多通道营养液在线检测系统的研究开发

【摘要】进入二十一世纪以来,人口基数不断增大,水资源日趋紧张,环境污染日益严重,食品安全状况日益严峻,可耕种土地不断减少,18亿的耕地红线堪忧,农村可用劳动力减少等问题日益严峻,具有水资源、营养成分利用率高、空间占用少等优势的无土栽培技术受到了广泛关注。营养液栽培是无土栽培技术控制环境植物生产中的重要方法,营养液为植物正常生长发育提供所需要的各种营养元素,而营养液中各种离子的浓度和供应量是保证植物健康生长的关键。针对基于EC和pH值的营养液在线检测法和实验室分析法这两种离子浓度检测方法的不足,本系统检测离子浓度时采用营养液多组分在线检测方法,这样可以全面的分析各元素在植物生长过程中的吸收量的变化情况,同时也避免了测量EC值这种笼统的测量含盐总量的不准确性。本文研究设计了多通道营养液在线检测系统,该系统可以同时对营养液中的硝酸根离子、钙离子、钾离子、pH值以及液温进行检测,针对现有系统的缺陷,添加了传感器校准和温度补偿的功能,可以使测量数据更加精确。本文主要研究内容如下：(1)基于STM32F103ZET6微处理器和KeilμVision4集成开发环境,采用模块化的程序设计方法,并利用STM32固件库完成了多通道营养液在线检测系统的硬件和软件的设计与开发工作,实现了营养液各离子成分浓度信息的实时显示、数据存储、数据传输、参数设置工作。(2)针对营养液各组分在植物生长过程中吸收的不同步性,现有离子检测设备仅能对单一离子浓度进行检测,对多种离子检测时存在操作复杂的问题,本系统对Ca2+、K+、NO3-、pH这四种具体离子浓度同时进行了检测,又基于离子选择电极高内阻的特点,设计了调理电路对离子选择电极输出信号进行阻抗匹配及滤波,实现了对营养液组分变化情况的实时检测。(3)针对离子选择电极本身漂移的特点,提供了对离子选择电极校准的功能,能够很好的解决离子选择电极漂移所造成的测量不准的问题,进一步提高了离子选择电极的检测精确,系统通过将校准之后的离子选择电极的相关特性存储到EEPROM中供系统下次检测时调用。(4)针对现有的检测系统中使用离子选择电极时缺乏温度补偿功能的问题,采用DS18B20数字型温度传感器来对营养液液体温度进行测量,通过将测得的温度和存放在EEPROM中的标准溶液校准时的相应数据来推算待测营养液相应离子的浓度值这大大提高了检测结果的准确性。(5)在完成多通道营养液在线检测系统的基础上,开展了实验室测试试验,通过对单一离子浓度进行分别测量,测量的实验数据表明,系统测量的准确性可达到95%以上,同时也对多种离子同时测量进行了试验,通过对未知营养液的四种离子浓度进行测量,计算测量结果的准确性表明系统的可重复性很高,验证了系统的工作性能。这两部分试验进一步说明了系统测量的可靠性。
【作者】陈娜；
【导师】陈立平；
【作者基本信息】首都师范大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】营养液；离子检测；离子选择电极；温度补偿；电极校准；

【参考文献】
[1]丁冠雄.髓过氧化物酶（MPO）及氧化应急相关酶（SOD_2、CAT）基因多态性与中国人群前列腺癌易感性关系的研究[D].复旦大学,外科,2013,博士.
[2]高洁.湿固化聚氨酯热熔胶的研制及改性[D].广东工业大学,高分子化学与物理,2013,硕士.
[3]解静.《鲁班经》版本研究[D].苏州大学,设计艺术学,2013,硕士.
[4]李利敏.反垄断民事诉讼证据制度研究[D].郑州大学,经济法,2013,硕士.
[5]刘巍.小麦抗条锈病基因Yr10及防卫相关基因TaMDHAR4的功能分析[D].西北农林科技大学,植物病理学,2014,博士.
[6]张健,姜继海,白云峰,李艳杰.气穴中液压油温度随气泡膨胀变化规律[J].哈尔滨工程大学学报,2015,04:.
[7]徐文静.从啦啦操与健美操的对比研究析论啦啦操的发展[D].南京体育学院,体育教育训练学,2013,硕士.
[8]任乾睦.石墨烯/介孔二氧化硅二维纳米复合材料的制备及其结构控制[D].华东理工大学,2014.
[9]张云瑾,许春漫.数字图书馆个性化信息服务的技术实现[J].农业图书情报学刊,2005,06:41-44.
[10]张振营,严立俊,吴大志.新鲜生活垃圾压缩与直剪联合测定试验研究[J].岩土力学,2014,11:3049-3055.
[11]张莎.“美丽中国”视野下的森林经营法律制度创新研究[D].中南林业科技大学,环境与资源保护法学,2014,硕士.
[12]王国平.解读古典油画技法开拓绘画新思路[D].西北民族大学,美术学,2012,硕士.
[13]岑俊毫.英语电影评论语篇中的鉴赏系统研究[D].长安大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[14]王敏.战略导向的企业绩效测评研究——以某油品贸易公司为例[D].浙江大学,2004.
[15]胡映东,赵晨.地铁闸机区域商业便利设施布局初探——以北京地铁4号线为例[J].新建筑,2014,03:149-151.
[16]李翠曼.结合框架和描述逻辑的文本检索系统研究[D].河南科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[17]宋一阳,杨尔皓.砂岩含水含气时的地震波特性试验[J].石油地球物理勘探,1985,04:344-351.
[18]游代安,余旭初,王建荣.一种基于知识的遥感图像模糊分类算法[A].中国工程图学学会.中国图象图形学会第十届全国图像图形学术会议（CIG’2001）和第一届全国虚拟现实技术研讨会（CVR’2001）论文集[C].中国工程图学学会:,2001:6.
[19]雷成龙.稀土掺杂NiCuZn铁氧体磁性能和穆斯堡尔谱研究[D].广西师范大学,原子与分子物理,2013,硕士.
[20]曹晓.关联翻译理论观照下《生死疲劳》中文化负载词翻译研究[D].西安外国语大学,翻译,2013,硕士.
[21]刘珂珂.多壁碳纳米管固相萃取—高效液相色谱技术联用在有机污染物分析中的应用[D].河南师范大学,2012.
[22]熊新.高频化高压静电除尘电源[D].华中科技大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[23]吴昊.空间数据库索引技术与应用研究[D].南京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[24]深圳商报特派记者王军.建在世界科技之巅的揽才平台[N].深圳商报,2012-12-18A02.
[25]黄艳.朴东生民乐指挥艺术及其音乐思想研究[D].中国音乐学院,音乐学,2012,硕士.
[26]纪岩.山西省新型农村合作医疗筹资机制研究[D].山西财经大学,社会保障,2014,硕士.
[27]张旭明.我国汽车工业企业战略联盟的理论及策略研究[D].吉林大学,企业管理,2004,硕士.
[28]张颖异.小学高年级课堂师生言语互动分析[D].河北大学,教育学原理,2014,硕士.
[29]栾秀娜.纳米粒子改性高强高模聚乙烯纤维的研制[D].东华大学,材料学,2004,硕士.
[30]张晓霞.广告主商誉对用户搜索引擎偏好的影响研究[D].首都经济贸易大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[31]郭永清.北美鹅掌楸种子休眠机理及老化特性研究[D].南京林业大学,森林培育学,2004,硕士.
[32]谭勇.一个基于SPRINT的分类算法的实现[J].湖北民族学院学报(自然科学版),2004,02:72-75.
[33]宋晓青,沈琦,张晓凌.基于关系数据库的技术转移领域本体自动构建方法研究[J].电脑与信息技术,2014,02:21-23+42.
[34]辛初明.高校篮球专项学生技术动作运用中肌电变化与膝关节损伤的研究[D].北京体育大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[35]孙锦川.Wnt-1蛋白在癌前病变及宫颈鳞癌中的表达及与HPV感染的相关性研究[D].山西医科大学,肿瘤学,2013,硕士.
[36]刘欢欢.大功率DC-DC变换器串并联技术的研究[D].西南交通大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[37]廖晋.固体电蓄热装置的传热特性研究[D].哈尔滨工业大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2014,硕士.
[38]曹成兵.视觉检测在自动晶圆划片系统中的应用研究[D].华东理工大学,机械电子工程,2013,硕士.
[39]于新茂.柔嫩艾美耳球虫感染早期鸡盲肠NOD样受体及相关免疫细胞因子的表达动态分析[D].南京农业大学,预防兽医学,2013,硕士.
[40]王慧.新民主主义革命时期中国共产党民生思想研究[D].华东师范大学,马克思主义中国化研究,2014,博士.
[41]杨景明,宋维公.HCW轧机内辊缝闭环厚控系统的弯辊力补偿方法[J].冶金自动化,1998,02:5-8.
[42]杨瑞楠.上市公司私有化法律问题研究[D].华侨大学,法律,2013,硕士.
[43]赵伟振.基于组织学习理论和制度理论的企业产品危机准备研究[D].厦门大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[44]何纯玲.基于OCSP协议的PKI/CA系统的研究与实现[D].大连海事大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[45]王艳.基于各向异性扩散的图像降噪算法的研究与优化[D].中北大学,信号与信息处理,2014,硕士.
[46]王琨.利用DVE/OEB、CNCPS和NRC评定饲料营养价值的比较研究[D].东北农业大学,动物营养与饲料科学,2013,硕士.
[47]王阳.供电企业信息资源整合平台研究与应用[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[48]周泽民.探质量金牌之奥妙[J].交通企业管理.1988(06)
[49]丁茜.基于GIS的电子商务配送中心选址研究[D].长安大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[50]孙慧馨.考虑参数时变的电弧炉电极调节的变结构控制[D].沈阳理工大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.