基于生物电磁特性的脉冲电场杀虫系统研究

摘要

我国是农业大国，地下害虫的防治是农业生产的突出问题，基于生物电磁特性的杀虫系统是当前热门的研究课题。基于生物电磁特性的杀虫机制根据害虫的生物特性，给害虫施加强大脉冲电场，使害虫细胞膜受到损害或死亡，以此达到杀虫的目的，有利于提高农业生产力，增加作物收成，实现农业可持续发展。
　　本文通过害虫实验、环境实验以及野外实验来摸索影响杀虫效果的电压幅值大小、电压频率高低、作用时间长短以及波形占空比的最佳组合，设计了可输出多种脉冲波形的杀虫系统，主要研究工作如下。
　　(1)采用监测杀虫反馈信号的新方法来评估杀虫情况，设计了监测电路，并进行了初步实验尝试，由于量化分析杀虫电压数据，提高了杀虫效果;
　　(2)通过研究绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)驱动的基本要求和现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)的基本特点，根据脉冲电场杀虫系统高频率、高电压、大电流的特点设计了基于分立元件的IGBT驱动电路，并对驱动的各个要素进行了详细分析，给出了实际可行的设计参数，并进行了实际制作;通过研究IGBT的特性，根据脉冲电场杀虫系统高频率、高电压、大电流的特点设计了缓冲电路，并对缓冲电路的各个要素进行了详细分析，给出了实际可行的设计参数，并进行了实际制作;
　　(3)设计了杀虫实验方案，并根据方案进行了实际杀虫效果的验证，得出了数据，为进一步研究提供了有利的依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．3 研究目的及意义

1．4 研究内容及技术路线

1．5 论文结构

2 相关技术研究

2．1 生物电磁特性

2．1．1 细胞膜静息电位

2．1．2 细胞膜动作电位

2．1．3 细胞膜电穿孔

2．2 FPGA技术

2．2．1 现场可编程门阵列FPGA的发展与应用现状

2．2．2 现场可编程门阵列FPGA在脉冲电场系统中的应用

2．3 IGBT技术

2．3．1 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的发展与应用现状

2．3．2 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在脉冲电场系统中的应用

3 基于生物电磁特性的脉冲电场杀虫系统设计

3．1 总体设计

3．1．1 系统结构

3．1．2 系统设计方案

3．2 主控模块设计

3．3 FPGA波形产生模块设计

3．3．1 FPGA波形产生模块设计指标

3．3．2 FPGA选型

3．3．3 设计实现

3．4 IGBT逆变模块设计

3．4．1 方案设计

3．4．2 IGBT结构框架

3．4．3 IGBT选型分析

3．4．4 驱动电路方式选择

3．4．5 参数设计

3．5 保护及缓冲模块设计

3．5．1 设计分析

3．5．2 设计实现

3．6 监测模块设计

3．7 软件模块设计

3．7．1 开发环境介绍

3．7．2 组成及功能介绍

3．8 测试验证

4 基于生物电磁特性的脉冲电场杀虫系统实验

4．1 实验目的

4．2 实验设备

4．3 实验方法及分析

4．3．1 害虫实验

4．3．2 环境实验

4．3．3 野外实验

4．4 实验总结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢