张仲雄等：基于植株需光差异特性的设施黄瓜立体光环境智能调控系统（2020年第2期）

引文格式

　

张仲雄, 李斌, 冯盼, 张盼, 来海斌, 胡瑾, 张海辉. 基于植株需光差异特性的设施黄瓜立体光环境智能调控系统[J]. 智慧农业（中英文）, 2020, 2(2): 94-104.

ZHANG Zhongxiong, LI Bin, FENG Pan, ZHANG Pan, LAI Haibin, HU Jin, ZHANG Haihui. Stereoscopic light environment intelligent control system based on characteristic differences of facility cucumber plants light requirements[J]. Smart Agriculture, 2020, 2 (2): 94-104.  (in Chinese with English abstract)

友情提示：文章已在中国知网上线，欢迎大家阅读引用。万方、维普等其他数据库将陆续上线。

中国知网下载（推荐）：点此访问

备注：知网登录可以选择IP登录

官网访问：http://www.smartag.net.cn

基于植株需光差异特性的设施黄瓜立体光环境智能调控系统

张仲雄1,2,3, 李斌1,2,3, 冯盼1,2,3, 张盼1,2,3, 来海斌1,2,3, 胡瑾1,2,3, 张海辉1，2，3*

（1.西北农林科技大学 机械与电子工程学院，陕西杨凌 712100；2.农业农村部 农业物联网重点试验室，陕西杨凌 712100；3.陕西省农业信息感知与智能服务重点试验室，陕西杨凌 712100）

摘要: 光是植物进行光合作用的主要能量来源，光照好坏直接影响作物的产量和品质。本研究针对现有植物补光系统多以功能叶光合能力为基准进行冠层补光，导致冠层新生叶光抑制、株间功能叶位补光不足以及补光位置不能适应作物生长进行动态调整的问题，以黄瓜为研究对象，设计了一种基于植株需光差异特性的设施黄瓜立体光环境智能调控系统。该系统由智能控制子系统、冠层-株间LED补光子系统、冠层-株间环境监测子系统和补光灯升降子系统组成，通过ZigBee技术实现各子系统间无线通信。其中冠层-株间环境监测子系统分别获取冠层和株间环境信息并发送至智能控制子系统，智能控制子系统根据环境实时信息调用冠层调控模型和株间适宜叶位调控模型获得相应调控目标值，并将其下发至冠层-株间补光灯，实现冠层与株间补光灯的动态实时调控。在陕西省泾阳县蔬菜产业综合服务区蔬菜基地分别部署立体补光设备和传统冠层补光设备，并进行系统调控效果验证试验。结果表明，立体补光区黄瓜植株的株高和茎粗显著增长，其中相比传统冠层补光区平均株高、茎粗分别增长了8.03%和7.24%，相比自然处理区平均株高、茎粗分别增长了26.51%和36.03%；在一个月的采摘期内，立体补光区相比传统冠层补光区和自然处理区产量分别提升了0.28和1.39 kg/m2，经济效益分别增加了2.82和4.88 CNY/m2，说明立体光环境调控系统能够提高经济效益，具有应用推广价值。

关键词: 设施光环境；ZigBee；黄瓜叶位；立体补光；智能调控；PWM

文章图片

图1　立体光环境调控系统整体结构图

Fig. 1  Overall structure of stereo fill light environment control system

图2　智能控制子系统设计框图

Fig. 2  Block diagram of intelligent control subsystem

图3　冠层-株间环境监测模块设计框图

Fig. 3  Block diagram of canopy-plant inter-environment monitoring subsystem design

图4　立体补光灯设计

Fig. 4  Stereo light-compensating lamp

图5　冠层-株间补光灯升降子系统设计框图

Fig. 5  Block diagram of canopy-plant light-compensating lamp lifting subsystem

图6　算法模型移植步骤

Fig. 6  Migration steps of the algorithm

图7　立体补光灯PWM反馈控制算法流程图

Fig. 7 Flow chart of PWM feedback control algorithm for stereo light-compensating lamp

图8　立体光环境调控系统主界面

Fig. 8  The main interface of the stereoscopic environment control system

图9　冠层-株间补光灯升降子系统运行流程图

Fig. 9  Running flow chart of the canopy-plant light-compensating lamp lifting subsystem

图10　试验区域分布图

Fig. 10  Experimental area distribution

图11　实验中不同补光灯实际部署对比

Fig. 11  Comparison of actual deployment of different light-compensating lamps in the experiment

图12　黄瓜植株生长指标统计图

Fig. 12  Statistical diagram of cucumber plant growth indicators

图13　黄瓜光合速率随叶位变化趋势图

Fig. 13  Trend diagram of photosynthetic rate of cucumber plants with leaf position

来源：《智慧农业（中英文）》2020年第2期