摘要：為更好地解決設(shè)施栽培過程中出現(xiàn)的病蟲害問題，設(shè)計一款面向設(shè)施農(nóng)業(yè)的臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32F103C8T6單片機為核心，由臭氧發(fā)生器、高速風(fēng)機、臭氧濃度傳感器、計時器和報警器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)信號采集模塊檢測到設(shè)施空間中臭氧濃度時，通過檢測電路將采樣信號傳遞給控制器，控制器根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定值判斷并控制臭氧發(fā)生器等執(zhí)行機構(gòu)工作，實現(xiàn)臭氧濃度的精準(zhǔn)控制，減輕臭氧濃度不適給設(shè)施蔬菜帶來的嚴(yán)重傷害。系統(tǒng)設(shè)定濃度為60 mg/m3，系統(tǒng)穩(wěn)定后工作時長30 min。以此為基礎(chǔ)，應(yīng)用臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)對溫室番茄葉霉病、灰霉病進(jìn)行防治試驗。結(jié)果表明，使用該系統(tǒng)防控對番茄葉霉病、灰霉病的防效優(yōu)于常規(guī)防治，在溫室番茄全成長期，葉霉病、灰霉病發(fā)生率均顯著下降，防治效果分別為89.3%、92.2%。

關(guān)鍵詞：設(shè)施農(nóng)業(yè)；臭氧殺菌；閉環(huán)控制；番茄病蟲害；模塊化設(shè)計

中圖分類號：S224.3" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " 文章編號：2095?5553 （2024） 09?0062?07

Design and experiment of closed?loop control system for ozone sterilization

in facility agriculture

Li Xin'ao， Liu Yuanyi， Wang Lijuan， Zhang Ce， Tao Lihuan， Zhang Yue

（School of Agricultural Engineering and Food Sciences， Shandong University of Technology， Zibo， 255000， China）

Abstract： In order to better solve the problem of plant diseases and insect pests in the process of protected cultivation， a closed?loop ozone sterilization control system for protected agriculture is designed. The system is based on STM32F103C8T6 single?chip microcomputer and consists of ozone generator， high?speed Fan， ozone concentration sensor， timer and alarm. When the system signal acquisition module detects the ozone concentration in the facility space， the sampling signal is transmitted to the controller through the detection circuit， and the controller judges and controls the work of the ozone generator and other actuators according to the system setting value， so as to achieve accurate control of the ozone concentration and reduce the serious damage caused by the inappropriate ozone concentration to the facility vegetables. The system concentration is set to 60 mg/m3， and the working time is 30 min after the system is stabilized. On this basis， ozone sterilization closed?loop control system" is used to control leaf mold and gray mold of tomato in greenhouse. The results show that the control effect of the system on leaf mold and gray mold of tomato is better than that of conventional control. The incidence of leaf mold and gray mold is decreased significantly in the whole growing stage of greenhouse tomato， and the control effect is 89.3% and 92.2%， respectively.

Keywords： facility agriculture; ozone sterilization; closed?loop control; tomato diseases and insect pests; modular design

0 引言

近年來，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)處于長期發(fā)展過程中。相比露天栽培農(nóng)作物，高溫潮濕且易接觸的溫室環(huán)境更易滋生細(xì)菌、發(fā)生病害。為防治設(shè)施蔬菜病害，促進(jìn)農(nóng)作物生長，設(shè)施空間殺菌成為設(shè)施農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展必不可少的途徑。隨著多種設(shè)施殺菌技術(shù)的更新和淘汰，臭氧O3作為一種廣譜高效無二次污染的強氧化殺菌氣體備受關(guān)注，現(xiàn)已在各行各業(yè)廣泛使用[1?3]。

目前關(guān)于設(shè)施農(nóng)業(yè)臭氧殺菌的研究獲得了良好效果。國內(nèi)學(xué)者韓偉等[4]采用間歇型補充臭氧（400 mg/h），研究不同強度的臭氧對番茄幼苗葉面微生物數(shù)量及生長的影響，試驗結(jié)果表明，隨著臭氧濃度的增加，番茄葉片表面細(xì)菌含量明顯下降；李東等[5]使用臭氧進(jìn)行大棚番茄病害試驗，結(jié)果表明，臭氧可以防治大棚番茄灰霉、葉霉病，其效果優(yōu)于百菌清等農(nóng)藥，對蔬菜既安全又高效；梁佳[6]研究表明，臭氧對番茄早疫和葉霉病菌的抑制作用及對植物也有良好的影響，試驗發(fā)現(xiàn)，臭氧濃度為200 mg/m3和空氣相對濕度為90%時對番茄早疫和番茄葉霉病菌的抑菌效果最好；臭氧處理不僅能夠降低發(fā)病率，延緩病害的發(fā)生，還能降低病情指數(shù)，減輕病害嚴(yán)重度。國外學(xué)者在進(jìn)行臭氧防治溫室蔬菜病蟲害等方面的研究中發(fā)現(xiàn)，利用臭氧熏蒸可以加速蔬菜的生長，提高蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)，降低蔬菜葉片細(xì)菌的數(shù)量，提高蔬菜產(chǎn)量[7]。研究發(fā)現(xiàn)，臭氧達(dá)到一定濃度時能夠?qū)υO(shè)施蔬菜起到殺菌作用，但當(dāng)臭氧濃度超標(biāo)時會灼傷蔬菜葉片，因此在殺菌過程中嚴(yán)格控制臭氧濃度至關(guān)重要[6， 8， 9]。

現(xiàn)有的臭氧發(fā)生器大部分采用開環(huán)控制系統(tǒng)，雖結(jié)構(gòu)簡單容易實現(xiàn)，但對臭氧濃度精度控制較差，長期使用會對設(shè)施蔬菜產(chǎn)生不利影響[10， 11]。針對現(xiàn)有臭氧植保機械系統(tǒng)精確度差等問題，設(shè)計一款基于閉環(huán)控制的臭氧殺菌裝置，對各個模塊進(jìn)行分析與選型，通過臭氧氣體傳感器實時檢測設(shè)施溫室臭氧濃度，利用單片機控制對臭氧發(fā)生器功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證臭氧濃度始終控制在合理范圍內(nèi)，并利用該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)施番茄葉霉病、灰霉病防治試驗。

1 臭氧殺菌原理及優(yōu)勢

臭氧以氧原子的氧化作用破壞微生物膜的結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)殺菌作用。產(chǎn)生臭氧的方法主要有紫外照射法、電解法、放射化學(xué)法和介質(zhì)阻攔放電法[12]。由于介質(zhì)阻攔放電法（又稱DBD法）相對能耗較低，臭氧產(chǎn)量大、濃度高，已成為工業(yè)上大規(guī)模合成臭氧的主要方法。

臭氧殺菌具有高效高潔性，臭氧滲透性強、擴散均勻無死角、包容性能佳、殺菌速度快且在高濕度狀態(tài)下殺菌效果好，能夠在殺菌后快速自然分解成氧氣，不存在二次污染?；谝陨铣粞醯膬?yōu)勢，臭氧技術(shù)現(xiàn)已在各個領(lǐng)域廣泛使用，發(fā)展迅速，市場前景廣闊。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，通過臭氧發(fā)生器可將空氣中的氧氣在高壓、高頻電的電離作用下轉(zhuǎn)化為臭氧，進(jìn)而在生產(chǎn)中加以利用。臭氧可實現(xiàn)一施多用，同時防治多種病蟲，防治成本低；與噴施農(nóng)藥相比，施放臭氧無污染、無殘留，另有提質(zhì)增產(chǎn)的效果。

2 臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案

閉環(huán)控制系統(tǒng)是指利用負(fù)反饋調(diào)節(jié)將控制系統(tǒng)的輸出量，通過某種方法和裝置送回輸入端進(jìn)行比較，控制系統(tǒng)根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行工作，避免系統(tǒng)偏離預(yù)設(shè)目標(biāo)。與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)功耗低、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強。圖1為系統(tǒng)閉環(huán)控制框圖。

設(shè)施農(nóng)業(yè)臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，主要包括電源供電系統(tǒng)、單片機控制模塊、臭氧發(fā)生模塊、高速風(fēng)機模塊、信號采集模塊、計時器及報警器模塊。各個模塊工作由STM32主控處理，電源供電系統(tǒng)用來提供穩(wěn)定電壓，以供系統(tǒng)正常工作；控制系統(tǒng)調(diào)整電壓對臭氧發(fā)生器功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生特定濃度的臭氧；高速風(fēng)機模塊用于系統(tǒng)散熱以及促使臭氧與空氣充分混合；信息采集模塊主要將采集的臭氧濃度及設(shè)施溫濕度信息反饋給控制系統(tǒng)；計時器用于系統(tǒng)工作計時，報警器用于濃度及其他危險信號報警。

系統(tǒng)工作流程如下：通過臭氧濃度傳感器檢測設(shè)施內(nèi)臭氧的濃度值反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對臭氧發(fā)生器功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，低于特定殺菌濃度時控制系統(tǒng)給出信號，臭氧發(fā)生器功率持續(xù)上升，并利用高速風(fēng)機持續(xù)送風(fēng)，增加臭氧與空氣的混合程度，當(dāng)濃度達(dá)到預(yù)設(shè)值時，計時器開始工作，持續(xù)30 min后，控制系統(tǒng)再次給出信號，臭氧發(fā)生器停止工作，風(fēng)機正常送風(fēng)，臭氧濃度下降到0.05 mg/m3（國家衛(wèi)生部規(guī)定的臭氧安全濃度約為0.05 mg/m3），一次殺菌結(jié)束，若出現(xiàn)濃度超標(biāo)等異常信號時，報警器工作。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

在了解現(xiàn)有臭氧發(fā)生裝置的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)施溫室環(huán)境特點，通過與學(xué)院老師及機械裝置加工廠的交流溝通，確定了臭氧閉環(huán)控制裝置的整機設(shè)計方案。通過SolidWorks完成三維模型圖建立，分析臭氧殺菌閉環(huán)控制裝置的合理性，通過對各模塊分析選型及參數(shù)確定，最終確定工藝流程完成裝置加工。

在相同的研究條件下，臭氧的密度大于空氣的密度，所以考慮將臭氧殺菌閉環(huán)控制裝置設(shè)計成懸掛式，產(chǎn)出臭氧后因密度大會自主下沉，配合風(fēng)機工作更好地使臭氧均勻與空氣融合。臭氧殺菌閉環(huán)控制裝置整體長、寬、高分別為65 cm、25 cm、30 cm，主要包括STM32單片機、臭氧發(fā)生器、風(fēng)扇、臭氧濃度傳感器、危險信號報警器等，該裝置主要通過單片機控制產(chǎn)生臭氧達(dá)到設(shè)施蔬菜殺菌的目的。

3.1 單片機控制模塊

控制系統(tǒng)的功能是綜合分析輸入信號及系統(tǒng)模型特性，從而設(shè)定合理的控制目標(biāo)。STM32單片機作為臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心模塊，負(fù)責(zé)信號和控制策略處理，主要任務(wù)是聯(lián)合上位機完成對臭氧濃度信號的接收和判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果控制臭氧發(fā)生器、高速風(fēng)機、計時器及報警器等工作[13， 14]。

該系統(tǒng)采用STM32F103C8T6為主芯片的單片機，具有高性能、低成本、低功耗的優(yōu)點。STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M內(nèi)核STM32系列的32位的微控制器，電壓使用范圍是2.0～3.6 V，工作頻率最高可以達(dá)到72 MHz，具有豐富的外設(shè)接口和大容量的存儲器。其最小系統(tǒng)包括芯片STM32F103C8T6、電源電路、晶振電路、復(fù)位電路、去耦電路、調(diào)試下載電路以及單片即工作必要的其他外圍電路，能夠滿足臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)實時處理工作的要求，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行[15?18]。臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)電路板及電路原理如圖3所示。

3.2 電源供電系統(tǒng)

電源是整個系統(tǒng)電路正常運行的保障。以STM32F103C8T6單片機為核心的控制器的工作電壓為3.3 V，因此需先通過一個220 V轉(zhuǎn)24 V的降壓變壓器降壓，然后利用整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)化為直流電。利用SW-DPST電源開關(guān)進(jìn)一步降壓，后經(jīng)過線性穩(wěn)壓器L78M05ABDT-TR將電源輸出電壓轉(zhuǎn)化為5 V，再由線性穩(wěn)壓器MIC5219將5 V轉(zhuǎn)化成3.3 V電壓，供STM32F103C8T6單片機使用。部分電源供電電路如圖4所示。

3.3 臭氧發(fā)生模塊

臭氧發(fā)生模塊就是采用高壓放電式臭氧發(fā)生器，利用一定頻率的高壓電流制造高壓電暈電場，以空氣為源料，使電場內(nèi)或電場周圍的氧分子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)制造臭氧，通過配備的風(fēng)機及風(fēng)向調(diào)節(jié)板風(fēng)冷后將其擴散至設(shè)施空間內(nèi)。目前最常用的臭氧發(fā)生器材質(zhì)有很多種，相較于其他材質(zhì)的臭氧片來說，陶瓷臭氧片體積小，電極工作穩(wěn)定，蜂巢式放電設(shè)計臭氧釋放面積增加20%，臭氧發(fā)生量大，能抗潮濕、抗氧化、抗震防摔，且電極不易脫落、啟動時間短，功耗小、使用壽命長，因此綜合考慮后選擇陶瓷片臭氧發(fā)生器。

由于設(shè)施溫室空間大，臭氧發(fā)生模塊在長時間工作狀態(tài)下會產(chǎn)生大量的熱，進(jìn)一步加速臭氧的分解，因此達(dá)到所需臭氧濃度所需時間長，結(jié)合目前臭氧發(fā)生器工作性能及臭氧衰退率分析，本研究選用3個臭氧產(chǎn)量為10 g/h的陶瓷片臭氧發(fā)生器連接在一起，每小時產(chǎn)生臭氧30 g，臭氧發(fā)生器為新式合金加陶瓷組合材質(zhì)，其主要原理是在高頻高壓強電場作用下，氣體沿著電介質(zhì)表面發(fā)生脈沖電暈放電，產(chǎn)生等離子體，使氧分子在瞬間分解為單氧原子，原子氧又迅速與氧結(jié)合成臭氧。

3.4 高速風(fēng)機模塊

設(shè)備由于持續(xù)工作會導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)熱，從而降低臭氧的生產(chǎn)速度，所以為保證穩(wěn)定的臭氧制造生產(chǎn)率，本系統(tǒng)增設(shè)了高速風(fēng)機模塊，即通過該模塊實現(xiàn)臭氧發(fā)生器、電源等模塊散熱，延長機器使用壽命，減少臭氧的降解，另一方面是提高空氣流速，幫助產(chǎn)生的臭氧更加均勻擴散。

由于該裝置應(yīng)用場所為溫室大棚，所以風(fēng)機轉(zhuǎn)速應(yīng)能滿足空間風(fēng)量的要求，本研究采用雙滾珠散熱風(fēng)扇，該種類型風(fēng)扇使用壽命較長、轉(zhuǎn)速高，頂部雙排風(fēng)扇風(fēng)量能夠達(dá)到780 m3/h。

現(xiàn)有臭氧植保機設(shè)計大多為出風(fēng)口直吹，不僅會降低臭氧的均勻度，造成臭氧產(chǎn)生初期聚集在同一方向，而且臭氧直吹會對蔬菜生長造成傷害。本文研究的臭氧發(fā)生裝置斜下方為臭氧出風(fēng)口（圖5），出風(fēng)口內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流板，用于控制設(shè)施內(nèi)臭氧流線的路徑，能夠根據(jù)設(shè)施空間環(huán)境類型的需要調(diào)節(jié)上下、左右風(fēng)擺向，通過其提高設(shè)施內(nèi)氣體流通的穩(wěn)定性，保證臭氧擴散及分布更加有序、均勻，從而改善臭氧氣體的分布情況。風(fēng)機設(shè)計除能根據(jù)溫室空間類型調(diào)節(jié)方向外，還應(yīng)能夠根據(jù)設(shè)施空間氣流速度改變風(fēng)量補給，并保證能夠連續(xù)送風(fēng)，增加臭氧與空氣的混合程度；出氣口大小適中且不設(shè)阻攔網(wǎng)，能夠有效降低氣體黏著，使氣流擴散更加通暢。

3.5 信號采集模塊

該模塊主要功能為采集設(shè)施內(nèi)臭氧濃度，傳輸給控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用ZY100-O3型固定式臭氧傳感器，該傳感器可選用擴散檢測方式，支持無線傳輸數(shù)據(jù)，對臭氧氣體敏感度高，具有可靠的溫度補償性能，防止設(shè)施內(nèi)溫度過高或過低對儀器精準(zhǔn)度造成影響；采用EMC電路設(shè)計，能夠有效隔離、屏蔽外界環(huán)境干擾，保證系統(tǒng)監(jiān)測的穩(wěn)定性。

3.6 計時器與報警器

計時器模塊利用STM32單片機內(nèi)設(shè)的定時器。STM32F103C8T6是中容量芯片，定時器功能強大，有高級定時器TIME1和通用定時器TIME1～TIME5。編寫程序設(shè)置定時器每50 ms計次一次，計次20次，周期為1 000 ms，約1 s輸出一次。

報警器采用GBS-24V防爆聲光報警器，可由24VDC直接驅(qū)動。報警器采用專用集成電路設(shè)計，性能優(yōu)越；防爆等級高，適應(yīng)惡劣環(huán)境，可在-40 °C～70 °C溫度下正常穩(wěn)定工作，使用壽命長；內(nèi)部采用超高亮發(fā)光管，五角度清晰可視，具有體積小、聲音大、重量輕等特點。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本程序設(shè)計主要使用C語言完成對模擬數(shù)據(jù)的采集、運算處理、實時數(shù)據(jù)傳送以及報警等功能。該系統(tǒng)選用STM32F103C8T6為主控單片機，整個系統(tǒng)程序拆分為幾大模塊。臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)的主程序流程如圖6所示。

主程序的工作過程如下：程序開始首先對系統(tǒng)初始化，配置I/O口，初始化各項工作完成后啟動風(fēng)機，開啟臭氧濃度信號采集通道，開始采集信號，通過A/D信號轉(zhuǎn)換器連續(xù)采集臭氧濃度10次，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行極值平均濾波處理，得到臭氧濃度平均值，并與系統(tǒng)設(shè)定的臭氧濃度值進(jìn)行比較，若此濃度高于系統(tǒng)設(shè)定值，則啟動危險信號報警器；若此濃度低于系統(tǒng)設(shè)定值，則使臭氧發(fā)生器功率繼續(xù)增加以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定濃度；當(dāng)此濃度等于系統(tǒng)設(shè)定值時，保持臭氧發(fā)生器穩(wěn)定功率，單片機內(nèi)設(shè)定時器開始工作，計時30 min后臭氧發(fā)生器停止工作，保持風(fēng)機正常工作以便于臭氧與設(shè)施空氣充分混合，此時再次開啟臭氧濃度信號采集通道進(jìn)行采樣取均值，并與濃度安全值比較，當(dāng)檢測到的信號值為0.05 mg/m3時，系統(tǒng)工作完成。此時臭氧濃度已達(dá)到安全值，人員可以進(jìn)入設(shè)施內(nèi)。

該系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能：控制臭氧發(fā)生器的輸入電壓以調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器功率、控制高速風(fēng)機持續(xù)斷續(xù)工作、實時監(jiān)測設(shè)施臭氧濃度、臭氧濃度超標(biāo)報警、臭氧產(chǎn)量滿足設(shè)施蔬菜殺菌標(biāo)準(zhǔn)。

5 系統(tǒng)測試

為驗證臭氧閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)施蔬菜病蟲害的防治效果，開展了多組不同作物的病蟲害防治試驗。本文以設(shè)施番茄病蟲害防治試驗為例，介紹該系統(tǒng)在設(shè)施溫室中的應(yīng)用效果。試驗在淄博市臨淄區(qū)試驗基地進(jìn)行，隨機選取一個溫室大棚，在大棚中劃分3個10 m×5 m獨立試驗區(qū)域，并進(jìn)行試驗區(qū)隔絕處理。

5.1 試驗設(shè)計

以設(shè)施番茄葉霉病、灰霉病為試驗對象，在番茄定植后的苗期、初果期、成熟期分別按照試驗要求進(jìn)行3次處理。試驗共設(shè)3組處理，對照組1：空白對照組CK，即對設(shè)施番茄不作任何病蟲害防治處理；處理組2：對設(shè)施番茄進(jìn)行化學(xué)農(nóng)藥病蟲害防治處理（利用41%聚砹·嘧霉胺800倍液噴施番茄植株）；處理組3：使用該臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)施番茄進(jìn)行病蟲害防治處理（達(dá)到設(shè)定臭氧濃度60 mg/m3后，穩(wěn)定工作30 min）。

5.2 試驗方法

在設(shè)施番茄定植后的苗期、初果期、成熟期分別對番茄葉霉病進(jìn)行調(diào)查，在每個獨立區(qū)域采用對角線五點取樣法，分別取樣5株，共計45株。每株調(diào)查全部葉片，記錄調(diào)查的總?cè)~片數(shù)及發(fā)病葉片數(shù)，并根據(jù)葉片實際情況劃分病情等級。番茄葉霉病病情等級分級標(biāo)準(zhǔn)為：0級，無癥狀；1級，病斑面積占整個葉片面積的10%以下；2級，病斑面積占整個葉片面積的10%～30%；3級，病斑面積占整個葉片面積的31%～50%；4級，病斑面積占整個葉片面積的51%～75%；5級，病斑面積占整個葉片面積的75%以上[19]。發(fā)病率、病情指數(shù)及防治效果計算如式（1）～式（3）所示。

I=D/N×100% （1）

DI=∑s×n/N×S （2）

PT=M-T/M×100% （3）

式中： I——發(fā)病率，%；

D——發(fā)病葉數(shù)；

N——調(diào)查總?cè)~數(shù)；

DI——病情指數(shù)；

s——各病情級別代表值；

n——各病情級別發(fā)病葉數(shù)；

S——最高病情級別代表值；

PT——防治效果，%；

M——空白對照組病情指數(shù)；

T——處理組病情指數(shù)。

番茄灰霉病主要發(fā)生在花期和結(jié)果期，因此選擇在設(shè)施番茄初果期和成熟期分別對番茄灰霉病進(jìn)行調(diào)查，在每個獨立區(qū)域采用對角線五點取樣法，分別取樣5株，共計30株。每株調(diào)查所有果實，記錄每株灰霉病果實個數(shù)。

5.3 試驗結(jié)果與分析

從表1可以看出，在番茄生長的苗期，處理組2、處理組3與空白對照組CK相比，葉霉病的病葉率及病情指數(shù)存在較小差異；在番茄生長的初果期和成熟期，處理組2、處理組3與空白對照組CK相比，使用臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)及使用41%聚砹·嘧霉胺800倍液噴施的番茄植株具有較好的生長狀況，番茄病葉率及病情指數(shù)均有明顯降低，且處理組2與處理組3相比，在番茄生長的初果期和成熟期，利用臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)防治的番茄植株的防治效果優(yōu)于噴施41%聚砹·嘧霉胺800倍液的番茄植株，番茄成熟期葉霉病的防治效果可達(dá)95.5%；在番茄生長的全生長期，處理組2與處理組3相比，使用該系統(tǒng)比噴施41%聚砹·嘧霉胺800倍液的病葉率下降了11.5%，病情指數(shù)下降了1.4，防治效果提高了4.6%。

從表2可以看出，在番茄生長的初果期和成熟期，處理組2、處理組3與空白對照組CK相比，灰霉病病果率存在顯著的差異，且番茄初果期與成熟期相比，噴施41%聚砹·嘧霉胺800倍液的番茄植株出現(xiàn)病果率上升、防治效果下降的趨勢，但利用臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)防治的番茄植株病果率下降，防治效果仍有上升，這說明利用該臭氧系統(tǒng)防治番茄灰霉病在番茄生長的各個時期都有良好的效果；另外，在番茄生長的全生長期內(nèi)，處理組2與處理組3相比，使用該系統(tǒng)比噴施41%聚砹·嘧霉胺800倍液的病果率下降了1.3%，防治效果提高了2.6%。

另外，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該臭氧系統(tǒng)不僅對番茄病害有顯著的防治效果外，對部分害蟲也有較好的防治效果，經(jīng)臭氧閉環(huán)控制系統(tǒng)處理過的番茄植株，蚜蟲、白粉虱兩種蟲害也有較為明顯的防治效果。

6 結(jié)論

1） 本文從系統(tǒng)整體出發(fā)，針對各個模塊進(jìn)行嚴(yán)格的分析與選型。采用STM32F103C8T6單片機為主控制器、ZY100-O3傳感器為臭氧檢測元件，并以此為基礎(chǔ)完成電路設(shè)計，采用C語言對程序進(jìn)行模塊化編寫，最終各個硬件在程序的控制下按照既定的工作方式正常運作。

2） 利用該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)施番茄病蟲害防治試驗，試驗表明，臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)對葉霉病、灰霉病及某些蟲害均有穩(wěn)定的防治效果，其防治效果可分別達(dá)到89.3%、92.2%，且效果優(yōu)于化學(xué)農(nóng)藥。此外，對該系統(tǒng)與化學(xué)農(nóng)藥的協(xié)同作用有待進(jìn)一步探索。

3） 研究基于STM32F103C8T6單片機的臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)，將臭氧技術(shù)與閉環(huán)控制相結(jié)合，實現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)臭氧殺菌濃度的精準(zhǔn)控制，保證殺菌的準(zhǔn)確性和可控性，對設(shè)施空間殺菌有著重要意義。在實際工作中，應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)定殺菌濃度及作用時間，保證設(shè)施空間殺菌工作的可靠性。本文針對臭氧殺菌閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行初步探索，對于溫濕度等其他因素對該系統(tǒng)的影響以及提高系統(tǒng)元件靈敏性方面有待進(jìn)一步嘗試，在后續(xù)的研究中，將對該系統(tǒng)與上位機建立連接，進(jìn)一步優(yōu)化和改善該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)更加精簡，降低系統(tǒng)成本。

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