传感器技术在农业中的应用毕业设计(论文)

毕业设计(论文) 项目名称传感器技术在农业中的应用

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

教研室（或答辩小组）及教学系意见

重庆三峡职业学院毕业论文

重庆三峡职业学院毕业设计(论文)进度考核表

目录

摘要 (8)

第一章引言 (9)

第二章设施农业传感器的种类及性能要求 (10)

2.1设施农业用传感器的分类 (10)

2.1.1 土壤温度传感器 (10)

2.1.2空气温湿度传感器 (10)

2.1.3 土壤水分传感器 (10)

2.1.4 CO2含量传感器 (11)

2.1.5 NH3含量传感器 (11)

2.1.6光照度传感器 (11)

2.1.7营养元素传感器 (11)

2.2农业传感器的性能要求 (12)

2.2.1长期稳定性好 (12)

2.2.2能适应系统要求 (13)

2.2.3优良的性能价格比 (13)

第三章新型传感器在农业中的应用 (13)

3.1光纤传感器 (13)

3.2 MEMS微电子传感器 (13)

3.3仿生传感器 (14)

3.4电化学传感器 (15)

第四章农业传感器的研究现状与开发建议 (15)

4.1国内外农业传感器的研究现状 (15)

4.1.1 空间数据获取 (15)

4.1.2 精准灌溉 (16)

4.1.3 病虫害防治 (16)

4.2 开发建议 (17)

4.2.1 低成本 (17)

4.2.2 低功耗 (17)

4.2.3使用新材料 (18)

第五章结束语 (18)

致谢 (19)

摘要：传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。其原理是利用物理效应、化学效应及生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量。传感器技术是现代信息技术的重要基础技术之一，许多国家都把传感器技术列为尖端技术。随着现代检测、控制和自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视，特别是随着科学技术、经济发展的需要，传感器在各个领域中的应用日益显著。现代农业是取代传统农业，以现代科学技术和设备武装的，并以现代管理方法来经营的社会化、商品化农业，是国民经济中具有较强竞争力的现代产业。在现代农业的各个环节中，传感器技术得到了非常广泛的应用。

关键词：农业传感器；研究现状；发展趋势

Review of agricultural sensor and Its Application Research Abstract:the sensor is that feelings can be measured under, and according to certain rules to convert the output signal of the device or devices available. Its principle is to use physical effect and chemical effect, biological effect, the physical quantity, the measured chemical quantity, biomass and other parameters is converted into electricity. Sensor technology is one of the most important basic technologies of modern information technologies; many countries take the sensor technology as cutting-edge technology. With the development of modern detection, control and automation technology, sensor technology has been paid more and more attention, especially with the needs of science and technology, economic development, application of sensors in various fields in the increasingly obvious. Modernagriculture is to replace the traditional agriculture to the modern science, technology and equipment of armed, socialization, commercialization of agriculture and modern management methods to manage, is the modern industry has strong competitiveness in the national economy. Each link in modern agriculture, sensor technology has been widely applied.

Keywords: Agricultural sensors; research status; development trend

第一章引言

传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息（如温度、压力、湿度等）具有感受与检出功能, 并按照一定规律转换成与之对应的有用电信号的元器件或装置。有时, 传感器感受到的信号是一些微弱的信号,干扰信号有时幅度可能会超过需检测的信号, 因此消除串入的噪声就成为了一项关键的技术。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换, 一切准确的测试与控制都将无法实现, 即使最现代化的电子计算机, 没有准确的信息或有不失真的输入, 也将无法充分发挥其应有的作用。由于自动控制技术的发展,特别是信息技术、计算机技术和机器人技术等高新技术发展的需要,传感器技术开始受到普遍的重视。

20世纪中期传感器技术问世。在那时，传感技术的发展比计算机技术和数字控制技术都落后，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段，并没有投入到实际生产与广泛应用中，转化率比较低。在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究，在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的。以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额，各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业也迅猛发展.传感器大体可分为3代,第1代是结构型传感器.它利用结构参量变化来感受和转化信号.如电阻应变式传感器,它是利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号的.第2代传感器是70年代开始发展起来的固体传感器,这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,是利用材料的某些特性制成的.如利用热电效应、霍尔效应、光敏效应分别制成的热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。第3代是刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，这类传感器具有一定的人工智能。

传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学

技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。近十几年来，传感器的产量及市场需求年增长率均在10%以上。目前世界上从事传感器研制生产单位已增到5000余家。美国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家1000余家，日本有800余家。采用微机械加上技术和微系统技术等新技术制造的各类新型传感器,如微传感器、集成光传感器、智能化学传感器、超导传感器、场效应传感器、硅生物传感器等传感器正以年均增长率高达30%以上的速度发展。我国从事敏感元件与传感器研制生产的院校、研究所、企业有1300多家，但研制、生产综合实力较强的骨干企业较少，仅占总数的10%左右。

第二章设施农业传感器的种类及性能要求

2.1设施农业用传感器的分类

设施农业传感器的品种较多，按其检测参数分类，主要有以下几种；

2.1.1 土壤温度传感器

土壤温度传感器用于检测土壤温度，一般使用的有效温度范围在10～40℃（土壤热容积较大，温度变化不是很明显），安装在作物根部土壤中，以测量作物的生长、发育的土壤温度及浇水后土壤的温度变动情况。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据不同作物根系深度确定埋土深度。

2.1.2空气温湿度传感器

空气温湿度传感器用于检测设施农业的空气环境温湿度，一般使用的有效温度范围在0～50℃，有效湿度范围在30～90%。大部分安装在温室、大棚或畜禽舍中空气流通较好的遮阳处，一般根据温室、大棚或畜禽舍长度安装1～4个不等，以避免空气流通差导致的局部小气候效应。

2.1.3 土壤水分传感器

土壤水分传感器用于检测土壤中水分含量，便于及时和适量浇灌。目前有两种表示方式，其一为容积含水量，即V/V%，其二为质量含水量，即M/M%，大部分产品以容积含水

量表示，一般有效范围在10～70%。因不同土质能容纳水量不同，故不同土质在浇灌等量水后，所显示的容积含水量会有不同。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据不同作物根系深度确定埋土深度。

2.1.4 CO2含量传感器

CO

2含量传感器用于检测环境中CO

2

含量，便于决定是否增施气肥或需通风换气。一般

以ppm为单位，有效范围在100～1000ppm之间。可以用在温室、大棚中，也可以用在密

封/半密封的畜禽舍中。温室、大棚中主要检测有光照情况下CO

2

含量是否低于作物光合

作用的最佳浓度，在畜禽舍中主要检测密封环境下CO

2

浓度是否超出影响畜禽能生长发育的最大浓度，以便于及时通风换气。独栋温室、大棚或畜禽舍安装1个即可。

2.1.5 NH3含量传感器

NH

3含量传感器用于检测畜禽舍环境中NH

3

的含量，以决定是否需要通风换气和清除粪

便。养鸡场应用居多，尤其是蛋鸡场，因为鸡的消化系统不能完全消化饲料，大量蛋白质

通过粪便排出后，经过复杂的化学反应转变为NH

3，而NH

3

又是影响鸡蛋产量的关键因素，

一旦NH

3

浓度超过一定值，蛋鸡产蛋率明显下降，甚至不产蛋，需要数周后才能恢复。一

般安装1个即可。

2.1.6光照度传感器

光照度传感器用于检测作物生长环境的光照强度，以决定是否需要遮阳或补光。单位lux（勒克司），有效范围在200～200000Lux。一般安装在温室、大棚中，用来检测作物

生长所需要的光照强度是否满足最基本需要或是否达到作物的最佳生长状态，如与CO

2

传感器联合使用，可以为何时增施气肥提供参考。安装时考虑向阳并且避免被遮挡。一般安装1个即可。

2.1.7营养元素传感器

营养元素传感器用于检测作物生长环境中N（氮）、P（磷）、K（钾）的含量，以决定是否需要施肥。一般用于检测无土栽培环境中所调配的营养液中营养元素含量，或根据

流回的营养液中元素的吸收情况决定营养元素的调配比率，也可用于普通大棚或温室中土壤营养元素含量检测。

2.2农业传感器的性能要求

由于设施农业用传感器是在系统中发挥作用，因此传感器的性能必须符合以下要求：2.2.1长期稳定性好

农业用传感器的使用环境比工业更恶劣，如高温、高湿。传感器长期稳定性要更高，需要解决涉及传感器稳定性的关键技术包括材料、工艺等。

2.2.2能适应系统要求

设施农业的实质是实现人为调节和控制作物生长环境条件，是通过一个闭环系统来实现的。传感器的性能都应该与控制系统相适应。这样才能使系统真正做到快速反应和调控环境的高效工作。

2.2.3优良的性能价格比

由于用量较大，因此必须要求其价格较低廉，否则难以推广。随着农业现代化的高速发展，传感器技术的不断进步，在农业生产中将会得到越来越多的应用。

第三章新型传感器在农业中的应用近年来，多学科交叉技术的综合应用，推动了新一代传感器的诞生与发展。这些新型传感器在农业中得到了进一步的应用。

3.1光纤传感器

通常光纤传感器可以分为功能型 ( 传感类) 和非功能型 ( 传光型) 两类。光纤传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、定位准确、耐高温、耐腐蚀、易变形和无源等特性，它在农业上的典型应用是在农田水利设施中采用光纤光栅传感器对水渠的裂缝状进行监测，但因成本收益问题，目前更多地则是应用在大坝安全检测中。在育种、温室大棚种植和农产品储藏方面，用光纤温度传感器实时获取环境温度信息，用光纤气体传感器测量等气体的浓度，以保证环境条件达到所需的最佳状态[1]。此外，以光纤传感器为探头CO

2

的光纤光度分析仪器在农产品品质无损检测中的应用也越来越广泛。刘燕德等[2,3]利用光纤传感器在非接触式水果品质检测方面做了很多有益的尝试和探索性的研究，取得了一系列成果。

3.2 MEMS微电子传感器

MEMS ( Microelectro Mechanical Systems) 微机电系统是在微电子技术基础上发展起来的，涉及电子、机械、材料、物理、化学、生物和医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。利用 MEMS 加工制备的新一代传感器件，在传输前可进行信号的放大，减少干扰和传输噪声，提高信噪比。同时，芯片上集成有反馈线路和补偿线路，可有效地改善