基本信息
- 項目名稱：
- 智能化蔬菜病害診治系統(tǒng)的研制與試驗
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 在蔬菜栽培生產(chǎn)中，真菌、細菌、病毒引起的多種蔬菜病害主要通過化學(xué)藥物進行防治，導(dǎo)致蔬菜中化學(xué)藥物殘留過高，引發(fā)食物中毒，嚴重危害人們的身體健康。蔬菜病害診治系統(tǒng)利用太陽能光伏板提供的能源，利用病癥顏色識別和監(jiān)控系統(tǒng)，通過電子制冷系統(tǒng)使變頻高壓產(chǎn)生的活氧在低溫狀態(tài)下溶于水，利用一定濃度的活氧水，進行蔬菜病害的診斷與防治，替代了具有藥物殘留的化學(xué)農(nóng)藥，是生產(chǎn)無藥物殘留、綠色優(yōu)質(zhì)蔬菜的理想設(shè)備。
- 詳細介紹：
- 智能化蔬菜病害診治系統(tǒng) 的研制與試驗 研究內(nèi)容 智能化病原微生物防治系統(tǒng)主要包括能源供應(yīng)系統(tǒng)、智能行進系統(tǒng)、低溫溶氧生成系統(tǒng)、活氧水噴霧殺菌系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等部分。 1、能源供應(yīng)系統(tǒng) 智能化病原微生物防治系統(tǒng)的低溫溶氧系統(tǒng)、智能控制、活氧水噴霧的運行需要大量的能源。為了保障充足的能源，該系統(tǒng)通過安裝的太陽能光伏板將太陽能轉(zhuǎn)化電能，儲存在高能電瓶內(nèi)為各種系統(tǒng)運行提供動力。此外，該系統(tǒng)還為作物生長和畜禽在夜間提供光照，紫外線殺菌等，是一種長期重復(fù)利用的綠色環(huán)保能源。 在能源供應(yīng)系統(tǒng)中，太陽能光伏板在白天將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能，通過蓄電池進行存儲，使用時通過充電器，自動地對智能化病原微生物防治器進行供電，保障系統(tǒng)的運行。 試驗表明：按當(dāng)?shù)剞r(nóng)民建造的冬暖式蔬菜大棚面積10×60平方米計算，智能化病原微生物防治系統(tǒng)完成一次運行，需要的能源達1.89千瓦，智能化病原微生物防治系統(tǒng)的能源供應(yīng)試驗效果應(yīng)用參數(shù)如下： 表1 智能化病原微生物防治系統(tǒng)的能源應(yīng)用測試分析 光伏板尺寸（mm） 開路電壓 工作電壓 工作電流 260×240 18.5V 12.3V 1.19A 220×240 16.5 V 10.3V 0.46A 試驗測試人：仇春紅 2、智能行進系統(tǒng) 智能化病原微生物防治系統(tǒng)通過程序設(shè)計控制行走，由步進電機、數(shù)字指南針、光電傳感器等部分組成。在導(dǎo)航方式上，選用了方位行走的方式，即在系統(tǒng)運行需要工作的路徑上，預(yù)先由人工鋪設(shè)行進軌跡線路，系統(tǒng)自動矯正運動軌跡，從而使其自身運動軌跡和人工鋪設(shè)的軌跡完全重合。矯正軌跡是依靠安裝在系統(tǒng)軌跡的電傳感器完成的，該傳感器前后各一對，分別跨接在預(yù)設(shè)軌跡的兩邊，通過主控制器矯正路徑，從而使系統(tǒng)在行走過程中進退自如。另外，在系統(tǒng)底部上同時安裝1個磁感應(yīng)開關(guān)和1個數(shù)字指南針，磁感應(yīng)開關(guān)用于檢測機器人的位置信息，數(shù)字指南針用于矯正系統(tǒng)的運動方向。 3、低溫溶氧生成系統(tǒng) 智能化病原微生物防治系統(tǒng)的低溫溶氧生成系統(tǒng)由活氧管、變頻器、電子制冷器、定時控制器等部分組成。實驗表明，以空氣為原料，在變頻高壓狀態(tài)下產(chǎn)生的活氧，常溫常壓下為無色氣體，當(dāng)濃度達到15%時，呈淡藍色，微溶于水，但我通過多次的對比試驗發(fā)現(xiàn)，在不同溫度下活氧在水中的溶解度不同，低溫狀態(tài)下，活氧在水中的溶解度高。為此，我通過設(shè)計運用電子制冷器使水達到一定的低溫，然后將產(chǎn)生的活氧充入到低溫水中，可控制一定的溶氧效果。試驗效果如表2所示。 表2 活氧在水中不同溫度條件下的溶解度 溫度（°C） 0 10 20 30 40 50 60 溶解度（mg/L） 1.13 0.78 0.57 0.41 0.28 0.19 0.10 記錄人：仇春紅 試驗表明：活氧是一種很強的氧化劑，活氧溶于水后，在蔬菜表面能直接氧化分解病原微生物內(nèi)部氧化葡萄糖所必需的酶,從而破壞微生物的細胞膜將病原微生物殺死。0.80 mg/L的活氧水可殺滅空氣中的芽孢等頑固性病菌。活氧殺菌與化學(xué)農(nóng)藥殺菌比較，其優(yōu)勢在于生物體內(nèi)不存在任何藥物殘留,沒有二次污染。 根據(jù)試驗，我先通過電子制冷器把水溫控制在7-8℃左右，再將活氧產(chǎn)生器產(chǎn)生的O3充入低溫水中，目的是提高活氧水的濃度，達到系統(tǒng)殺滅病原微生物的效果。 4、活氧水噴灑滅菌系統(tǒng) 利用活氧水噴霧殺菌系統(tǒng)是在蔬菜種植和畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中，發(fā)生真菌、細菌、病毒等病害時，利用噴灑泵將一定濃度的活氧水均勻地噴灑到地面或蔬菜的表面，達到殺滅病原微生物的效果。試驗效果如表3。 表3 活氧水與化學(xué)農(nóng)藥對病菌防治的對比試驗 項 目 活 氧 水 化 學(xué) 農(nóng) 藥 作用時間 5-10分鐘即可全部殺滅病原微生物 作用時間1-5天 對細菌、真菌、病毒的有效性 對大多數(shù)細菌、真菌、病毒的有效率98.9% 單一藥物對某類病原微生物有效 運行費用 利用太陽能光伏板提供能源，二次投入費用少。 70元/畝 優(yōu)越性 殺菌快、廣譜殺菌消毒能力強， 消毒效率可達紫外線消毒的15倍，無二次污染。 對病原微生物作用有效時間長。 不足之處 藥效時間短，使用濃度不宜過大 殺菌速度慢，運行費用高，殘留劑量大，且對人體有害 5、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 在蔬菜生產(chǎn)過程中，溫度、濕度、二氧化碳和光照對生物的生長有著十分重要的影響，智能化病原菌防治系統(tǒng)不僅能夠完成殺菌的功能，還能準確測量蔬菜大棚內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)。我在病原菌防治器上安裝了溫度傳感器用于檢測大棚內(nèi)溫度；安裝了濕度傳感器用于檢測大棚內(nèi)空氣濕度和土壤濕度；安裝了光敏傳感器用于記錄作物的光照時間等。通過分析這些數(shù)據(jù)，便于進行科學(xué)栽培與管理，提高產(chǎn)量和改善蔬菜的品質(zhì)。 在設(shè)計制作中，為了便于直觀的采樣數(shù)據(jù)，我將這些模擬傳感器連接到了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)輸出結(jié)果讀到單片機中，將傳感器數(shù)據(jù)和標準儀器的讀數(shù)作比較，這樣的數(shù)據(jù)精度高、讀數(shù)準確。 6、病害癥狀顏色檢測診斷系統(tǒng) 在蔬菜種植過程中，病原微生物容易使植物的外表發(fā)生系列病狀特征，如植物葉片變黃、果實發(fā)黑、等癥狀，智能化病原微生物防治系統(tǒng)利用視覺系統(tǒng)，根據(jù)病狀顏色的變化，檢測出病原微生物發(fā)生的類型，確定不同的預(yù)防和治療措施。 當(dāng)蔬菜發(fā)生條斑病毒時，蔬菜的葉片底面表現(xiàn)為發(fā)黑，和正常的葉片顏色不同，防治系統(tǒng)在行進過程中，當(dāng)檢測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)葉片變黑時，將根據(jù)病狀存儲信息確認蔬菜發(fā)生病毒病，并啟動系統(tǒng)運行進行殺菌。 當(dāng)蔬菜發(fā)生細菌、真菌和病毒等病害時，蔬菜的葉片逐漸變黃，智能化病原防治系統(tǒng)通過檢測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有黃色葉片時，通過識別確認后將自動更換不同的方式，防治蔬菜病原微生物。 7、主機控制系統(tǒng) 在低溫溶氧狀態(tài)下病原微生物防治系統(tǒng)的主控制器選擇采用Motorola最新研發(fā)的“MC68HC908AP64”微控制器；總線工作頻率8M,,64k flash存儲器,８路10bit模擬輸入口，4路timer輸入,８位數(shù)據(jù)總線，一個普通SCI端口,一個紅外SCI端口,一個SPI端口,一個通用并行I/O端口，具備中斷和多種復(fù)位方式。該單片機功能強大，擴展能力豐富，通過其他邏輯芯片擴展了5個數(shù)字量輸入端口，5個模擬量輸入端口和4個擴展槽。 在軟件編程研究中，我選用了Motorola單片機的c語言編譯器，它可通過編寫C語言程序來開發(fā)高層應(yīng)用軟件。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 研究目的 在蔬菜栽培生產(chǎn)中由于化學(xué)農(nóng)藥含毒性物質(zhì)較多,容易在蔬菜上造成殘留，特別是殺蟲、殺菌的藥劑，應(yīng)用濃度及時期不當(dāng)或劑量過大情況下,蔬菜污染嚴重。因此,通過一年多時間的調(diào)查研究與試驗，設(shè)計制作出了融生物、物理、工程、化學(xué)等多項技術(shù)于一體的“智能化蔬菜病害診治系統(tǒng)”。 研究思路 一是研究利用太陽能光伏板為系統(tǒng)運行提供能源，以空氣為原料，變頻高壓放電產(chǎn)生活氧；二是研究在低溫狀態(tài)下，提高活氧于水中的溶解度；三是進行不同濃度的活氧水對病原微生物防治的對比試驗。四是利用病癥顏色識別和監(jiān)控系統(tǒng)，進行病原微生物的診斷，設(shè)計操作方便，效果顯著。 創(chuàng)新點 智能化蔬菜病害診治系統(tǒng)主要借助太陽能光伏板提供的能源，通過電子制冷系統(tǒng)使產(chǎn)生的活氧在低溫狀態(tài)下溶于水，達到一定濃度的活氧水，利用蔬菜病害的癥狀、顏色識別系統(tǒng)和無線監(jiān)控系統(tǒng)，進行蔬菜病原微生物的診斷。確定蔬菜病害治療的方案，選擇不同濃度的活氧水進行殺滅病原微生物，替代了具有藥物殘留的化學(xué)農(nóng)藥。 試驗表明：活氧溶于水后，在蔬菜表面能直接氧化分解病原微生物內(nèi)部氧化葡萄糖所必需的酶,從而破壞微生物的細胞膜將病原微生物殺死。0.80 mg/L的活氧水可殺滅空氣中的芽孢等頑固性病菌?；钛鯕⒕c化學(xué)農(nóng)藥殺菌比較，其優(yōu)勢在于生物體內(nèi)不存在任何藥物殘留,沒有二次污染。
科學(xué)性、先進性
- 在蔬菜栽培生產(chǎn)中由于化學(xué)農(nóng)藥含毒性物質(zhì)較多,容易在蔬菜上造成殘留，特別是殺蟲、殺菌的藥劑，應(yīng)用濃度及時期不當(dāng)或劑量過大情況下,蔬菜污染嚴重，已成為當(dāng)前蔬菜的一大公害。因此,我通過一年多時間的調(diào)查研究與試驗，設(shè)計制作出了融生物、物理、工程、化學(xué)等多項技術(shù)于一體的“智能化病原微生物防治系統(tǒng)”。它的成功創(chuàng)意受到當(dāng)?shù)仡I(lǐng)導(dǎo)和專家們的高度評價， 經(jīng)過山東省科技信息檢索中心的技術(shù)查新，利用生態(tài)能源在一定低溫狀態(tài)提高活氧在水中的溶解度，配置一定濃度的活氧水代替化學(xué)農(nóng)藥進行病原微生物的防治與試驗，在國、內(nèi)外尚無研究與報道。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年在十二屆壽光國際蔬菜博覽會上展示，受到專家和蔬菜農(nóng)民的好評 計劃2011年6月中旬進行專家技術(shù)鑒定
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 計劃合作生產(chǎn)100臺用于擴大實驗
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該項目制作設(shè)計科學(xué)，應(yīng)用方便，效果明顯，不僅對農(nóng)業(yè)蔬菜病害防治有很好的效果，而且對畜牧業(yè)、養(yǎng)殖生產(chǎn)的病害也有很好的防治效果，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有很好的推廣價值和經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 農(nóng)業(yè)種植和畜牧業(yè)養(yǎng)殖生產(chǎn)中，真菌、細菌、病毒引起的病害主要通過常用化學(xué)殺菌劑進行防治，這種防治方法往往導(dǎo)致食品中化學(xué)藥物殘留過高，危害人們的身體健康甚至威脅生命。 經(jīng)過山東省科技信息檢索中心的技術(shù)查新，利用生態(tài)能源在一定低溫狀態(tài)提高活氧在水中的溶解度，配置合理濃度的活氧水進行病原微生物的防治與試驗，在國、內(nèi)外尚無研究與報道。
