基本信息
- 项目名称：
- 智能化蔬菜病害诊治系统的研制与试验
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 在蔬菜栽培生产中，真菌、细菌、病毒引起的多种蔬菜病害主要通过化学药物进行防治，导致蔬菜中化学药物残留过高，引发食物中毒，严重危害人们的身体健康。蔬菜病害诊治系统利用太阳能光伏板提供的能源，利用病症颜色识别和监控系统，通过电子制冷系统使变频高压产生的活氧在低温状态下溶于水，利用一定浓度的活氧水，进行蔬菜病害的诊断与防治，替代了具有药物残留的化学农药，是生产无药物残留、绿色优质蔬菜的理想设备。
- 详细介绍：
- 智能化蔬菜病害诊治系统 的研制与试验 研究内容 智能化病原微生物防治系统主要包括能源供应系统、智能行进系统、低温溶氧生成系统、活氧水喷雾杀菌系统、环境监控系统、智能控制系统等部分。 1、能源供应系统 智能化病原微生物防治系统的低温溶氧系统、智能控制、活氧水喷雾的运行需要大量的能源。为了保障充足的能源，该系统通过安装的太阳能光伏板将太阳能转化电能，储存在高能电瓶内为各种系统运行提供动力。此外，该系统还为作物生长和畜禽在夜间提供光照，紫外线杀菌等，是一种长期重复利用的绿色环保能源。 在能源供应系统中，太阳能光伏板在白天将太阳光能转换为电能，通过蓄电池进行存储，使用时通过充电器，自动地对智能化病原微生物防治器进行供电，保障系统的运行。 试验表明：按当地农民建造的冬暖式蔬菜大棚面积10×60平方米计算，智能化病原微生物防治系统完成一次运行，需要的能源达1.89千瓦，智能化病原微生物防治系统的能源供应试验效果应用参数如下： 表1 智能化病原微生物防治系统的能源应用测试分析 光伏板尺寸（mm） 开路电压 工作电压 工作电流 260×240 18.5V 12.3V 1.19A 220×240 16.5 V 10.3V 0.46A 试验测试人：仇春红 2、智能行进系统 智能化病原微生物防治系统通过程序设计控制行走，由步进电机、数字指南针、光电传感器等部分组成。在导航方式上，选用了方位行走的方式，即在系统运行需要工作的路径上，预先由人工铺设行进轨迹线路，系统自动矫正运动轨迹，从而使其自身运动轨迹和人工铺设的轨迹完全重合。矫正轨迹是依靠安装在系统轨迹的电传感器完成的，该传感器前后各一对，分别跨接在预设轨迹的两边，通过主控制器矫正路径，从而使系统在行走过程中进退自如。另外，在系统底部上同时安装1个磁感应开关和1个数字指南针，磁感应开关用于检测机器人的位置信息，数字指南针用于矫正系统的运动方向。 3、低温溶氧生成系统 智能化病原微生物防治系统的低温溶氧生成系统由活氧管、变频器、电子制冷器、定时控制器等部分组成。实验表明，以空气为原料，在变频高压状态下产生的活氧，常温常压下为无色气体，当浓度达到15%时，呈淡蓝色，微溶于水，但我通过多次的对比试验发现，在不同温度下活氧在水中的溶解度不同，低温状态下，活氧在水中的溶解度高。为此，我通过设计运用电子制冷器使水达到一定的低温，然后将产生的活氧充入到低温水中，可控制一定的溶氧效果。试验效果如表2所示。 表2 活氧在水中不同温度条件下的溶解度 温度（°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 记录人：仇春红 试验表明：活氧是一种很强的氧化剂，活氧溶于水后，在蔬菜表面能直接氧化分解病原微生物内部氧化葡萄糖所必需的酶,从而破坏微生物的细胞膜将病原微生物杀死。0.80 mg/L的活氧水可杀灭空气中的芽孢等顽固性病菌。活氧杀菌与化学农药杀菌比较，其优势在于生物体内不存在任何药物残留,没有二次污染。 根据试验，我先通过电子制冷器把水温控制在7-8℃左右，再将活氧产生器产生的O3充入低温水中，目的是提高活氧水的浓度，达到系统杀灭病原微生物的效果。 4、活氧水喷洒灭菌系统 利用活氧水喷雾杀菌系统是在蔬菜种植和畜禽养殖生产中，发生真菌、细菌、病毒等病害时，利用喷洒泵将一定浓度的活氧水均匀地喷洒到地面或蔬菜的表面，达到杀灭病原微生物的效果。试验效果如表3。 表3 活氧水与化学农药对病菌防治的对比试验 项 目 活 氧 水 化 学 农 药 作用时间 5-10分钟即可全部杀灭病原微生物 作用时间1-5天 对细菌、真菌、病毒的有效性 对大多数细菌、真菌、病毒的有效率98.9% 单一药物对某类病原微生物有效 运行费用 利用太阳能光伏板提供能源，二次投入费用少。 70元/亩 优越性 杀菌快、广谱杀菌消毒能力强， 消毒效率可达紫外线消毒的15倍，无二次污染。 对病原微生物作用有效时间长。 不足之处 药效时间短，使用浓度不宜过大 杀菌速度慢，运行费用高，残留剂量大，且对人体有害 5、环境监控系统 在蔬菜生产过程中，温度、湿度、二氧化碳和光照对生物的生长有着十分重要的影响，智能化病原菌防治系统不仅能够完成杀菌的功能，还能准确测量蔬菜大棚内的各种环境参数。我在病原菌防治器上安装了温度传感器用于检测大棚内温度；安装了湿度传感器用于检测大棚内空气湿度和土壤湿度；安装了光敏传感器用于记录作物的光照时间等。通过分析这些数据，便于进行科学栽培与管理，提高产量和改善蔬菜的品质。 在设计制作中，为了便于直观的采样数据，我将这些模拟传感器连接到了模数转换器，通过模数转换后将数据输出结果读到单片机中，将传感器数据和标准仪器的读数作比较，这样的数据精度高、读数准确。 6、病害症状颜色检测诊断系统 在蔬菜种植过程中，病原微生物容易使植物的外表发生系列病状特征，如植物叶片变黄、果实发黑、等症状，智能化病原微生物防治系统利用视觉系统，根据病状颜色的变化，检测出病原微生物发生的类型，确定不同的预防和治疗措施。 当蔬菜发生条斑病毒时，蔬菜的叶片底面表现为发黑，和正常的叶片颜色不同，防治系统在行进过程中，当检测系统发现叶片变黑时，将根据病状存储信息确认蔬菜发生病毒病，并启动系统运行进行杀菌。 当蔬菜发生细菌、真菌和病毒等病害时，蔬菜的叶片逐渐变黄，智能化病原防治系统通过检测系统发现有黄色叶片时，通过识别确认后将自动更换不同的方式，防治蔬菜病原微生物。 7、主机控制系统 在低温溶氧状态下病原微生物防治系统的主控制器选择采用Motorola最新研发的“MC68HC908AP64”微控制器；总线工作频率8M,,64k flash存储器,８路10bit模拟输入口，4路timer输入,８位数据总线，一个普通SCI端口,一个红外SCI端口,一个SPI端口,一个通用并行I/O端口，具备中断和多种复位方式。该单片机功能强大，扩展能力丰富，通过其他逻辑芯片扩展了5个数字量输入端口，5个模拟量输入端口和4个扩展槽。 在软件编程研究中，我选用了Motorola单片机的c语言编译器，它可通过编写C语言程序来开发高层应用软件。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 研究目的 在蔬菜栽培生产中由于化学农药含毒性物质较多,容易在蔬菜上造成残留，特别是杀虫、杀菌的药剂，应用浓度及时期不当或剂量过大情况下,蔬菜污染严重。因此,通过一年多时间的调查研究与试验，设计制作出了融生物、物理、工程、化学等多项技术于一体的“智能化蔬菜病害诊治系统”。 研究思路 一是研究利用太阳能光伏板为系统运行提供能源，以空气为原料，变频高压放电产生活氧；二是研究在低温状态下，提高活氧于水中的溶解度；三是进行不同浓度的活氧水对病原微生物防治的对比试验。四是利用病症颜色识别和监控系统，进行病原微生物的诊断，设计操作方便，效果显著。 创新点 智能化蔬菜病害诊治系统主要借助太阳能光伏板提供的能源，通过电子制冷系统使产生的活氧在低温状态下溶于水，达到一定浓度的活氧水，利用蔬菜病害的症状、颜色识别系统和无线监控系统，进行蔬菜病原微生物的诊断。确定蔬菜病害治疗的方案，选择不同浓度的活氧水进行杀灭病原微生物，替代了具有药物残留的化学农药。 试验表明：活氧溶于水后，在蔬菜表面能直接氧化分解病原微生物内部氧化葡萄糖所必需的酶,从而破坏微生物的细胞膜将病原微生物杀死。0.80 mg/L的活氧水可杀灭空气中的芽孢等顽固性病菌。活氧杀菌与化学农药杀菌比较，其优势在于生物体内不存在任何药物残留,没有二次污染。
科学性、先进性
- 在蔬菜栽培生产中由于化学农药含毒性物质较多,容易在蔬菜上造成残留，特别是杀虫、杀菌的药剂，应用浓度及时期不当或剂量过大情况下,蔬菜污染严重，已成为当前蔬菜的一大公害。因此,我通过一年多时间的调查研究与试验，设计制作出了融生物、物理、工程、化学等多项技术于一体的“智能化病原微生物防治系统”。它的成功创意受到当地领导和专家们的高度评价， 经过山东省科技信息检索中心的技术查新，利用生态能源在一定低温状态提高活氧在水中的溶解度，配置一定浓度的活氧水代替化学农药进行病原微生物的防治与试验，在国、内外尚无研究与报道。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年在十二届寿光国际蔬菜博览会上展示，受到专家和蔬菜农民的好评 计划2011年6月中旬进行专家技术鉴定
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 计划合作生产100台用于扩大实验
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该项目制作设计科学，应用方便，效果明显，不仅对农业蔬菜病害防治有很好的效果，而且对畜牧业、养殖生产的病害也有很好的防治效果，因此在农业生产上有很好的推广价值和经济效益。
同类课题研究水平概述
- 农业种植和畜牧业养殖生产中，真菌、细菌、病毒引起的病害主要通过常用化学杀菌剂进行防治，这种防治方法往往导致食品中化学药物残留过高，危害人们的身体健康甚至威胁生命。 经过山东省科技信息检索中心的技术查新，利用生态能源在一定低温状态提高活氧在水中的溶解度，配置合理浓度的活氧水进行病原微生物的防治与试验，在国、内外尚无研究与报道。
