第二章農(nóng)業(yè)信息采集與處理課件

農(nóng)業(yè)信息技術(shù)與信息管理系統(tǒng)電氣信息工程學(xué)院徐雷鈞農(nóng)業(yè)信息技術(shù)與信息管理系統(tǒng)電氣信息工程學(xué)院徐雷鈞1第二章農(nóng)業(yè)信息采集與處理

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理農(nóng)田生物信息的采集與處理農(nóng)田氣候信息的采集與處理土壤信息的采集與處理設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)第二章農(nóng)業(yè)信息采集與處理計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述2第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)二、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的基本功能第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型3第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型4第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)（一）傳感器傳感器是根據(jù)各種物理、化學(xué)、生物學(xué)的定律及效應(yīng)，把感受的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的裝置。傳感器是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)的首要部件，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化測(cè)量與自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型5傳感器基本類(lèi)型：電阻式傳感器：應(yīng)用金屬的應(yīng)變效應(yīng)，半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，電阻的穩(wěn)定效應(yīng)，光電效應(yīng)等，獲得傳感元件電阻值變化。常用來(lái)測(cè)量力，溫度，光強(qiáng)，濕度，氣體濃度等。電感式傳感器：利用電磁感應(yīng)原理，將非電量變化轉(zhuǎn)換成線(xiàn)圈自感或互感變化的裝置。常用來(lái)測(cè)量力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、流量，應(yīng)變等。電容式傳感器：通過(guò)改變電容的間隙，電容的極板面積和電容的介電常數(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。用于位移，加速度，壓力，振動(dòng)，濕度等。數(shù)字式傳感器：利用莫爾條紋，改變互感，拾磁信號(hào)，數(shù)字編碼等轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)測(cè)量。用來(lái)進(jìn)行角位移和線(xiàn)位移的測(cè)量。電動(dòng)勢(shì)式傳感器：根據(jù)熱電效應(yīng)，電磁效應(yīng)，霍爾效應(yīng)，光電效應(yīng)等原理把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)信號(hào)輸出。用于測(cè)量溫度，加速度，光強(qiáng)等。壓電式傳感器：以介質(zhì)材料的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下表面產(chǎn)生電荷的原理。用于測(cè)量壓力，應(yīng)力，加速度等。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)傳感器基本類(lèi)型：第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采6第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)傳感器選擇原則：傳感器類(lèi)型：根據(jù)傳感器使用條件和農(nóng)業(yè)信息的特點(diǎn)如信號(hào)傳輸方式，測(cè)量方式，傳感器來(lái)源等選擇。線(xiàn)性范圍和量程：確保傳感器的線(xiàn)性范圍及量程能夠滿(mǎn)足測(cè)量要求。靈敏度：靈敏度反應(yīng)傳感器輸出量對(duì)輸入量變化的反應(yīng)能力。在傳感器線(xiàn)性范圍內(nèi)，選擇高靈敏度且信噪比較高的。精度：傳感器輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度，精度越高，越能真實(shí)反應(yīng)被測(cè)量，但成本也越高。頻率響應(yīng)特性：傳感器的頻率響應(yīng)特性取決于被測(cè)量的頻率范圍，保證不失真測(cè)量。穩(wěn)定性和可靠性：分別保證在規(guī)定工作條件下長(zhǎng)時(shí)間使用，性能保持不變的能力和不超過(guò)極限的情況下特性保持不變的能力。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型7第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)（二）信號(hào)調(diào)理器被采集的生物與環(huán)境特征變量（物理、化學(xué)、生物量等）經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為方便處理的電量（一般為電壓、電流、電阻和脈沖量）信號(hào)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)：高低電平表示兩種狀態(tài)，有開(kāi)關(guān)和脈沖兩種；模擬信號(hào)：隨時(shí)間變化的連續(xù)信號(hào)，分為直流、時(shí)域、頻域信號(hào)。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型8通常系統(tǒng)采集的信號(hào)多為模擬信號(hào)，且為多元弱信號(hào)，易受系統(tǒng)自身和外界干擾，需要在系統(tǒng)前端添加信號(hào)調(diào)理電路（濾波器、變換器、前級(jí)放大器、隔離電路），實(shí)現(xiàn)阻抗變換、信號(hào)變換、濾波、放大、隔離保護(hù)等功能。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)信息的放大：儀用放大器和隔離放大器。三運(yùn)放儀用放大電路雙運(yùn)放儀用放大電路光電耦合隔離放大器通常系統(tǒng)采集的信號(hào)多為模擬信號(hào)，且為多元弱信號(hào)，易受系統(tǒng)自身9三運(yùn)放儀用放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述三運(yùn)放儀用放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述10雙運(yùn)放儀用放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述雙運(yùn)放儀用放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述11光電耦合隔離放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述光電耦合隔離放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述12第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)（三）數(shù)據(jù)采集器多路開(kāi)關(guān)MUX測(cè)量放大器采樣保持器S/H模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/DAnalogue－to－digital第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型13第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述多路開(kāi)關(guān)MUX采樣保持器S/H第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述多路開(kāi)關(guān)采樣保持器14AD7822內(nèi)部結(jié)構(gòu)第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述AD7822內(nèi)部結(jié)構(gòu)第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述15第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)（四）微機(jī)I/O接口微機(jī)接口是計(jì)算機(jī)與外界進(jìn)行信息交換的通道和窗口。采集器輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)總線(xiàn)送給微機(jī)接口，再經(jīng)I/O通道送給微機(jī)處理。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型16第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)將微機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以完成計(jì)算機(jī)的輸出記錄和對(duì)外界設(shè)備的自動(dòng)控制。（五）數(shù)模轉(zhuǎn)換器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型17第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述18第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)調(diào)度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各應(yīng)用程序模塊，并與系統(tǒng)的外部設(shè)備及時(shí)交換信息。監(jiān)控程序在在線(xiàn)狀態(tài)下，能接收來(lái)自鍵盤(pán)或接口的操作命令，并解釋、執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬、軟件資源的管理。（六）應(yīng)用軟件與監(jiān)控程序應(yīng)用軟件監(jiān)控程序是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的靈魂，有了應(yīng)用軟件才能充分發(fā)揮采集系統(tǒng)的功能第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型19二、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的基本功能時(shí)鐘功能信息采集功能數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能控制功能自診斷功能信息輸出功能定時(shí)采集、實(shí)時(shí)采集；單項(xiàng)采集、多項(xiàng)采集數(shù)字濾波、A/D轉(zhuǎn)換、標(biāo)度轉(zhuǎn)換、線(xiàn)性化處理等數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)變換、圖形處理等預(yù)處理二次處理存儲(chǔ)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)超限報(bào)警、狀態(tài)自檢、自動(dòng)復(fù)位等圖形顯示、報(bào)表打印、硬拷貝等可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動(dòng)化系統(tǒng)定時(shí)采集、分時(shí)操作都按時(shí)鐘的節(jié)拍進(jìn)行第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述二、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的基本功能時(shí)鐘功能定時(shí)采集、實(shí)時(shí)采集；單20水溫控制系統(tǒng)第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述水溫控制系統(tǒng)第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述21語(yǔ)音小車(chē)控制第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述語(yǔ)音小車(chē)控制第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述22水質(zhì)監(jiān)測(cè)電路第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述水質(zhì)監(jiān)測(cè)電路第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述23水質(zhì)監(jiān)測(cè)電路第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述水質(zhì)監(jiān)測(cè)電路第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述24第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述25第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理一、農(nóng)業(yè)信息的調(diào)制與解調(diào)緩變信號(hào)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)信號(hào)源低頻放大器調(diào)制器高頻放大器檢波解調(diào)高頻震蕩器調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理一、農(nóng)業(yè)信息的調(diào)制與解調(diào)緩變信26測(cè)量信號(hào)：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理載波信號(hào)：調(diào)幅波信號(hào)：解調(diào)：檢波過(guò)程調(diào)幅：測(cè)量信號(hào)：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理載波信號(hào)：調(diào)幅波信號(hào)27調(diào)幅波形第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理調(diào)幅波形第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理28調(diào)頻：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理解調(diào)：頻率檢波，鑒頻調(diào)頻：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理解調(diào)：頻率檢波，鑒頻29調(diào)相：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理相位隨測(cè)量信號(hào)的頻率變化相加型相敏檢測(cè)電路調(diào)相：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理相位隨測(cè)量信號(hào)的頻率變化30第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理二、農(nóng)業(yè)信息的處理技術(shù)（一）信號(hào)時(shí)域分析（二）信號(hào)頻域分析（三）數(shù)字化濾波處理第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理二、農(nóng)業(yè)信息的處理技術(shù)（一）信31（一）信號(hào)時(shí)域分析（1）相關(guān)分析

定量表示信號(hào)x(t)與其時(shí)移信號(hào)的相似程度。第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理自相關(guān)互相關(guān)（一）信號(hào)時(shí)域分析第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理自相關(guān)32（一）信號(hào)時(shí)域分析（2）概率密度分析

了解信號(hào)幅值大小的分布情況第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

（一）信號(hào)時(shí)域分析第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理33（二）信號(hào)頻域分析

以頻率或角頻率為變量描述信號(hào)幅值、相位的變化規(guī)律。采用傅立葉變換將時(shí)域信號(hào)x(t)變換為頻域信號(hào)X(f)，從而幫助人們從另一個(gè)角度來(lái)了解信號(hào)的特征。第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz傅里葉變換X(t)=

sin(2πnft)0t0f（二）信號(hào)頻域分析第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理8563AS34時(shí)域分析與頻域分析的關(guān)系第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

信號(hào)頻譜X(f)代表了信號(hào)在不同頻率分量成分的大小，能夠提供比時(shí)域信號(hào)波形更直觀，豐富的信息。

時(shí)間幅值頻率時(shí)域分析頻域分析時(shí)域分析與頻域分析的關(guān)系第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理信號(hào)頻35時(shí)域和頻域的對(duì)應(yīng)關(guān)系第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

131Hz147Hz165Hz175Hz時(shí)域和頻域的對(duì)應(yīng)關(guān)系第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理131Hz36周期信號(hào)的頻譜分析第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

周期信號(hào)是經(jīng)過(guò)一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)，滿(mǎn)足條件：

x(t)=x(t+nT)任何周期函數(shù)，都可以展開(kāi)成正交函數(shù)線(xiàn)性組合的無(wú)窮級(jí)數(shù)，如三角函數(shù)集的傅里葉級(jí)數(shù):周期信號(hào)的頻譜分析第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理周期37傅里葉級(jí)數(shù)的表達(dá)形式：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

變形為：傅里葉級(jí)數(shù)的表達(dá)形式：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理變形為：38第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

式中:傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)數(shù)表達(dá)形式：T――周期，T=2π/ω0；ω0――基波圓頻率；f0=ω0/2π第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理式中:傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)數(shù)表達(dá)形式39頻域分析1-方波信號(hào)的合成與分解第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

頻域分析1-方波信號(hào)的合成與分解第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理40頻域分析2-手機(jī)和弦鈴聲的合成第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

頻域分析2-手機(jī)和弦鈴聲的合成第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理41非周期信號(hào)的頻譜分析第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

非周期信號(hào)是時(shí)間上不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)，一般為時(shí)域有限信號(hào)，具有收斂可積條件，其能量為有限值。這種信號(hào)的頻域分析手段是傅立葉變換。

非周期信號(hào)的頻譜分析第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理非周42與周期信號(hào)相似，非周期信號(hào)也可以分解為許多不同頻率分量的諧波和，所不同的是，由于非周期信號(hào)的周期T∞，基頻fdf，它包含了從零到無(wú)窮大的所有頻率分量，各頻率分量的幅值為X(f)df，這是無(wú)窮小量，所以頻譜不能再用幅值表示，而必須用幅值密度函數(shù)描述。

另外，與周期信號(hào)不同的是，非周期信號(hào)的譜線(xiàn)出現(xiàn)在0,fmax的各連續(xù)頻率值上，這種頻譜稱(chēng)為連續(xù)譜。第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

與周期信號(hào)相似，非周期信號(hào)也可以分解為許多不同頻率分43（三）數(shù)字化濾波處理

定義：用數(shù)字設(shè)備，通過(guò)一定的算法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將某個(gè)頻段的信號(hào)進(jìn)行濾除，得到新的信號(hào)。

特點(diǎn)：數(shù)字濾波具有高精度、高可靠性、可程控改變特性或復(fù)用、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字濾波在語(yǔ)言信號(hào)處理、圖像信號(hào)處理、醫(yī)學(xué)生物信號(hào)處理以及其他應(yīng)用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

（三）數(shù)字化濾波處理第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理44當(dāng)

時(shí)，M就是IIR濾波器的階數(shù)，表示系統(tǒng)中反饋環(huán)的個(gè)數(shù)。由于反饋的存在，IIR濾波器的脈沖響應(yīng)為無(wú)限長(zhǎng)，因此得名。若

，則系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度為N+1，故而被稱(chēng)作FIR濾波器。

IIR濾波器與FIR濾波器系統(tǒng)函數(shù)：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

當(dāng)

時(shí)，M就是IIR濾波器45IIR濾波器的優(yōu)點(diǎn)：可以直接利用模擬濾波器設(shè)計(jì)的成果進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)槟M濾波器本身就是無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)的。設(shè)計(jì)過(guò)程如下：首先根據(jù)濾波器參數(shù)要求設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的模擬濾波器（如巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器等），然后通過(guò)映射（如脈沖響應(yīng)不變法、雙線(xiàn)性映射等等）將模擬濾波器變換為數(shù)字濾波器，從而確定IIR濾波器的參數(shù)。IIR濾波器的缺點(diǎn)：存在反饋，其穩(wěn)定性得不到保證；反饋可能使濾波器的數(shù)字運(yùn)算發(fā)生溢出。FIR濾波器的優(yōu)點(diǎn)：不存在系統(tǒng)極點(diǎn)，F(xiàn)IR濾波器是絕對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)；而且確保線(xiàn)性相位，這在信號(hào)處理中非常重要；此外，由于不需要反饋，實(shí)現(xiàn)比IIR濾波器簡(jiǎn)單。FIR濾波器的缺點(diǎn)：性能不如同樣階數(shù)的IIR濾波器。引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，F(xiàn)IR濾波器的設(shè)計(jì)得到極大的簡(jiǎn)化。因此，F(xiàn)IR濾波器比IIR濾波器應(yīng)用更廣。第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

IIR濾波器的優(yōu)點(diǎn)：可以直接利用模擬濾波器設(shè)計(jì)的成果進(jìn)行設(shè)計(jì)46第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理一、農(nóng)田生物系統(tǒng)的信息二、農(nóng)田生物信息采集與處理系統(tǒng)三、農(nóng)田生物弱信息的增強(qiáng)技術(shù)四、農(nóng)田生物宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)信息的提取第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理一、農(nóng)田生物系統(tǒng)的信息47一、農(nóng)田生物系統(tǒng)的信息（一）農(nóng)田生物信息的類(lèi)型農(nóng)作物生理功能信息農(nóng)作物結(jié)構(gòu)信息農(nóng)作物病蟲(chóng)草害信息微觀結(jié)構(gòu)宏觀結(jié)構(gòu)第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理一、農(nóng)田生物系統(tǒng)的信息（一）農(nóng)田生物信息的類(lèi)型農(nóng)作物生理48第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理一、農(nóng)田生物系統(tǒng)的信息（二）農(nóng)田生物信息的特點(diǎn)與研究方法層次性多元性弱信息時(shí)空分布隨空間和時(shí)間不斷發(fā)生動(dòng)態(tài)變化注重實(shí)時(shí)性和空間分布差異采用弱信息提取與恢復(fù)技術(shù)，使弱信息變強(qiáng)包含于復(fù)雜的環(huán)境信息中多種組分信息的疊加多組分信息分離技術(shù)，運(yùn)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法物種不同、生長(zhǎng)有異、結(jié)構(gòu)有別微觀：光譜/波譜/色譜/質(zhì)譜；宏觀：感官定性/圖形圖像方法第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理一、農(nóng)田生物系統(tǒng)的信息（49第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理二、農(nóng)田生物信息采集與處理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成農(nóng)田生物信息采集與處理系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。1．硬件部分第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理二、農(nóng)田生物信息采集與處理50第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理1）信息檢測(cè)系統(tǒng):圖像傳感器;光譜傳感器;生理信息傳感器;實(shí)驗(yàn)分析儀圖像傳感器1．硬件部分安裝在野外，并與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，采集作物群體和個(gè)體的形態(tài)結(jié)構(gòu)信息。一般用于監(jiān)測(cè)農(nóng)田作物的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，以便對(duì)病蟲(chóng)草害、栽培措施等進(jìn)行模式識(shí)別，也可以獲得作物生長(zhǎng)發(fā)育的狀態(tài)信息。為了能立體觀察物體，可以使用2臺(tái)攝像機(jī)或采用鏡面反射獲得三維結(jié)構(gòu)信息。第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理1）信息檢測(cè)系統(tǒng):圖像傳感51光譜傳感器第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理反射光譜包含了豐富的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其組成信息。通過(guò)測(cè)定作物反射光譜可以獲得作物生育階段信息和葉綠素等各種色素、蛋白質(zhì)、淀粉等物質(zhì)含量的信息，預(yù)測(cè)作物生物學(xué)產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，監(jiān)測(cè)作物病蟲(chóng)害發(fā)生規(guī)律。圖示為安裝在田間的與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)的可見(jiàn)光、近紅外光分光裝置可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)在0.4μm～2.5μm范圍內(nèi)連續(xù)掃描、定時(shí)掃描，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的遙測(cè)數(shù)據(jù)采集。1．硬件部分光譜傳感器第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理反射光譜包含了52光譜分布第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理光譜分布第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理53生理信息傳感器第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理LI-6400P便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)作物的產(chǎn)量與生理活動(dòng)，如光合速率與呼吸速率、田間溫度、光照強(qiáng)度等的變化關(guān)系密切，測(cè)定儀可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)觀測(cè)田間作物的生理信息的變化1．硬件部分生理信息傳感器第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理LI-6454實(shí)驗(yàn)室分析儀器第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理室內(nèi)分析儀器按原理可分為：光譜分析儀器、色譜分析儀器、電化學(xué)分析儀器及其它儀器。這些儀器都可與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)分析數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與處理。1．硬件部分實(shí)驗(yàn)室分析儀器第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理室內(nèi)分析儀器55第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理2）信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)農(nóng)田生物信息經(jīng)過(guò)信息檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)后，其信息附載到具有某種能量（如光、電、熱、聲、磁等）的模擬量上即為模擬信號(hào)。模擬信號(hào)被計(jì)算機(jī)采集以前需要進(jìn)行調(diào)理，提高信噪比。信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)包括：濾波器、積分器、調(diào)制解調(diào)器、鎖相放大器等。1．硬件部分第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理2）信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)農(nóng)田生物56第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理3）計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)接口電路計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)輸入輸出設(shè)備1．硬件部分第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理3）計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)接口電572．信息處理軟件系統(tǒng)第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理通過(guò)信息檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的各種圖譜、圖像信息，擁有復(fù)雜的背景，需要用各種軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)有用信息的處理與提取。具體包括：（1）信息預(yù)處理軟件：去除或降低原始信息中的高頻隨機(jī)噪聲以及消除或降低圖形和圖像中的隨機(jī)噪聲，校正輻射量畸變和幾何畸變，使圖像質(zhì)量得到改善。（2）信息提取軟件：包括弱信息提取軟件如計(jì)算機(jī)導(dǎo)數(shù)技術(shù)和多元信息提取軟件如主成分回歸法以及圖像紋理特征處理如聚類(lèi)分析法軟件等。（3）信息綜合處理、模擬和優(yōu)化軟件。2．信息處理軟件系統(tǒng)第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理通過(guò)信58（二）系統(tǒng)功能二、農(nóng)田生物信息采集與處理系統(tǒng)1.農(nóng)田生物信息檢測(cè)微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)和組分的信息檢測(cè)宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)的信息檢測(cè)生理功能的信息檢測(cè)間接信息的獲得2．生物信息檢測(cè)信號(hào)的調(diào)理信噪比噪聲來(lái)源信號(hào)調(diào)理第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理（二）系統(tǒng)功能二、農(nóng)田生物信息采集與處理系統(tǒng)1.農(nóng)田生59第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理植物生理及環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)葉片光合與速騰速率測(cè)量第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理植物生理及環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)葉片60三、農(nóng)田生物弱信息的增強(qiáng)技術(shù)1．系統(tǒng)背景的消除與降低差譜技術(shù)導(dǎo)數(shù)光譜技術(shù)2．隨機(jī)背景的消除與降低數(shù)字濾波技術(shù)傅里葉變換濾波小波變換第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理三、農(nóng)田生物弱信息的增強(qiáng)技術(shù)1．系統(tǒng)背景的消除與降低差譜技術(shù)61第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理四、農(nóng)田生物宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)信息的提?。ㄒ唬┯?jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的概念計(jì)算機(jī)圖像處理是在計(jì)算機(jī)中把圖像用數(shù)字信號(hào)的形式表達(dá)，并根據(jù)需要進(jìn)行各種處理，稱(chēng)為數(shù)字圖像處理。所謂數(shù)字圖像，就是圖像各點(diǎn)的灰度值的二維數(shù)組，把它表示為f(x,y)，則f(i,j)表示圖像f位于（i,j）處象素的同時(shí)，還表示該點(diǎn)的灰度。因此任何圖像都可以用多個(gè)二維數(shù)組表示。第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理四、農(nóng)田生物宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)信62第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理四、農(nóng)田生物宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)信息的提取（一）計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的概念類(lèi)別描述形式描述的對(duì)象二值圖像f(x,y)=0,1文字、線(xiàn)條圖、指紋等濃淡圖像0≤f(x,y)≤2n—1黑白照片、一般n=6～8彩色圖像｛fi(x,y)｝,i=R,G,B以三基色表示的彩色圖像多光譜圖像｛fi(x,y)｝,i=1,2,…,m遙感圖像，一般m=4～8立體圖像fL,fR由左、右視點(diǎn)得到的同一物體的象對(duì)動(dòng)態(tài)圖像（時(shí)間序列）｛ft(x,y)｝,t=t1,t2,…,tn動(dòng)態(tài)分析、動(dòng)畫(huà)制作等數(shù)字圖像的類(lèi)別第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理四、農(nóng)田生物宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)信63第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理五、農(nóng)田生物宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)信息的提?。ǘ﹫D像輸入方法照片、膠片或?qū)嵉嘏臄z的電視圖像等一系列模擬圖像，在輸入計(jì)算機(jī)的過(guò)程中，由輸入設(shè)備（用數(shù)碼照相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)拍攝的為數(shù)字圖像，可直接輸入計(jì)算機(jī)）將其轉(zhuǎn)換成二維陣列（X×N）個(gè)象素，然后將這些點(diǎn)陣的灰度信息（包括色彩信息）數(shù)字化每一象元的灰度值是從0到255中的某一個(gè)值，而彩色信息是將自然界的各種顏色分解成紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）3種基色，每種基色又分成0到255個(gè)不同的數(shù)量級(jí)，幾乎所有顏色都可用RGB三基色的含量多少來(lái)反映，農(nóng)田生物色度信息就是用RGB三基色不同數(shù)量級(jí)的合成來(lái)表示。第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理五、農(nóng)田生物宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)信64第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理（三）圖像處理方法五、農(nóng)田生物宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)信息的提取1．二值圖像處理法2．圖像變換和圖像質(zhì)量的改善3．圖像的特征提取幾何形狀結(jié)構(gòu)信息的提取紋理特征信息的提取顏色特征信息的提取第三節(jié)農(nóng)田生物信息的采集與處理（三）圖像處理方法五、農(nóng)田65第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理氣候是長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)氣象要素和天氣現(xiàn)象的平均或統(tǒng)計(jì)狀態(tài)，時(shí)間尺度為月、季、年、數(shù)年到數(shù)百年以上。農(nóng)田氣候一般指距農(nóng)田地面幾米內(nèi)的空間氣候，是各種動(dòng)物、植物和微生物賴(lài)以生存的空間氣候。農(nóng)田氣候要素包括太陽(yáng)輻射、大氣溫度、大氣濕度、風(fēng)速等，隨時(shí)間、地點(diǎn)、空間發(fā)生變化，對(duì)農(nóng)田作物生長(zhǎng)、發(fā)育與產(chǎn)量形成影響巨大。農(nóng)田氣候信息采集與處理，以便對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行模擬、調(diào)節(jié)和控制。一、農(nóng)田氣候信息采集與處理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成二、農(nóng)田氣候信息采集處理系統(tǒng)應(yīng)用軟件第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理氣候是長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)氣象要素和天氣66一、農(nóng)田氣候信息采集與處理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理農(nóng)田氣候信息采集處理系統(tǒng)（即自動(dòng)氣象站）是一個(gè)功能擴(kuò)張的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，是一種按設(shè)定的要求對(duì)多項(xiàng)氣象要素自動(dòng)進(jìn)行采集、處理、存儲(chǔ)和編制報(bào)表的地面氣象觀測(cè)設(shè)備。3部分組成：氣候信息采集模塊數(shù)據(jù)通信輸出模塊單片機(jī)功能擴(kuò)展模塊一、農(nóng)田氣候信息采集與處理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成第四節(jié)農(nóng)田氣候信息671.信息采集模塊第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理（1）土壤熱通量信息采集（2）空氣溫度信息采集（3）空氣濕度信息采集（4）太陽(yáng)輻射信息采集（5）日照時(shí)數(shù)信息采集（6）風(fēng)速與風(fēng)向信息采集（7）降雨信息采集（8）氣壓信息采集（9）蒸發(fā)信息采集1.信息采集模塊第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理（1）土壤68各類(lèi)氣象要素測(cè)量傳感器第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理各類(lèi)氣象要素測(cè)量傳感器第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理69第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理各類(lèi)氣象要素測(cè)量傳感器第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理各類(lèi)氣象要素測(cè)量傳感器70土壤熱通量信息采集熱流計(jì)（應(yīng)用于保溫性能的測(cè)試）——熱流傳感器：1914年，德國(guó)的Henky教授用10cm的軟木板測(cè)量啤酒廠(chǎng)內(nèi)地板的熱流1924年，Schmidt設(shè)計(jì)了由繞在橡膠帶上的熱電堆組成的帶狀熱流傳感器用來(lái)測(cè)量帶有保溫層的管道的熱流密度。

1939年，為克服制作多點(diǎn)熱電堆的困難，Gier和Boelter用在康銅絲上電鍍銀的方法制成了熱流傳感器用的熱電堆（或稱(chēng)：線(xiàn)繞熱阻式）。1969年前后，隨著對(duì)高精度熱流測(cè)量的需求，提出了利用半導(dǎo)體材料制作熱流傳感器的感測(cè)元件：熱電堆。2002年，出現(xiàn)具有更高測(cè)量精度的薄膜熱流傳感器，以滿(mǎn)足航空航天和軍事科學(xué)的更高精度測(cè)量需要，使對(duì)微小熱量變化的測(cè)量成為了可能。第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理土壤熱通量信息采集第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理71空氣溫度信息采集溫度傳感器——接觸式、非接觸式（按測(cè)量方式）熱敏電阻、熱電偶（按傳感器材料）接觸式：溫度計(jì)通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。一般測(cè)量精度較高。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。非接觸式：用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對(duì)象的表面溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理空氣溫度信息采集第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理72熱敏電阻用半導(dǎo)體材料，大多為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會(huì)造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。體積小，響應(yīng)快，但是線(xiàn)性度差。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線(xiàn)(金屬A和金屬B)構(gòu)成，當(dāng)熱電偶一端受熱時(shí)，熱電偶電路中就有電勢(shì)差?？捎脺y(cè)量的電勢(shì)差來(lái)計(jì)算溫度。非線(xiàn)性關(guān)系，簡(jiǎn)單可靠，精度低。

第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理熱敏電阻第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理73空氣濕度信息采集濕敏元件——電阻式、電容式濕敏電阻：在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。靈敏度高，線(xiàn)性度和互換性差。濕敏電容：用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。靈敏度高，互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理空氣濕度信息采集第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理74太陽(yáng)輻射信息采集輻射傳感器：熱電型傳感器，基于輻射的熱效應(yīng)，通過(guò)熱電元件測(cè)定溫差電動(dòng)勢(shì)來(lái)計(jì)算輻射能。能量感知元件：一般為涂覆有高吸收率涂層（發(fā)射率在0.94以上的黑色涂層）的熱流傳感器。濾波元件：按所需波長(zhǎng)范圍選擇通過(guò)的電磁波。第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理太陽(yáng)輻射信息采集第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理75日照時(shí)數(shù)信息采集直接輻射表、雙金屬片日照傳感器與旋轉(zhuǎn)式日照傳感器

用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)每天在垂直于其光線(xiàn)的平面上的直接輻射強(qiáng)度≧120W/m2(±10%)的時(shí)間長(zhǎng)度，其感光波長(zhǎng)范圍為0.3～3微米。由高透光學(xué)玻璃罩、感光元件、信號(hào)處理電路、時(shí)鐘運(yùn)算電路、表體等部分組成。經(jīng)過(guò)校正的輻射感光元件將環(huán)境中的輻射值傳遞給傳感器內(nèi)部的信號(hào)處理電路，處理器一旦判斷信號(hào)大于120W/m2即開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)為累加方式，直至當(dāng)天24點(diǎn)時(shí)刻后自動(dòng)清零。在此期間，外界可隨時(shí)向傳感器獲取累計(jì)日照時(shí)數(shù)值。第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理日照時(shí)數(shù)信息采集第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理76風(fēng)速與風(fēng)向信息采集風(fēng)速傳感器的感應(yīng)元件是三杯風(fēng)組件，由三個(gè)碳纖維風(fēng)杯和杯架組成。轉(zhuǎn)換器為多齒轉(zhuǎn)杯和狹縫光耦。當(dāng)風(fēng)杯受水平風(fēng)力作用而旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)活軸轉(zhuǎn)杯在狹縫光耦中的轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出頻率的信號(hào)。

風(fēng)向傳感器的變換器采用精密導(dǎo)電塑料電位器，當(dāng)風(fēng)向發(fā)生變化，尾翼轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)軸桿帶動(dòng)電位器軸芯轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在電位器的活動(dòng)端產(chǎn)生變化的電阻信號(hào)輸出。

第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理風(fēng)速與風(fēng)向信息采集第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理77降雨信息采集翻斗式雨量傳感器：由承雨器部件和計(jì)量部件等組成。承雨口采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)口徑Φ200mm。計(jì)量組件是一個(gè)翻斗式機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)秤重機(jī)構(gòu)，其功能是將以mm計(jì)的降雨深度轉(zhuǎn)換為開(kāi)頭信號(hào)輸出。

第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理降雨信息采集第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理78氣壓信息采集氣壓傳感器：主要的傳感元件是一個(gè)對(duì)壓強(qiáng)敏感的薄膜，它連接了一個(gè)柔性電阻器。當(dāng)被測(cè)氣體的壓強(qiáng)降低或升高時(shí)，這個(gè)薄膜變形，該電阻器的阻值將會(huì)改變。電阻器的阻值發(fā)生變化。從傳感元件取得0-5V的信號(hào)電壓，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換由數(shù)據(jù)采集器接受，然后數(shù)據(jù)采集器以適當(dāng)?shù)男问桨呀Y(jié)果傳送給計(jì)算機(jī)。

數(shù)字氣壓傳感器：利用MEMS技術(shù)在單晶硅片上加工出真空腔體和惠斯登電橋，惠斯登電橋橋臂兩端的輸出電壓與施加的壓力成正比。應(yīng)用：測(cè)量海拔高度，當(dāng)前用于智能手機(jī)中導(dǎo)航第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理氣壓信息采集第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理79蒸發(fā)信息采集蒸發(fā)傳感器：由超聲波傳感器和不銹鋼圓筒架兩部分組成。根據(jù)超聲波測(cè)距原理，選用高精度超聲波探頭，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿內(nèi)水面高度變化進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理蒸發(fā)信息采集第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理802.數(shù)據(jù)通信輸出模塊采集處理系統(tǒng)為方便數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和圖形顯示，設(shè)置了數(shù)據(jù)通信輸出通道，通過(guò)RS－232－C串行通信總線(xiàn)（適宜于30m內(nèi)）和20mA電流環(huán)（遠(yuǎn)距離），將數(shù)據(jù)送入系統(tǒng)主機(jī)，以便對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的處理、分析。第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理3.系統(tǒng)功能擴(kuò)展模塊適應(yīng)農(nóng)田氣候信息采集、存儲(chǔ)、處理的需要，增強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)外擴(kuò)展了程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入/輸出口以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。2.數(shù)據(jù)通信輸出模塊第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理3.81二、農(nóng)田氣候信息采集處理系統(tǒng)應(yīng)用軟件第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采集與處理二、農(nóng)田氣候信息采集處理系統(tǒng)應(yīng)用軟件第四節(jié)農(nóng)田氣候信息的采82第五節(jié)土壤信息的采集與處理

土壤信息主要是表征土壤狀況和性質(zhì)的一系列參數(shù)。對(duì)某一特定土壤而言：

土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量等參數(shù)，基本固定不變，一般不必多次測(cè)定；

土壤含水量、含鹽量以及土壤養(yǎng)分含量等參數(shù)，隨時(shí)間不斷變化，需要多次動(dòng)態(tài)采集及測(cè)定。本節(jié)重點(diǎn)介紹以下兩方面：二、土壤養(yǎng)分成分的監(jiān)測(cè)一、土壤含水量的測(cè)定第五節(jié)土壤信息的采集與處理土壤信息主要是表征土壤狀831.烘干稱(chēng)重法：國(guó)際上普遍采用的經(jīng)典土壤水分測(cè)定方法，即用土鉆等取濕土樣稱(chēng)重后放入烘箱，在105～110℃條件下烘干6～8h至恒重，濕土重與烘干土重之差即為水重，水重與烘干土重的比值即為土壤水分含量。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)設(shè)備要求低，結(jié)果可靠。作為一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)量方法并用于其它方法的標(biāo)定將長(zhǎng)期存在。缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，綜合費(fèi)用高；破壞土壤，深層取樣困難，受土壤空間變異性影響也比較大。因此，需要研究和使用自動(dòng)化程度較高的各種快速、連續(xù)定位土壤水分測(cè)定系統(tǒng)來(lái)代替烘干法第五節(jié)土壤信息的采集與處理一、土壤含水量的測(cè)定1.烘干稱(chēng)重法：國(guó)際上普遍采用的經(jīng)典土壤水分測(cè)定方法，即用土84第五節(jié)土壤信息的采集與處理一、土壤含水量的測(cè)定

2.TDR土壤水分測(cè)定系統(tǒng)

時(shí)域反射儀TDR（TimeDomainReflectometry）是一種測(cè)定土壤電磁量的方法，類(lèi)似一個(gè)短波雷達(dá)系統(tǒng)。通過(guò)測(cè)定電磁波沿插入土壤的探針傳播時(shí)間來(lái)測(cè)定土壤介電常數(shù)，進(jìn)而計(jì)算整個(gè)探針長(zhǎng)度土層土壤平均體積含水量。TDR系統(tǒng)主要部件包括階躍脈沖信號(hào)產(chǎn)生器、接收器、示波器、時(shí)間控制電路和波導(dǎo)棒等。

第五節(jié)土壤信息的采集與處理85測(cè)量原理：土壤水鹽的電磁測(cè)定是基于土壤的介電性質(zhì)。介電常數(shù)又與土壤水分含量的多少有密切關(guān)系。將長(zhǎng)度為L(zhǎng)的波導(dǎo)棒插入土壤介質(zhì)中，高頻電磁脈沖信號(hào)從波導(dǎo)棒的始端傳播到終端，并在探頭周?chē)a(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，由于波導(dǎo)棒終端處于開(kāi)路狀態(tài)，脈沖信號(hào)受反射又沿波導(dǎo)棒返回到始端。檢測(cè)脈沖從輸入到反射回的時(shí)間以及反射時(shí)的脈沖幅度的衰減，可以反映出土壤的電導(dǎo)率，繼而計(jì)算土壤水鹽含量。第五節(jié)土壤信息的采集與處理優(yōu)點(diǎn)：直接、快速、方便、可靠地同時(shí)獨(dú)立監(jiān)測(cè)土壤水鹽狀況，測(cè)定結(jié)果與土壤類(lèi)型、密度、溫度等因素?zé)o關(guān)，無(wú)需埋設(shè)中子管。缺點(diǎn)：儀器價(jià)格昂貴。測(cè)量原理：土壤水鹽的電磁測(cè)定是基于土壤的介電性質(zhì)。介電常數(shù)又86第五節(jié)土壤信息的采集與處理二、負(fù)壓計(jì)土壤濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

負(fù)壓計(jì)，又稱(chēng)張力計(jì)，以測(cè)量土壤負(fù)壓（張力）來(lái)顯示土壤水分狀況。負(fù)壓計(jì)包括一個(gè)多孔的陶瓷杯和一個(gè)液壓計(jì)。負(fù)壓計(jì)瓷頭埋設(shè)于土壤中某一深度后，負(fù)壓計(jì)內(nèi)部的水分通過(guò)瓷頭上的微孔同土壤水分進(jìn)行交換，使內(nèi)外水勢(shì)漸趨平衡，儀器上所指示的負(fù)壓值即代表土壤水勢(shì)，可以直接反映土壤水分能為植物吸收利用的程度，同時(shí)又可換算為土壤含水率。3.負(fù)壓計(jì)土壤濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)第五節(jié)土壤信息的采集與處理二、負(fù)壓計(jì)土壤濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)87

優(yōu)點(diǎn)：負(fù)壓計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、價(jià)錢(qián)便宜、使用方便，可以在不同測(cè)點(diǎn)多處埋設(shè)，可進(jìn)行連續(xù)多次觀測(cè)。缺點(diǎn)：不適合于干旱土地，適用于灌溉地、噴灌和滴灌田；易于受環(huán)境溫度的影響，儀器穩(wěn)定性較差；觀測(cè)結(jié)果具有滯后性，往往不能及時(shí)反映土壤水分狀況。第五節(jié)土壤信息的采集與處理3.負(fù)壓計(jì)土壤濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：負(fù)壓計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、價(jià)錢(qián)便宜、使用方便，可以在88第五節(jié)土壤信息的采集與處理4.中子土壤濕度儀利用中子熱化原理，快中子源發(fā)出的中子在遇到氫原子后，失去部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成慢中子，儀器根據(jù)測(cè)出的慢中子數(shù)量計(jì)算出土壤含水量。土壤含水量愈多，快中子轉(zhuǎn)化為慢中子的數(shù)量也愈多，儀器可以將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換為土壤含水量值。中子儀由探頭和計(jì)數(shù)器組成。探頭由快中子源和一個(gè)三氟化硼慢中子檢測(cè)器組成。計(jì)數(shù)器用來(lái)監(jiān)測(cè)土壤散射的慢中子通道。第五節(jié)土壤信息的采集與處理4.中子土壤濕度儀利用中子熱化89使用方法：將探頭插入預(yù)設(shè)的測(cè)量孔某一位置，即可測(cè)出該位置（點(diǎn)）周?chē)耐寥篮?。沿測(cè)孔上下移動(dòng)即可測(cè)定不同深度土層的土壤含水量，可測(cè)量多達(dá)30m深的土壤剖面含水量。第五節(jié)土壤信息的采集與處理優(yōu)點(diǎn)：能快速、周期性的反復(fù)測(cè)定深層土壤含水量而不破壞土壤，缺點(diǎn)：當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量高時(shí)測(cè)定精度差；儀器價(jià)格較貴；需要提前埋設(shè)鋁管，導(dǎo)致設(shè)備成本較高；同時(shí)30cm表土層因輻射危害健康，需要采用其它方法測(cè)定。4.中子土壤濕度儀使用方法：將探頭插入預(yù)設(shè)的測(cè)量孔某一位置，即可測(cè)出該位置（點(diǎn)90電阻/電容式土壤濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別采用電阻式土壤濕度傳感器和電容式土壤濕度傳感器。前者通過(guò)測(cè)量埋入土壤中的感濕元件的電阻值得到感濕元件的濕度，從而間接求得土壤濕度，測(cè)量結(jié)果易受土壤鹽分影響，且有滯后性。后者根據(jù)土壤介電常數(shù)隨土壤濕度變化的原理來(lái)測(cè)定土壤濕度，受土壤鹽分的影響較小。如石膏塊土壤水分測(cè)定系統(tǒng)，如圖，通過(guò)測(cè)量石膏塊內(nèi)兩個(gè)電極間的電阻可以顯示含水量。石膏塊永久埋入土壤中，壽命為3～5年，適用于干燥土壤環(huán)境（張力計(jì)無(wú)法使用），測(cè)量范圍3～100kPa。5.電阻/電容式土壤濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)第五節(jié)土壤信息的采集與處理電阻/電容式土壤濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別采用電阻式土壤濕度傳感器和電91FDR(FrequencyDomainReflectometry)頻域反射儀利用電磁脈沖原理，根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播頻率來(lái)測(cè)量土壤的表觀介電常數(shù),從而得到土壤容積含水量。FDR的探針類(lèi)似于TDR。優(yōu)點(diǎn)：FDR具有簡(jiǎn)便安全、快速準(zhǔn)確、定點(diǎn)連續(xù)、自動(dòng)化、寬量程、少標(biāo)定，在土壤干旱條件下測(cè)定結(jié)果誤差小于TDR。如圖為T(mén)hetaprobe土壤水分測(cè)量系統(tǒng)，其傳感器測(cè)量范圍是5%～55%的體積濕度，精確度為2%。第五節(jié)土壤信息的采集與處理6.FDR土壤水分測(cè)定系統(tǒng)FDR(FrequencyDomainReflecto92第五節(jié)土壤信息的采集與處理7.SWR型系列土壤水分傳感器由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制，主要由100MHz信號(hào)源，一節(jié)同軸傳輸線(xiàn)和一個(gè)四針不銹鋼探頭組成。信號(hào)源產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電波，該波沿著傳輸線(xiàn)傳送到探頭，由于探頭的阻抗與傳輸線(xiàn)的阻抗不匹配，一部分信號(hào)將反射回信號(hào)源，在傳輸線(xiàn)上，入射波與反射波疊加形成駐波，在傳輸線(xiàn)上各點(diǎn)的電壓幅值存在變化。因此，通過(guò)測(cè)量傳輸線(xiàn)上的駐波率來(lái)測(cè)量體積含水率。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快，土質(zhì)影響小，應(yīng)用地區(qū)廣泛，密封性好，可長(zhǎng)期埋入土壤中使用，不受腐蝕。第五節(jié)土壤信息的采集與處理7.SWR型系列土壤水分傳感器93二、土壤養(yǎng)分成分的監(jiān)測(cè)第五節(jié)土壤信息的采集與處理1.土壤養(yǎng)分的連續(xù)流動(dòng)分析土壤養(yǎng)分的測(cè)定方法一般是將土樣取回后，稱(chēng)取一部分浸提或消煮，加入有關(guān)試劑顯色或屏蔽待測(cè)組分的影響組分，然后用比色計(jì)等檢測(cè)儀器測(cè)定。傳統(tǒng)的分析方法是逐個(gè)手動(dòng)顯色和檢測(cè)，工作效率較低。連續(xù)流動(dòng)分析技術(shù)（Continuous-FlowAnalysis-CFA）將樣品顯色與檢測(cè)合為一體，使浸提樣品的檢測(cè)效率成倍提高。德國(guó)布朗盧比公司推出的AutoAnalyzer3系統(tǒng)二、土壤養(yǎng)分成分的監(jiān)測(cè)第五節(jié)土壤信息的采集與處理1.土壤養(yǎng)94第五節(jié)土壤信息的采集與處理由自動(dòng)進(jìn)樣器、蠕動(dòng)泵、化學(xué)分析盒、檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)等5個(gè)獨(dú)立部分組成，能進(jìn)行在線(xiàn)消解、在線(xiàn)溶劑萃取、在線(xiàn)蒸餾、在線(xiàn)過(guò)濾、氧化還原、在線(xiàn)離子交換、自動(dòng)稀釋、自動(dòng)進(jìn)樣，WINDOWS下全計(jì)算機(jī)自動(dòng)系統(tǒng)控制軟件，結(jié)果自動(dòng)報(bào)表打印，多功能化學(xué)分析盒，高低量程轉(zhuǎn)換，不用裝電子除氣泡裝置，大量應(yīng)用于海水、自來(lái)水、地表水、污水、煙草、土壤、植株、肥料、食品等樣品的自動(dòng)檢測(cè)。第五節(jié)土壤信息的采集與處理由自動(dòng)進(jìn)樣器、蠕動(dòng)泵、化學(xué)分析盒95第五節(jié)土壤信息的采集與處理離子傳感器是能把溶液中離子活度轉(zhuǎn)換為電位或電流等電信號(hào)的傳感器。離子傳感器的基本原理是離子識(shí)別，利用固定在敏感膜上的離子識(shí)別材料有選擇性地結(jié)合被傳感的離子，從而發(fā)生膜電位或膜電流的改變。

ISFET（IonSensitiveFieldEffectTransistor）即離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管或稱(chēng)離子選擇性場(chǎng)效應(yīng)管是常見(jiàn)的離子傳感器，是由ISE敏感膜和MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管組合而成的、對(duì)離子具有一定選擇性的新型半導(dǎo)體器件，能在被測(cè)離子作用下產(chǎn)生相應(yīng)的漏—源電流IDS，以顯示該種離子的濃度。其離子的主要探測(cè)元件為固態(tài)或液態(tài)的離子敏感膜，選擇不同的敏感膜，可以測(cè)定不同的離子濃度。ISFET主要H+、K+、Na+、Ca2+、Cl－、F－、Br－、I－、CN－、Ag+、S2－、NH4+等幾種。也可以將H＋、K＋、Na＋、Cl－等離子敏感膜集成在一個(gè)芯片上，通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)使4個(gè)ISFET輸出信號(hào)，分別測(cè)定離子的濃度。2.土壤養(yǎng)分成分監(jiān)測(cè)——ISFET法第五節(jié)土壤信息的采集與處理離子傳感器是能把溶液中離子活度轉(zhuǎn)96第五節(jié)土壤信息的采集與處理1.硅鎢酸PVC膜；2.SiN4；3.SiO2；4.溝道；5．絕緣樹(shù)脂；6.參比電極B：P-Si基體；S：源極；D：漏極ISFET離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管對(duì)于土壤營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，ISFET器件的技術(shù)關(guān)鍵是在于離子選擇性敏感膜的研制?？梢詫⒍郔SFET傳感器集成到FIA（FlowInjectionAnalysis）系統(tǒng)中進(jìn)行土壤營(yíng)養(yǎng)成分的監(jiān)測(cè)。也可以用ISFET連續(xù)檢測(cè)土壤pH值。第五節(jié)土壤信息的采集與處理1.硅鎢酸PVC膜；2.SiN97第五節(jié)土壤信息的采集與處理利用可見(jiàn)和近紅外光譜技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘和融合技術(shù)的光譜法土壤養(yǎng)分分析儀，不破壞樣品，不需要化學(xué)試劑，不需要前處理，即可實(shí)現(xiàn)土壤養(yǎng)分的實(shí)時(shí)快速測(cè)試?？梢詼y(cè)試土壤、肥料、植株中全量的和速效的氮、磷、鉀；有機(jī)質(zhì)和酸堿度，可溶性含鹽量以及腐殖酸的含量。3.光譜法土壤養(yǎng)分分析儀第五節(jié)土壤信息的采集與處理利用可見(jiàn)和近紅外光譜技術(shù)，結(jié)合數(shù)98第五節(jié)土壤信息的采集與處理土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)包含了土壤含鹽量、土壤水分、有機(jī)質(zhì)含量、土壤壓實(shí)度、質(zhì)地結(jié)構(gòu)、空隙度等土壤理化信息。大地電導(dǎo)儀是快速勘查大面積土壤電導(dǎo)率的專(zhuān)門(mén)儀器。接觸式土壤電導(dǎo)率傳感器是一種電極式傳感器，采用電流－電壓四端法，將恒流電源、電壓表、電極和土壤構(gòu)成回路，用車(chē)輛牽引并集成GPS系統(tǒng)，用于測(cè)定土壤電導(dǎo)率。如美國(guó)的Veris公司的Veris3100大地電導(dǎo)儀4.土壤鹽分的監(jiān)測(cè)第五節(jié)土壤信息的采集與處理土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)包含了土壤含鹽量、99非接觸式土壤電導(dǎo)率傳感器，如加拿大Geonics公司的EM38大地電導(dǎo)儀，重量較輕，長(zhǎng)度也僅1m，能以極好靈敏度快速地進(jìn)行勘查。工作原理：在電導(dǎo)儀后端的小型發(fā)射線(xiàn)圈，能產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間變化的初級(jí)磁場(chǎng)，在大地中誘導(dǎo)出微小電子渦流，而其前端的小型接受線(xiàn)圈，通過(guò)測(cè)量誘導(dǎo)出的次級(jí)磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量大地電導(dǎo)率。其主磁場(chǎng)強(qiáng)度和副磁場(chǎng)強(qiáng)度比值與電導(dǎo)率呈線(xiàn)性關(guān)系。正常進(jìn)行測(cè)定時(shí)，把儀器放在地上記錄土壤含鹽量。也可以安裝在木制滑橋上，以步行速度在地上拖著走，完成密集數(shù)據(jù)采集，探測(cè)深度達(dá)1.5m，配套Map圖形軟件可以繪制土壤含鹽量地理輪廓圖像。第五節(jié)土壤信息的采集與處理4.土壤鹽分的監(jiān)測(cè)非接觸式土壤電導(dǎo)率傳感器，如加拿大Geonics公司的EM1005.土壤樣品自動(dòng)化采集系統(tǒng)（用于取樣后實(shí)驗(yàn)室測(cè)定）土壤樣品自動(dòng)化采集系統(tǒng)由取樣管、導(dǎo)向器、液壓油缸、采樣頭定位器、移動(dòng)滑道、底座加強(qiáng)套、液壓動(dòng)力單元、動(dòng)力單元固定座、立柱導(dǎo)向固定器、支撐底座、立柱及GPS導(dǎo)向記錄系統(tǒng)組成。第五節(jié)土壤信息的采集與處理將系統(tǒng)固定在皮卡外側(cè)槽的頂部，通過(guò)液壓油缸固定架移動(dòng)滑道將取土系統(tǒng)向外滑出，調(diào)整好土壤取樣的深度，利用系統(tǒng)提供的兩根輔助固定桿將系統(tǒng)固定在皮卡貨物箱的頂部，然后使液壓油缸處于直列狀態(tài)。將液壓動(dòng)力單元上的兩條動(dòng)力線(xiàn)直接連接在拖拉機(jī)電瓶上，按動(dòng)控制按鍵上的“上升”和“下降”按鈕即可完成土壤的取樣工作。土壤樣品取出后放在塑料袋內(nèi)保存，將GPS取樣點(diǎn)坐標(biāo)記錄在土壤樣品袋標(biāo)簽上5.土壤樣品自動(dòng)化采集系統(tǒng)（用于取樣后實(shí)驗(yàn)室測(cè)定）第五節(jié)土101第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理設(shè)施農(nóng)業(yè)是指在采用各種材料建成的、具有一定的溫度和其它環(huán)境因子調(diào)控設(shè)施的半封閉式空間里進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方法，分為設(shè)施栽培和設(shè)施養(yǎng)殖兩大類(lèi)。設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境通常包括溫室、畜禽舍、農(nóng)產(chǎn)品干燥及儲(chǔ)藏設(shè)施、果蔬分級(jí)及包裝設(shè)施。設(shè)施農(nóng)業(yè)的功能因種類(lèi)不同而異，主要是調(diào)節(jié)環(huán)境和提高作業(yè)效率。第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理設(shè)施農(nóng)業(yè)是指在采用各種材料建成102一、溫室環(huán)境監(jiān)控與管理第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理溫室是用人工方法模擬溫度、濕度、光照、空氣成分和風(fēng)速等生態(tài)因子，創(chuàng)造一個(gè)適宜生物生長(zhǎng)、繁育的良好生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生物一年四季均衡生產(chǎn)。包括日光溫室和人工光照室。溫室要求對(duì)溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、CO2等環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)控，因此需要采集環(huán)境信息和實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件界面溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)環(huán)境因子變化曲線(xiàn)圖一、溫室環(huán)境監(jiān)控與管理第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理溫室是用103第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)顯示界面第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)顯示界面104（1）溫度、濕度監(jiān)測(cè)。溫、濕度的監(jiān)測(cè)是選擇集成溫度傳感器組成干濕球表綜合進(jìn)行的，一個(gè)溫度傳感器稱(chēng)為干球，另一個(gè)相同的溫度傳感器感應(yīng)部位包有濕潤(rùn)紗布稱(chēng)為濕球，干球直接監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，根據(jù)干濕球溫度差值計(jì)算相對(duì)濕度。（2）光合有效輻射的監(jiān)測(cè)。光合有效輻射的測(cè)量需要選擇光量子傳感器，它由硅太陽(yáng)能電池和匹配濾光片系統(tǒng)組成，在光的照射下，輸出變化十分微弱的電流（約幾個(gè)微安）信號(hào)，光電流與輻射強(qiáng)度呈線(xiàn)性關(guān)系。（3）CO2濃度監(jiān)測(cè)。溫室內(nèi)的CO2濃度日變化較劇烈。CO2氣體對(duì)4.28μm的紅外光有強(qiáng)烈的吸收，而對(duì)3.9μm的紅外光基本不吸收，利用雙波長(zhǎng)的光分別通過(guò)氣室，由紅外探測(cè)器檢測(cè)兩束光的光強(qiáng)變化，即可得到氣室中CO2濃度。第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理1.溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（1）溫度、濕度監(jiān)測(cè)。溫、濕度的監(jiān)測(cè)是選擇集成溫度傳感器組成105溫室計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長(zhǎng)所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感器的實(shí)際測(cè)量與事先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，以決定溫室環(huán)境的控制過(guò)程，控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)（加熱、冷卻）、濕度調(diào)節(jié)（加濕、去濕）、光照調(diào)節(jié)（補(bǔ)光、遮蔭）、CO2濃度調(diào)節(jié)（通風(fēng)、人工增施CO2）等。溫室控制屬于多參數(shù)控制，一般以溫度控制為主，同時(shí)輔以濕度、光照和CO2濃度的控制。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和規(guī)?；?，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。但這種控制方式只是通過(guò)改變溫室環(huán)境設(shè)定來(lái)調(diào)節(jié)溫室環(huán)境氣候，未涉及溫室作物生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律，難以對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的改變做出及時(shí)反應(yīng)。進(jìn)一步向智能化控制方向發(fā)展。第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理1.溫室環(huán)境控制系統(tǒng)溫室計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長(zhǎng)106第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理107二、果蔬貯藏環(huán)境監(jiān)控與管理第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理果蔬貯藏能延緩果蔬的成熟過(guò)程，保持果蔬原有的品質(zhì)和新鮮狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)新鮮果蔬周年均衡供應(yīng)。冷庫(kù)（ColdStorage），又稱(chēng)冷藏庫(kù)，是利用降溫設(shè)施創(chuàng)造適宜的濕度和低溫條件的倉(cāng)庫(kù)，是加工、貯存產(chǎn)品的場(chǎng)所，能擺脫氣候的影響，延長(zhǎng)果蔬產(chǎn)品的貯存期限，以調(diào)節(jié)市場(chǎng)供應(yīng)。1.果蔬冷庫(kù)儲(chǔ)藏方法與原理果蔬冷庫(kù)貯藏方法包括自然冷源貯藏、機(jī)械制冷貯藏和氣調(diào)貯藏三類(lèi)。自然冷源儲(chǔ)藏是利用地窖、水井、冰川和雪山等天然相對(duì)低溫環(huán)境儲(chǔ)藏果蔬產(chǎn)品，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，但儲(chǔ)藏保鮮期短，難以人工有效調(diào)控儲(chǔ)藏環(huán)境。機(jī)械制冷儲(chǔ)藏是利用機(jī)械壓縮機(jī)制冷形成低溫環(huán)境儲(chǔ)藏果蔬產(chǎn)品，儲(chǔ)藏保鮮期長(zhǎng)，但設(shè)備昂貴，耗能多，成本高。氣調(diào)儲(chǔ)藏是指在適宜低溫條件下，通過(guò)改變貯藏環(huán)境氣體成分、相對(duì)濕度，營(yíng)造低氧(一般O2含量為l％~5％)和適當(dāng)CO2濃度，減少果蔬中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損耗，增加環(huán)境氣體中的相對(duì)濕度，以降低果蔬的蒸騰作用，抑制果實(shí)乙烯合成與催熟作用，從而減輕或避免某些生理病害的發(fā)生，最大程度地創(chuàng)造了果蔬貯藏最佳環(huán)境，成本相對(duì)較低，儲(chǔ)藏保鮮周期較長(zhǎng)。二、果蔬貯藏環(huán)境監(jiān)控與管理第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理果蔬1082.果蔬貯藏環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng)果蔬貯藏環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng)，是一個(gè)二級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，由智能監(jiān)控站、通信總線(xiàn)、調(diào)控設(shè)備與管理計(jì)算機(jī)組成。第六節(jié)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理2.果蔬貯藏環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng)果蔬貯藏環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng)，是一109第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)傳感器技術(shù)是信息技術(shù)的主體技術(shù)之一，從本質(zhì)上講它要解決的問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)人類(lèi)自身感覺(jué)器官功能的模仿和拓展。這些感覺(jué)器官包括物理傳感方式的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、平衡器官和生物、化學(xué)傳感方式的嗅覺(jué)、味覺(jué)等。一、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)及其應(yīng)用二、電子鼻技術(shù)及其應(yīng)用三、電子舌技術(shù)及其應(yīng)用第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)傳感器技術(shù)是信息技術(shù)的主體技術(shù)之1101.機(jī)器視覺(jué)的概念、原理與發(fā)展一、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)及其應(yīng)用第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)機(jī)器視覺(jué)是指利用計(jì)算機(jī)模擬人眼的視覺(jué)功能，從圖像或圖像序列中提取信息，對(duì)客觀世界的三維景物和物體進(jìn)行形態(tài)和運(yùn)動(dòng)識(shí)別,最終用于實(shí)際檢測(cè)、測(cè)量和控制。機(jī)器視覺(jué)的核心是圖像獲取和處理，輸入是某種形式的圖像、多視點(diǎn)圖像或者圖像序列，輸出是景物內(nèi)容的符號(hào)描述并對(duì)圖像數(shù)據(jù)做出有用的解釋?zhuān)ǔ２捎?4級(jí)以上灰度表示圖像量化的像元特征，其目標(biāo)就是用機(jī)器來(lái)解釋、模擬、重現(xiàn)和處理人的視覺(jué)。1.機(jī)器視覺(jué)的概念、原理與發(fā)展一、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)及其應(yīng)用第七1112.機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)成及其關(guān)鍵技術(shù)第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)由圖像采集、圖像處理和分析、輸出或顯示等三部分組成。典型的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)包括光源、光學(xué)系統(tǒng)、圖像捕捉系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊。2.機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)成及其關(guān)鍵技術(shù)第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技112第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)3.機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用主要應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品收獲機(jī)械人、動(dòng)植物生長(zhǎng)情況監(jiān)測(cè)、農(nóng)副產(chǎn)品加工自動(dòng)化等方面。（1）水果自動(dòng)分選（2）種子和糧食品質(zhì)檢測(cè)（3）農(nóng)產(chǎn)品中異物檢測(cè)（4）農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化作業(yè)（5）植物生長(zhǎng)狀況監(jiān)測(cè)（6）動(dòng)物生長(zhǎng)狀況監(jiān)測(cè)第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)3.機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用主要113第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)水果精選分級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分級(jí)過(guò)程示意圖第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)水果精選分級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分級(jí)過(guò)程示114第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)1.電子鼻的概念、結(jié)構(gòu)及其工作原理二、電子鼻技術(shù)及其應(yīng)用電子鼻（ElectronicNose）是嗅覺(jué)模擬技術(shù)，也稱(chēng)為人工嗅覺(jué)、氣味掃描儀或化學(xué)傳感器陣列技術(shù)。北大西洋公約組織（NATO）對(duì)電子鼻的定義為：由多個(gè)性能彼此重疊的氣敏傳感器和適當(dāng)?shù)哪Ｊ椒诸?lèi)方法組成的具有識(shí)別單一和復(fù)雜氣體能力的裝置。電子鼻模擬人的嗅覺(jué)器官，其工作原理與人的嗅覺(jué)形成相似，也分為3個(gè)層次:（1）氣味分子被人工嗅覺(jué)系統(tǒng)中的傳感器陣列吸附，產(chǎn)生信號(hào)；（2）生成的信號(hào)經(jīng)各種方法加工處理與傳輸；（3）將處理后的信號(hào)經(jīng)模式識(shí)別系統(tǒng)做出判斷。電子鼻系統(tǒng)由氣體傳輸/采樣系統(tǒng)、化學(xué)傳感器陣列、信號(hào)預(yù)處理、模式識(shí)別等部分組成應(yīng)，分別完成取樣、感測(cè)、處理和分類(lèi)判斷任務(wù)實(shí)質(zhì)：電子鼻是一種由一個(gè)以傳感器陣列形式存在的化學(xué)傳感系統(tǒng)和一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形式的模式識(shí)別系統(tǒng)組成的高級(jí)傳感器系統(tǒng)第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)1.電子鼻的概念、結(jié)構(gòu)及其工作115第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)電子鼻識(shí)別氣味的主要機(jī)理是：當(dāng)某種氣味與某種活性材料傳感器接觸時(shí)，傳感器將化學(xué)輸入轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳感器陣列中每個(gè)傳感器對(duì)被測(cè)氣味響應(yīng)的靈敏度不同，由多個(gè)傳感器對(duì)同一種氣味的響應(yīng)便構(gòu)成了傳感器陣列對(duì)該氣味的響應(yīng)譜，每種氣味都會(huì)有它的特征響應(yīng)譜，根據(jù)其特征響應(yīng)譜可區(qū)分不同的氣味。第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)電子鼻識(shí)別氣味的主要機(jī)理是：當(dāng)某1162.電子鼻研究與應(yīng)用進(jìn)展國(guó)內(nèi)外電子鼻主要應(yīng)用于飲料、酒類(lèi)、茶葉、煙草、魚(yú)和肉等食品揮發(fā)氣味的識(shí)別和分類(lèi)，進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)和新鮮度判別。電子鼻發(fā)展趨勢(shì)：一是結(jié)構(gòu)微型化，電子鼻體積越做越小，從“手機(jī)大小”到“電子鼻芯片（Noseonachip）”；二是“生物系統(tǒng)”化，模擬生物嗅覺(jué)系統(tǒng)傳感器的數(shù)目。傳感器及電子鼻硬件的設(shè)計(jì)和電子鼻在食品及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用是電子鼻研究中的熱點(diǎn)。第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)2.電子鼻研究與應(yīng)用進(jìn)展國(guó)內(nèi)外電子鼻主要應(yīng)用于飲料、酒類(lèi)、117三、電子舌技術(shù)及其應(yīng)用第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)1.電子舌的概念、結(jié)構(gòu)及其工作原理電子舌（ElectronicTongue，E-Tongue），也稱(chēng)味覺(jué)指紋分析儀，是一種利用低選擇性、非特異性、交互敏感的多傳感陣列感測(cè)液體樣品的整體特征響應(yīng)信號(hào)，通過(guò)信號(hào)模式識(shí)別處理或多元統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)樣品進(jìn)行定性和定量分析的一類(lèi)新型現(xiàn)代化分析儀器。電子舌與電子鼻的最大區(qū)別在于前者測(cè)試對(duì)象為液體，后者為氣體。電子舌主要由味覺(jué)傳感器陣列、信號(hào)采集器和模式識(shí)別系統(tǒng)三部分組成，味覺(jué)傳感器陣列相當(dāng)于生物系統(tǒng)中的舌頭，感受被測(cè)溶液中的不同成分，信號(hào)采集器類(lèi)似于神經(jīng)感覺(jué)系統(tǒng)，采集被激發(fā)的信號(hào)傳輸?shù)诫娔X中，電腦則發(fā)揮生物系統(tǒng)中大腦的作用。三、電子舌技術(shù)及其應(yīng)用第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)1.電子舌118電子舌與傳統(tǒng)分析化學(xué)思想有一定的差異性，即電子舌所檢測(cè)的不是溶液中某個(gè)具體化合物濃度的強(qiáng)度信號(hào)，而是與幾個(gè)組分濃度相關(guān)的總體強(qiáng)度信號(hào)；電子舌重點(diǎn)不是在于測(cè)出檢測(cè)對(duì)象的化學(xué)組成及各個(gè)組分的濃度多少，以及檢測(cè)限的高低，而是在于反映檢測(cè)對(duì)象之間的整體特征差異性，并且能夠進(jìn)行辨識(shí)，或是在特定條件下求出內(nèi)部組分濃度，提取出被測(cè)對(duì)象方面的某些屬性信息。第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)電子舌的主要特點(diǎn)：（1）檢測(cè)探頭由多通道傳感器陣列構(gòu)成；（2）測(cè)試對(duì)象為液體化樣品；（3）采集的信號(hào)為溶液特性的總體響應(yīng)強(qiáng)度，而非有關(guān)某個(gè)特定組分濃度的響應(yīng)信號(hào)；（4）從傳感器陣列采集的原始信號(hào)，通過(guò)數(shù)學(xué)方法處理，能夠區(qū)分不同被測(cè)對(duì)象的整體屬性差異；（5）所描述的特征與生物系統(tǒng)的味感覺(jué)不是同一概念。電子舌與傳統(tǒng)分析化學(xué)思想有一定的差異性，即電子舌所檢測(cè)的不是119第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)市場(chǎng)上典型的商品化電子舌系統(tǒng)有法國(guó)的AlphaM.O.S公司的Astree電子舌和日本KiyoshiToko教授的電子舌。法國(guó)的AlphaM.O.S公司的Astree電子舌日本KiyoshiToko教授的電子舌第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)市場(chǎng)上典型的商品化電子舌系統(tǒng)有法120電子舌對(duì)不同品牌干紅葡萄酒區(qū)分辨識(shí)電子舌對(duì)5種茶葉品質(zhì)差異區(qū)分辨識(shí)第七節(jié)農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)2.電子舌研究與應(yīng)用味覺(jué)傳感器是決定電子舌性能的關(guān)鍵部件，傳感器正在向微型化和芯片化方向發(fā)展。電子舌對(duì)不同品牌干紅葡萄酒區(qū)分辨識(shí)電子舌對(duì)5種茶葉品質(zhì)差異121農(nóng)業(yè)信息技術(shù)與信息管理系統(tǒng)電氣信息工程學(xué)院徐雷鈞農(nóng)業(yè)信息技術(shù)與信息管理系統(tǒng)電氣信息工程學(xué)院徐雷鈞122第二章農(nóng)業(yè)信息采集與處理

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理農(nóng)田生物信息的采集與處理農(nóng)田氣候信息的采集與處理土壤信息的采集與處理設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控與管理農(nóng)業(yè)感官智能分析技術(shù)第二章農(nóng)業(yè)信息采集與處理計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述123第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)二、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的基本功能第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型124第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型125第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)（一）傳感器傳感器是根據(jù)各種物理、化學(xué)、生物學(xué)的定律及效應(yīng)，把感受的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的裝置。傳感器是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)的首要部件，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化測(cè)量與自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型126傳感器基本類(lèi)型：電阻式傳感器：應(yīng)用金屬的應(yīng)變效應(yīng)，半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，電阻的穩(wěn)定效應(yīng)，光電效應(yīng)等，獲得傳感元件電阻值變化。常用來(lái)測(cè)量力，溫度，光強(qiáng)，濕度，氣體濃度等。電感式傳感器：利用電磁感應(yīng)原理，將非電量變化轉(zhuǎn)換成線(xiàn)圈自感或互感變化的裝置。常用來(lái)測(cè)量力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、流量，應(yīng)變等。電容式傳感器：通過(guò)改變電容的間隙，電容的極板面積和電容的介電常數(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。用于位移，加速度，壓力，振動(dòng)，濕度等。數(shù)字式傳感器：利用莫爾條紋，改變互感，拾磁信號(hào)，數(shù)字編碼等轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)測(cè)量。用來(lái)進(jìn)行角位移和線(xiàn)位移的測(cè)量。電動(dòng)勢(shì)式傳感器：根據(jù)熱電效應(yīng)，電磁效應(yīng)，霍爾效應(yīng)，光電效應(yīng)等原理把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)信號(hào)輸出。用于測(cè)量溫度，加速度，光強(qiáng)等。壓電式傳感器：以介質(zhì)材料的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下表面產(chǎn)生電荷的原理。用于測(cè)量壓力，應(yīng)力，加速度等。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)傳感器基本類(lèi)型：第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采127第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)傳感器選擇原則：傳感器類(lèi)型：根據(jù)傳感器使用條件和農(nóng)業(yè)信息的特點(diǎn)如信號(hào)傳輸方式，測(cè)量方式，傳感器來(lái)源等選擇。線(xiàn)性范圍和量程：確保傳感器的線(xiàn)性范圍及量程能夠滿(mǎn)足測(cè)量要求。靈敏度：靈敏度反應(yīng)傳感器輸出量對(duì)輸入量變化的反應(yīng)能力。在傳感器線(xiàn)性范圍內(nèi)，選擇高靈敏度且信噪比較高的。精度：傳感器輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度，精度越高，越能真實(shí)反應(yīng)被測(cè)量，但成本也越高。頻率響應(yīng)特性：傳感器的頻率響應(yīng)特性取決于被測(cè)量的頻率范圍，保證不失真測(cè)量。穩(wěn)定性和可靠性：分別保證在規(guī)定工作條件下長(zhǎng)時(shí)間使用，性能保持不變的能力和不超過(guò)極限的情況下特性保持不變的能力。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型128第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)（二）信號(hào)調(diào)理器被采集的生物與環(huán)境特征變量（物理、化學(xué)、生物量等）經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為方便處理的電量（一般為電壓、電流、電阻和脈沖量）信號(hào)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)：高低電平表示兩種狀態(tài)，有開(kāi)關(guān)和脈沖兩種；模擬信號(hào)：隨時(shí)間變化的連續(xù)信號(hào)，分為直流、時(shí)域、頻域信號(hào)。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型129通常系統(tǒng)采集的信號(hào)多為模擬信號(hào)，且為多元弱信號(hào)，易受系統(tǒng)自身和外界干擾，需要在系統(tǒng)前端添加信號(hào)調(diào)理電路（濾波器、變換器、前級(jí)放大器、隔離電路），實(shí)現(xiàn)阻抗變換、信號(hào)變換、濾波、放大、隔離保護(hù)等功能。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)信息的放大：儀用放大器和隔離放大器。三運(yùn)放儀用放大電路雙運(yùn)放儀用放大電路光電耦合隔離放大器通常系統(tǒng)采集的信號(hào)多為模擬信號(hào)，且為多元弱信號(hào)，易受系統(tǒng)自身130三運(yùn)放儀用放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述三運(yùn)放儀用放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述131雙運(yùn)放儀用放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述雙運(yùn)放儀用放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述132光電耦合隔離放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述光電耦合隔離放大器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述133第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)（三）數(shù)據(jù)采集器多路開(kāi)關(guān)MUX測(cè)量放大器采樣保持器S/H模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/DAnalogue－to－digital第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型134第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述多路開(kāi)關(guān)MUX采樣保持器S/H第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述多路開(kāi)關(guān)采樣保持器135AD7822內(nèi)部結(jié)構(gòu)第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述AD7822內(nèi)部結(jié)構(gòu)第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述136第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)（四）微機(jī)I/O接口微機(jī)接口是計(jì)算機(jī)與外界進(jìn)行信息交換的通道和窗口。采集器輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)總線(xiàn)送給微機(jī)接口，再經(jīng)I/O通道送給微機(jī)處理。第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型137第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)將微機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以完成計(jì)算機(jī)的輸出記錄和對(duì)外界設(shè)備的自動(dòng)控制。（五）數(shù)模轉(zhuǎn)換器第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型138第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述139第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)調(diào)度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各應(yīng)用程序模塊，并與系統(tǒng)的外部設(shè)備及時(shí)交換信息。監(jiān)控程序在在線(xiàn)狀態(tài)下，能接收來(lái)自鍵盤(pán)或接口的操作命令，并解釋、執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬、軟件資源的管理。（六）應(yīng)用軟件與監(jiān)控程序應(yīng)用軟件監(jiān)控程序是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的靈魂，有了應(yīng)用軟件才能充分發(fā)揮采集系統(tǒng)的功能第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的典型140二、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的基本功能時(shí)鐘功能信息采集功能數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能控制功能自診斷功能信息輸出功能定時(shí)采集、實(shí)時(shí)采集；單項(xiàng)采集、多項(xiàng)采集數(shù)字濾波、A/D轉(zhuǎn)換、標(biāo)度轉(zhuǎn)換、線(xiàn)性化處理等數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)變換、圖形處理等預(yù)處理二次處理存儲(chǔ)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)超限報(bào)警、狀態(tài)自檢、自動(dòng)復(fù)位等圖形顯示、報(bào)表打印、硬拷貝等可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動(dòng)化系統(tǒng)定時(shí)采集、分時(shí)操作都按時(shí)鐘的節(jié)拍進(jìn)行第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述二、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的基本功能時(shí)鐘功能定時(shí)采集、實(shí)時(shí)采集；單141水溫控制系統(tǒng)第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述水溫控制系統(tǒng)第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述142語(yǔ)音小車(chē)控制第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述語(yǔ)音小車(chē)控制第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述143水質(zhì)監(jiān)測(cè)電路第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述水質(zhì)監(jiān)測(cè)電路第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述144水質(zhì)監(jiān)測(cè)電路第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述水質(zhì)監(jiān)測(cè)電路第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述145第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述第一節(jié)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)概述146第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理一、農(nóng)業(yè)信息的調(diào)制與解調(diào)緩變信號(hào)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)信號(hào)源低頻放大器調(diào)制器高頻放大器檢波解調(diào)高頻震蕩器調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理一、農(nóng)業(yè)信息的調(diào)制與解調(diào)緩變信147測(cè)量信號(hào)：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理載波信號(hào)：調(diào)幅波信號(hào)：解調(diào)：檢波過(guò)程調(diào)幅：測(cè)量信號(hào)：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理載波信號(hào)：調(diào)幅波信號(hào)148調(diào)幅波形第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理調(diào)幅波形第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理149調(diào)頻：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理解調(diào)：頻率檢波，鑒頻調(diào)頻：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理解調(diào)：頻率檢波，鑒頻150調(diào)相：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理相位隨測(cè)量信號(hào)的頻率變化相加型相敏檢測(cè)電路調(diào)相：第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理相位隨測(cè)量信號(hào)的頻率變化151第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理二、農(nóng)業(yè)信息的處理技術(shù)（一）信號(hào)時(shí)域分析（二）信號(hào)頻域分析（三）數(shù)字化濾波處理第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理二、農(nóng)業(yè)信息的處理技術(shù)（一）信152（一）信號(hào)時(shí)域分析（1）相關(guān)分析

定量表示信號(hào)x(t)與其時(shí)移信號(hào)的相似程度。第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理自相關(guān)互相關(guān)（一）信號(hào)時(shí)域分析第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理自相關(guān)153（一）信號(hào)時(shí)域分析（2）概率密度分析

了解信號(hào)幅值大小的分布情況第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

（一）信號(hào)時(shí)域分析第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理154（二）信號(hào)頻域分析

以頻率或角頻率為變量描述信號(hào)幅值、相位的變化規(guī)律。采用傅立葉變換將時(shí)域信號(hào)x(t)變換為頻域信號(hào)X(f)，從而幫助人們從另一個(gè)角度來(lái)了解信號(hào)的特征。第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理

8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz傅里葉變換X(t)=

sin(2πnft)0t0f（二）信號(hào)頻域分析第二節(jié)農(nóng)業(yè)信息的傳遞與處理8