臂、左右牵引传动箱,液压传动箱,电气控制箱,调高油缸,左右截割滚筒以及各种辅助元件)的设计和生产,设计过程中应保证各个零部件在安全完成工作的同时具有一定的经济性与互换性。对摇臂的外形结构进行改进与生产,生产任务包括铸造工艺以及热处理工艺的确定。并对摇臂在工作过程中可能出现的问题进行评估、排除。对牵引传动部分进行设计,并对牵引传动部分在工作过程中可能出现的问题进行故障排除。对液压牵引部分进行元件选型以及布置方式设计,并对过往容易产生安全隐患的部分进行改进、调试工作,制定日常维护准则,并对在出厂试验已经出现的问题以及工作过程中可能出现的问题进行故障排除。最终设计出一套完整的、调速范围广并且有一定过载保护功能的液压传动部分对截割滚筒以及其余各种辅助元件进行确定,并制定运输、检修计划。综上所述,该液牵引采煤机有一定的通用性可以借鉴。

关键词：液压牵引采煤机设计生产故障排除检修

基于VC++和OpenGL的荠菜根系生长模拟

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基于VC++和OpenGL的荠菜根系生长模拟

作者：刘静昆明理工大学

学位级别：硕士

作为植物的地下部分,根系是固定植物体,摄取、运输和储存营养物质以及合成一系列有机化合物的重要器官。植物根构型,即根系在生长介质中的三维空间造型和分布,对植物吸取水分、养分具有十分重要的作用。由于植物根构型一般都较为复杂,... 详细信息

作为植物的地下部分,根系是固定植物体,摄取、运输和储存营养物质以及合成一系列有机化合物的重要器官。植物根构型,即根系在生长介质中的三维空间造型和分布,对植物吸取水分、养分具有十分重要的作用。由于植物根构型一般都较为复杂,难以原位观测获得其三维几何参数,所以对其进行定量研究就成为根系生物学研究的难点之一。随着计算机技术的发展,根构型模拟研究已取得了较大进展。根构型模拟系统除了可用于探讨植物根系生长型态及结构分析外,还可结合根系生长模式定量分析土壤环境条件对于作物生长的影响。特别是,通过这样的模拟系统,可以对根系在土壤中生长的过程进行可视化分析,能直观地考察植物在土壤中的根系生长情况,大大改善了对植物根系的研究方法。植物根系主要分为直根系和须根系两类,本文以直根系的荠菜根系作为研究对象。荠菜原产中国,具有较高的经济价值和营养价值,现已成为人们喜爱的一种人工栽培植物,其生长周期短,能周年生产与供应,是一种很有发展前途的绿叶蔬菜。但目前对荠菜的研究限于地上部分,对其地下根系的研究较少。本文采用计算机模拟的方法研究荠菜地下部分的根系生长,对于深入研究荠菜的植物学和栽培学规律将具有一定的学术价值。本研究的主要工作有以下几个方面：根据拟定的实验方案,通过栽培实验,在不同的土壤压实度下种植荠菜,定期对荠菜根系进行采样观测分析,探讨荠菜整个生长周期中,根系在不同土壤压实条件下其根构型的差异,确定其在不同土壤压实度下的构型特征。通过实验全面了解荠菜根系的生长规律及确定适宜荠菜生长的土壤压实度范围。本研究选取图像的RGB彩色模型作为图像分析的基础。通过对根系采样的图像处理实验,比较其R、G、B分量的分布特点,结果表明荠菜根系彩色图像的R分量的双峰特性较为明显,因此本文选用Otsu自动阈值分割算法对荠菜根系RGB图像的R分量进行分割,能够较好地快速分割出荠菜根系结构。为了消除噪声影响,还研究了对分割后的图像采用图像处理形态开、闭运算对荠菜根系图像进行调整,获得更为精确的荠菜根系结构图,为进一步获取荠菜根构型的角点和角度等参数提供所需根系图像。为进行荠菜根构型的角点检测和分支角度测量,采用了Radon变换对上述图像处理所得的简单根系图像操作运算,得到了结构简单的部分荠菜根系角点和角度等根构型参数。根据几何构造模型的植物根系建模方法,探讨了荠菜根系的根构型模拟模型：用轴向树表示荠菜根系的拓扑结构,用双向链表的数据结构存储并表示荠菜根系的空间几何结构,结合荠菜根系的生长特点,构建出合理表达荠菜根系的三维实体模型。应用Microsoft操作系统的WIN32应用程序集成开发环境和本研究前期已有的几何构造模型SimRoot平台,以面向对象Visual C++作为荠菜根构型模拟的编程语言,结合开放式图形库OpenGL,采用动态树状数据结构和递归遍历方法,根据荠菜栽培实验和根系图像分析数据,编制了荠菜根系三维可视化模拟的计算机程序。经过程序调试,得到了能够显示荠菜根系生长过程的三维实体图像,并输出荠菜根系的相关根构型参数的计算机模拟程序。通过在不同土壤压实度下栽培荠菜,对比实验数据和模拟数据,证明所建立的计算机模拟系统能够较真实地再现荠菜根系的生长过程,比较准确地反映出其形态特征和分布特点。进一步对不同土壤压实条件下荠菜栽培实验数据的分析比较,本文得出了适宜荠菜生长的土壤压实度范围为1.0-1.2 g/cm3,可为荠菜种植生产、栽培技术发展和植物生理学研究提供相关理论依据和研究方法。本文提出的荠菜根系测量方法、图像处理方法、根构型生长建模以及计算机模拟方法不仅针对荠菜研究有意义,而且对于其它植物特别是直根系植物的模拟研究也能够起到一定的借鉴作用。

关键词：虚拟植物土壤压实度几何模型荠菜根系可视化模拟

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基于热平衡方式的植物茎流检测系统研究

基于热平衡方式的植物茎流检测系统研究

作者：田清远昆明理工大学

学位级别：硕士

植物的蒸腾耗水检测是精细农业研究的一个重要方向,其中,利用热动力学来测量植物的茎流是研究植物蒸腾耗水量的一个重要方向。目前热脉冲法、热平衡法、热扩散法以及热场变形法是测定植物蒸腾耗水量的主要方法,。在各种热动力方法中,根... 详细信息

植物的蒸腾耗水检测是精细农业研究的一个重要方向,其中,利用热动力学来测量植物的茎流是研究植物蒸腾耗水量的一个重要方向。目前热脉冲法、热平衡法、热扩散法以及热场变形法是测定植物蒸腾耗水量的主要方法,。在各种热动力方法中,根据热平衡原理测量植物茎流的方法不仅理论较成熟,而且测量对象广泛。但该方法在测量作物蒸腾耗水时,需要安装高精度传感器,测量的点较多,要求高精密的温度控制算法和小功率的加热装置,使得该方法在应用时存在一定的困难。本文根据茎流测量的热平衡理论和方法,通过分析热平衡中各参数在实际测量中与茎流的关系,对测量方法进行简化,提出了在热平衡原理的基础上用线性回归的方法间接测量植物茎流的检测系统。系统采用研华1710HG多功能数据采集卡,在LabVIEW的编程平台上,采用PID控制算法和PWM变功率输出,用热敏电阻检测温度,构成负反馈控制系统,辅以外电路供电加热,实现了简化的热平衡测量系统的设计。系统采用高精度薄膜型热敏传感器作测温元件,柔性电加热膜作加热元件,解决了传统检测方法中的侵入式安装,避免了因此造成的植物损伤。在虚拟仪器的编程基础上,利用PID控制算法和PWM脉冲调制实现了小功率控制加热下的高精密温度控制,系统稳定情况下温度的控制精度为0.1℃,为热平衡法测量植物茎流提供了一个可行、实用的温度控制方案。在仿真实验的基础上,以绿宝树为实验对象进行了检测实验,建立了系统耗能量与植物耗水量的相关关系并进行了线性回归分析,回归分析决定系数R2=0.793。在建立的系统经验方程的基础上,以预测检验实验分析了耗水的期望值与实际值,得出：在60分钟内植物耗水大于1.8g情况下,系统预测值与检测值的平均误差比为12%。当前所建立的茎流检测系统,由于柔性电加热膜的尺寸和功率(2W)限制,只能适用于植物茎杆直径小于2cm,茎流速度在1.8g/h-13g/h的情况,对于直径较大和茎流速度高的植物,需要改变柔性加热膜的尺寸和调节系统PID控制参数的情况下进行推广应用。

关键词：茎流检测热平衡法温度控制 PWM调制 LabVIEW PID控制

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片状农业物料干燥过程控制研究

片状农业物料干燥过程控制研究

作者：李虎昆明理工大学

学位级别：硕士

干燥是农业生产中的关键环节,是实现农产品生产全程机械化的重要组成部分。农产品干燥技术包括干燥方法与质量鉴别方法两个重要方面。实践表明：在干燥方法上,热风干燥仍然是目前最简单、经济的干燥方法;在质量鉴别上,由于各种农业物料... 详细信息

干燥是农业生产中的关键环节,是实现农产品生产全程机械化的重要组成部分。农产品干燥技术包括干燥方法与质量鉴别方法两个重要方面。实践表明：在干燥方法上,热风干燥仍然是目前最简单、经济的干燥方法;在质量鉴别上,由于各种农业物料的理化属性千差万别,因此一种物料干燥质量鉴别的方法很可能不适用于另一种物料。本项研究以玫瑰花瓣为片状农业物料试样,旨在通过实验,探讨实现片状物料干燥过程的设备控制要求。进行研究的实验设备包括箱式干燥器烘箱、冷凝器、温度湿度传感器、控制器和相关的电气设备。试验研究片状农业物料的干燥特性,确定工艺参数,使用数字图像处理的方法进行干燥质量鉴定,继而用单片机设计控制系统,以达到经济实用、因地制宜的效果。论文按照设计和实验的步骤,概括每一步的方法、结论和改进措施,分层展开叙述。本项研究在干燥的过程中回收花卉中的水分。根据实验用箱式干燥器的烘箱结构,建立起传热模型的数学物理方程,确定边界条件,求解该方程得出烘箱内的温度分布。依据干燥对象和干燥过程的特点,对玫瑰花瓣的片状物料干燥工艺进行设计确定相应的干燥参数测量方案。本项研究对控制系统建模并确定控制参数,使用可编程控制器设计其控制流程,利用电气设备实现控制方案。实验表明干燥温度在低温段与高温段对干燥质量有不同的影响,为了量化温度对干燥质量的影响程度,使用数字图像处理的方法分析干燥物料,确定适宜的干燥温度。在适宜的温度下进行试验,采集干燥过程中物料的湿度、重量随时间的变化关系,分析其干燥特性。为了预测物料在不同的工况和时刻的干燥程度,本项研究使用人工神经网络模拟其干燥特性,同时提供一种科学的研究方法。干燥特性的实验表明使用周期控制的PID算法不能准确地控制干燥温度。因此使用单片机设计使用离散PID运算的控制系统,控制可控硅实现相位控制,获得准确的干燥温度。使用离散PID相控虽然准确地实现了控制方案,但是干燥效率仍然相对低下。片状农业物料的干燥特性被其内部水分迁移规律所决定,厚度越薄则效率越高,在单个玫瑰花瓣的厚度无法改变的情况下,使干燥对象在干燥过程中不断运动,因此整体玫瑰花瓣层相对变薄。为提高干燥效率,本项研究在最后进行理论上的分析与设计,在原有的基础上进行改进。设计新的干燥设备,使玫瑰花瓣在干燥的过程中不断运动。由于运动的系统无法使用重力测量反映其干燥程度,因此引入数字图像处理的方法进行连续自动摄像、干燥对象自动识别、干燥质量实时分析。利用分析的结果通过串口实现与单片机的通讯最终控制运动系统,实现控制要求。

关键词：片状农业物料干燥控制单片机

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重叠与遮挡下苹果识别与定位方法的研究

重叠与遮挡下苹果识别与定位方法的研究

作者：谢林峰昆明理工大学

学位级别：硕士

在非结构化的果园生态环境中,苹果的生长环境非常复杂,果实往往互相重叠或果实被树叶遮挡,导致苹果采摘机器人不能快速以及准确地识别和定位目标苹果,严重影响苹果采摘机器人的采摘效率。为了解决的这一个问题。本文针对苹果重叠和遮挡... 详细信息

在非结构化的果园生态环境中,苹果的生长环境非常复杂,果实往往互相重叠或果实被树叶遮挡,导致苹果采摘机器人不能快速以及准确地识别和定位目标苹果,严重影响苹果采摘机器人的采摘效率。为了解决的这一个问题。本文针对苹果重叠和遮挡等问题,提出一种新的方法。主要研究内容和结论如下:本文具体介绍了K-means算法、OUST阈值分割、色差法三种分割算法,并且对三种算法进行了对比分析。经过实验得出,K-means分割算法的平均相似度为96.34%;平均分割误差为2.35%;平均运行时间为0.78s。除了运行时间,K-means算法的分割性能要高于其他两种算法,且该算法的运行时间不超过1秒,因此表明该算法能够较为稳定、快速,准确的将苹果图像中的目标提取出来,因此选择K-means分割算法对苹果图像进行分割。提出一种基于图论分割算法Nuct与三次样条插值算法结合使用的方法对重叠苹果进行识别与定位。该方法的步骤为:第一步,对K-means分割算法分割及预处理后的恢复彩色的图像使用图论分割算法Nuct进行2次分割,提取两个苹果的轮廓,第二步,使用边缘曲率提取出果实没有被遮挡的完整轮廓和被遮挡部分轮廓,最后,使用三样条插值算法对被遮挡部分轮廓进行拟合。实验结果表明对于重叠果实中没有被遮挡的果实部分,该算法的平均相似度96.08%。算法的平均误差为4.20%,对于重叠果实中被遮挡的果实部分,该算法平均相似度为94.71%,的平均误差为5.13%,因此证明了该方法可以稳定和准确的识别和定位重叠苹果目标。在自然环境下苹果目标往往被树枝遮挡,这将导致采摘机器人采摘效率受到影响。针对这一问题,本文首先使用K-means分割算法提取苹果目标的轮廓再用凸壳提取真实轮廓段,利用不在同一直线上的3点可以确定圆的方法。在真实轮廓段上随机选取三个点为了避免不同选取点带来的参数估计值差异较大的问题,进行多次选点再求取所有圆心和半径的平均值,用求出来的圆心和半径的平均值进行拟合定位遮挡苹果目标。实验结果得出,该算法的平均定位误差为7.80%,重叠系数为89.48%,证明了该算法可以稳定准确地定位遮挡苹果目标。使用GUI编辑工具箱在MATLAB中设计重叠和遮挡下识别和定位苹果目标软件系统。本系统有三种模块分别是分割方法的效果对比模块,重叠苹果目标分割与拟合模块和用于遮挡苹果目标定位模块。

关键词： K-means分割算法重叠苹果拟合三点定圆遮挡苹果定