力。由于臭氧为弥漫气体，消毒无死角，故消毒杀菌效果好。同时，臭氧在高温下能迅速分解，形成氧气，故不存在二次污染问题。
臭氧的化学性质极为活泼，它在游离时的能量在瞬间产生强力的氧化作用，进行杀菌、消毒、解毒工作。臭氧极易溶解于水，溶在水中具有更强的杀菌能力，是氯气的600~3000倍，能迅速将细菌和病毒杀灭。
细菌、病毒与臭氧结合后会改变分子结构或能量转移，导致细菌病毒死亡，不再形成新病菌，能有效去除各种细菌、病毒、异味及新家具油漆释放的有毒气体（甲醛、苯等），大气中适量的臭氧对人体的健康是非常有益的。同理，臭氧也能分解抽烟产生的尼古丁，防止二手烟对他人的伤害，可以分解农药的毒性，也可以消除煤气和燃煤产生的二氧化硫的毒性，臭氧还能消除一些辐射对人体的伤害。
国家农业信息化工程技术研究中心研发的臭氧发生器，以空气中的氧气为原料，在高频、高压下放电产生臭氧达到消毒、杀菌、灭虫卵的目的，具有能耗低、寿命长、安装简便、操作维护方便、体积小等特点。该机可用于温室大棚中消毒、杀菌、灭虫卵，无土栽培和水培蔬菜营养液消毒、除味，蔬菜水果保鲜、防霉等场合。也可利用臭氧水对土壤进行消毒和或对水体进行消毒灭菌等。 二、药剂消毒
设施农业所使用的消毒药剂种类较多，常用的消毒药剂有以下几种。 1、溴甲烷
荷兰温室中大部分采用溴甲烷进行消毒。溴甲烷常温下为气态，作为消毒用的溴甲烷贮藏在特制钢瓶中、经加压液化成液体。它对病原菌、线虫和许多虫卵具有很好的杀灭作用。一般将介质堆成一堆，然后在堆体的不同高度用施药的塑料管插入介质中施入溴甲烷，施入所需用量后立即用塑料薄膜覆盖，密闭3~5 d，去掉薄膜晒7~10 d后即可用。 2、氯化苦
三氯硝基甲烷是一种对病虫害有较好杀灭效果的药物，消毒时将介质堆放成30 cm厚，然后在介质上每隔30~40 cm距离打一个深约10~15 cm的小孔，每孔注入5~10 mL氯化苦，覆膜保持1~2 d后，晒大约4~5天即可使用。其它还有用甲醛、高锰酸钾、漂白剂等，一般能达到良好的消毒效果。
药剂消毒的关键问题是环保问题，如果使用不当，容易造成污染，不符合绿色农业发展要求。例如，溴甲烷对大气臭氧有破坏作用，目前普遍用氯化苦代替溴甲烷作土壤熏蒸剂。 药剂消毒的另一关键问题需要技术先进的施药设备作保障。这类设备在日本、美国、以色列、西班牙等国家应用较广，特别是日本应用技术成熟、施药设备先进，日本每年有8 600t氯化苦用于农业上。国内施药设备发展滞后，消毒施药主要由人工完成，存在着劳动强度大和施药者的安全和健康隐患等问题。
为此，国内近年来进行了该设备的少量的研究与开发。例如，大连金梅土壤消毒设备有限公司开发的施药机械，由主机架、行走执行机构、压杆往复机构、液压泵机构、注入土壤内药剂量调整机构和药剂埋入土壤深度调节装置等构成。该机可进行土壤开沟和消毒剂的定点释放；但缺少覆土和覆膜作业，功能不完善，机械化程度较低。
甘肃张掖追肥枪有限公司生产的LYJ多功能药肥枪可以将枪尖插入地下，利用手压动力将药液直接施入地下。防治效果有了很大改善，问题是手工操作，劳动强度大，施药效率低。
三、设施农业介质消毒设备的发展方向
设施农业发展必须依靠机械化作业和自动化控制的不断融合。从国内外发展趋势看，设施栽培基质消毒设备，正逐步向作业自动化、生产效率化、环境友好化、资源可持续化的方向发展。我国通过多年的研究，已建立了较好的基础，在今后的研究中，应积极研究开发消毒优势相对较好的蒸汽消毒装备。 1、高度机械化
设施农业介质消毒设备在国外发展速度很快。美国、以色列、荷兰、澳大利亚和日本等国家在介质消毒技术方面处于领先地位，如美国、荷兰和日本等发达国家的介质消毒技术已形成完整的技术体系，生产管理和作业实现了机械化，部分达到了自动化。
日韩等国开发的热水消毒设备，通过对介质灌注90℃以上热水能很好杀灭60 cm土层内的病原菌，消毒效果达到100％，消毒同时可对介质进行深翻处理；以色列C·K·M·先进农业有限公司研制的介质消毒设备，将介质深翻后扬起到土壤处理室，而土壤处理室是利用燃油装置对其进行加热，通过热交换对介质进行消毒。同时，能通过调节杆，控制介质扬起的深度，对不同深度的介质进行消毒。 2、注重环保。无污染
绿色农业是一场新的产业革命和技术革命，是现代农业发展的一种新模式，这必然导致设施农业中消毒设备和方法向无污染方向发展。例如，国外常将使用热水和蒸汽作为首选消毒媒介。另外，不断改进太阳能、暴晒等传统消毒方法，解决消毒不彻底，受天气、季节等因素影响的问题。 3、高新技术的运用
通过对消毒方法的改进能够更好地节约能源并达到更好的消毒效果。通过计算机控制消毒媒介的用量和作业温度以及介质的消毒深度等，目前部分国家生产的消毒设备已能实现部分智能化。
第七章 设施农业节水灌溉监测控制系统
一、滴灌系统概述
滴灌系利用专门灌溉设备以间断或连续的水滴或细流的形式缓慢地将水灌到部分土壤表面和作物根区的灌水方式，直接向作物施水的设备称为灌水器，其流量不大于12 L/h。滴灌系统是由水源工程、首部枢纽、输配水管道和灌水器组成的灌溉系统。 （1）滴灌系统的组成
滴灌系统一般由水源工程、首部枢纽、输配水管网、灌水器及控制、量测和保护装置等组成。
2'36475891'水流方向126水源工程与首部枢纽输配水管网与灌水器1.地下水(1'.地表水） 2.潜水泵(2'.离心泵） 3.施肥罐 4.过滤器 5.主干管6.分干管 7.支(辅)管 8.毛管 9.灌水器（图中量测、控制、保护等设备、仪表未示，可参考相关章节文字和附图） 图1-1 滴灌工程系统组成示意图 压力滴箭补偿系统
水源工程
为从水源取水进行滴灌而修建的拦水、引水、蓄水、提水、输水和沉淀工程，以及相应的输配电工程。 首部枢纽
包括动力机、水泵、施肥（药）装置、水质净化设施和安全保护及量测控制设备。 输配水管网
输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的有压水流按照要求输送分配到每个灌水单元和灌水器，沿水流方向依次为干管、支管、毛管及所需的连接管件和控制、调节设备。 毛管是滴灌系统中最末一级管道，直接为灌水器提供水量。
支管是向毛管供水的管道，在这一环节中，有时仅布设支管，有时增设多条与支管平行的辅助支管（简称辅管），每条辅管上布置多条毛管。可通过辅管向毛管供水。 干管是将首部枢纽与各支管连接起来的管道，起输水作用。由于滴灌系统的大小及管网布置不同，组成管网的级数也有所不同。 灌水器
灌水器是直接向作物施水的设备，是滴灌系统中最关键的部件，其作用是把末级管道中的压力水流均匀而稳定地分配到田间土壤，满足作物对水分的需要，还可随水施肥施药。 二、滴灌工程的几种分类
1、按灌水器在田间的布设形式分为地下滴灌和地表滴灌
2、按照系统首部设施及输配水管道固定形式分为固定式、半固定式、全移动式 3、按系统工作压力来源分为加压式和自压式
4..按种植作物可分为粮食经济作物滴灌、瓜果蔬菜滴灌和经济林、生态林滴灌
随着水资源供需矛盾的日益加剧，各国都十分重视发展节水农业。发达国家普遍采用喷灌、微灌等先进的节水灌溉技术，并使之与农业综合技术措施相结合，逐步以此代替传统的土渠输水和地面灌溉。这不仅达到了节水目的，使灌溉水利用系数提高到0.8~0.9，也大幅提高了农作物产量。
在现有灌溉技术基础上，以作物实际需水为依据，以信息技术为手段，应用先进的自动化控制技术实施精确灌溉，能够显著提高灌溉精准度，便于实施合理的灌溉制度，提高水的利用率。智能自动化控制灌溉能够提高农业灌溉管理水平，改变人为操作的随意性，同时自动化控制灌溉能够减少灌溉用工，降低管理成本，显著提高效益。 二、便携式土壤信息监测系统
在传统农业生产中，生产者往往忽视了土壤各项参数的重要性，对灌溉、施肥和农田管理都充满了盲目性。造成大量资源的浪费、土壤退化，影响农作物的生长发育，阻碍了农业生产经济效益的提高。
根据TDR原理，设计一种集成式传感器系统，实现对土壤温度、含水量和电导率三个参数的实时检测。并通过土壤智能管理分析系统，综合利用测量仪器所测定的土壤信息，用以指导农业生产过程，提高作物的产量和质量。
TDR测试方法中，沿信号通路传输高速信号边沿，并观察其反射信号。反射能够说明信号通路的阻抗以及阻抗变化时信号延时的变化。Time Delay reflectometry或Time Domain reflectometry。两者的缩写都是TDR，翻译过来分别是时间延迟反射和时域反射。 使用时域反射最为经典的仪器是美国土壤水分公司的trase 。
① 研究土壤三参数信息智能检测方法以TDR原理为基础，研究电磁信号与土壤温度、含水量、电导率转换关系，并据此计算出上述各参数。
② 研制集成式土壤三参数测量仪；以多传感器技术为基础，结合土壤三参数测量方法与温度、土壤电导率和含水量三者之间的修正算法，利用电子技术和计算机技术，实现对土壤温度、含水量和电导率的正确检测。
③ 通过数据通讯技术和数据库技术，实现土壤参数的综合获取、管理和分析，并提供历史数据的查询、对比分析等数据功能。
采取理论与实际相结合的多种方法，首先基于传感器集成技术，通过理论推导形成研究的切入点，利用TDR原理进行半开、无限大土壤介质的含水量和土壤电导率检测，以烘干法和GB／T 6908-2005为标准进行含水量和电导率的校准，再利用温度与电导率的关系给出温度校正后的电导率，最后通过物理学和数学方法计算出土壤的重要参数信息，进行实际应用检测方法的正确性和准确性检测。
国家农业信息化工程技术研究中心研制和开发了拥有自主知识产权的土壤三参数测量方法和仪器，它克服了传统单一测量方法和仪器的局限，进行参数测量的同时进行计算修正，减少了土壤类型、温度、盐度等对测量的影响，测量更加准确，适应性更加广泛。通过对土壤温度、含水量和电导率的监测，结合数据分析系统，便于用户掌握土壤品质、参数的变化情况。降低生产者对作物生长管理的盲目性，提高土地资源的利用效率和灌溉、旋肥、管理的精确度，为农业生产管理提供决策依据。
Hydra土壤三参数测量探头，可实现对土壤含水量、电导率和温度的快速准确测量，探头长约12.4 cm，直径约为4.2 cm；探头对介电常数的测量范围为1~65，精度±1.5％或±0.2；对土壤水分的测量范围为0~饱和，测量精度±3％Vol典型；对电导率的测量范围为0~20 dS／m，优于±2．0％ 或±0.002 dS／m。土壤温度测量范围-10℃~60℃，精度±0.6℃。
二、无线自动监测控制系统
农业信息数据传输具有以下特点：需要数据采集或监控的网点多、要求传输的数据量不大且
要求设备成本低、数据传输可靠性高、安全性高、设备体积很小、不便放置较大的充电电池或者电源模块、用电池供电、地形复杂、监测点多、需要较大的网络覆盖等。另外，现有移动网络有覆盖盲区，使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统，效果差或成本太高。因此，要选择一种合适的传输标准，实现并得到最好性价比的无线传输系统。
bee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
ZigBee是目前众多无线传感器网络技术中的一种主要技术，它是种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。它主要应用于近距离的无线连接。 Zigbee技术以其设备成本低、组网简单、节点布置灵活、数据传输安全可靠、电池寿命长等独特的优势，在现代设施农业中展现出广阔的应用前景。在农业环境测控系统中引入无线网络，可大大提高控制系统的可扩展性和可维护性，降低设备维护的成本，从而使整个控制系统得到优化。
大田灌溉无线自动监测控制系统的目的是通过Zigbee无线传感器网络实现对农田的测控区域的温湿度等模拟信号和脉冲信号传感器信号的采集测量，并能对现场灌溉电磁阀等设备进行远距离无线控制，同时将所采集的传感器信息和电磁阀状态信息在监控终端实时地显示出来。
1、系统构成
ZigBee网络拓扑结构定义了三种ZigBee设备对象，分别是ZigBee协调器（Co-ordinator）、ZigBee路由器（Router）和终端设备（End Device）。 ZigBee网络根据应用的需要可以组织成星型网络、树状网络，也可以是网状网络。
在网状结构中，所有终端节点设备都与中心设备网络协调器通信。系统包括三部分：数据采集控制终端（End Device）、中心设备（Co-ordinator）、网络路由设备（Router）。 （1）中心设备的具体功能
① 负责整个系统网络的初始化，确定Zigbee网络的ID号和操作的物理信道并统筹短地址分配，还提供数据路由和安全管理等服务。 ② 通过串口与上位机监控终端进行数据通讯。
③ 通过系统监控终端的采集控制界面，可以对正在请求增加的子节点做出判断，允许或者禁止其加入；也可以删除已加入到网络中的子节点。
④ 对已经加入的各个子节点进行实时监控，如果某一子节点出现工作异常的状况，如子节点的电压过低等，则中心设备发出相应的报警信息，显示在上位机监控终端的相应界面中。 ⑤ 可选择不同编号的子节点进行数据监测，并对其他控制的被控设备进行控制。 ⑥ 可根据需要完成子机的相应功能。 （2）数据采集控制终端的具体功能 ① 完成采集 所接入的模拟、脉冲信号传感器信息的读取发送功能，同时能够接受中心设备的控制命令完成对现场电磁阀的控制功能。 ② 定时联络
采集控制终端子节点每隔一段时间向中心设备发送一个正常存在命令帧，用以确定该子节点机还处于中心设备的监控范围内。 ③ 子节点机低电压报警