植物音频促长装置的研究与设计
摘要
20世纪的化学农业极大地提高了农作物的产量，但随着化肥和农药的过量使用，造成地力衰退、农作物品质下降、环境污染等，严重影响到农业的可持续发展。当前，农业正处于由化学农业向生态农业过渡时期，而物理农业是实现生态农业的主要途径之一，植物声控技术是物理农业的一个重要方面，可以促进植物的生长发育，起到增产、优质、抗病等目的，并且不污染环境。另外，应用该项技术可减少化肥和农药用量，生产绿色食品，满足人类社会可持续发展需求，有着重大的社会效益。
为了探索声波与植物生长的关系，确定影响植物生长的特定频段，本文设计了一种植物音频促长装置，实现了大功率音频信号的播放。该装置主要由单片机系统、功率放大器、扬声器系统三部分组成。单片机系统以台湾凌阳科技公司最新开发的16位单片机SPCE061A为核心，波形的具体产生是通过两路DAC来产生，凌阳SPCE061A在这方面的设计为我们提供了极大的方便，用它实现的好处在于，外围电路极其简单，另外在DAC的编程方面又提供及其便利的编程环境。软件设计上根据植物音频范围构造了音频函数模型，以此模型为基础，利用凌阳环境提供的数学库函数完成波形的输出。采用日本东芝公司开发的45WBTL音频功率放大器TA8225L，它具有大功率、低失真、低噪音的特点，包含各种保护电路和待机功能，除此之外还有输出端路、过压监测和结温监测保护功能。采用天津天马电子有限公司生产的T-1301扬声器，这款扬声器具有宽频带、高灵敏度、低谐振频率的特点。对功率放大器、扬声器的参数进行了测量与计算，并且根据闭箱箱体理论，运用扬声器参数设计了闭箱箱体，经过测试满足设计的要求。
在东北农业大学园艺站用该装置对菠菜进行音频处理，研究田A和对照田B两组试验田对比进行，通过对菠菜九项形态指标的测定、比较与分析，结果表明植物音频促长装置对菠菜的生长有明显的促进作用。
The crop production has been improved greatly by the chemical agriculture in the 20th, but the excessive chemical fertilizer, which caused soil to break down, crop quality to descend and environment to be polluted, has affected agricultural continuous development greatly. Currently, agriculture is situated in transitional period from traditional agriculture to modern agriculture, moreover, the physical agriculture is one of ways of realizing modern agriculture, and the plant acoustic controlling technique is an importance part of the physical agriculture, which can promote the growth of the plant to breed, increase and perfect the quality and resist diseases. It doesn't pollute the environment at all. Besides, usage of this technique can decrease fertilizer and chemical drug used for farming, the technique can be used to produce green vegetables and satisfy the demand of social continuous development and has great social benefits.
The promotion growth device of plant audio frequency was designed with plant acoustic controlling technique principle in the paper in order to explore the relation of plant acoustic characteristic and its growth and make certain special frequency band of influence on growth plant, the device could play high power audio signal. The device was composed of microcontroller system, power amplifier and speaker system. The microcontroller system regarded newly-developed SPCE061A microcontroller of Taiwanese sunplus company as core, the wave was produced by two DAC channels, sunplus provides great convience for us in this way, throught using it, may deduce peripheral circuit, furthmore, it also provides good program condition for us. Audio function model was constructed in the software design, on this base; Sunplus math function was used to perform wave output. The 45W TA8225L power amplifier produced by TOSHIBA was adopted, which has high power, low distortion and low noise, it includes various kind of protectors a
nd the function of standy-by SW. besides, the functions of output short or over voltage detection and junction temperature monitor was involved. The T-1301 speaker produced by tempest electronics CO., LTD in Tianjin was adopted, which has wide frequency band, high sensitivity and low resonant frequency. The parameters of power amplifier and speaker were measured and calculated and the close box was designed through speaker parameters. The close box could meet the demand of design.
The experiment was carried out in horticulture station of northeast agriculture university. The device was utilized to deal with spinach. Two group fields researched A and compared B
was adopted. Nine appearance indexes of spinach were measured, compared and analyzed; the result indicated the signal produced by device could promote growth of plant.
为了探索声波与植物生长的关系，确定影响植物生长的特定频段，本文设计了一种植物音频促长装置，实现了大功率音频信号的播放。该装置主要由单片机系统、功率放大器、扬声器系统三部分组成。单片机系统以台湾凌阳科技公司最新开发的16位单片机SPCE061A为核心，波形的具体产生是通过两路DAC来产生，凌阳SPCE061A在这方面的设计为我们提供了极大的方便，用它实现的好处在于，外围电路极其简单，另外在DAC的编程方面又提供及其便利的编程环境。软件设计上根据植物音频范围构造了音频函数模型，以此模型为基础，利用凌阳环境提供的数学库函数完成波形的输出。采用日本东芝公司开发的45WBTL音频功率放大器TA8225L，它具有大功率、低失真、低噪音的特点，包含各种保护电路和待机功能，除此之外还有输出端路、过压监测和结温监测保护功能。采用天津天马电子有限公司生产的T-1301扬声器，这款扬声器具有宽频带、高灵敏度、低谐振频率的特点。对功率放大器、扬声器的参数进行了测量与计算，并且根据闭箱箱体理论，运用扬声器参数设计了闭箱箱体，经过测试满足设计的要求。
在东北农业大学园艺站用该装置对菠菜进行音频处理，研究田A和对照田B两组试验田对比进行，通过对菠菜九项形态指标的测定、比较与分析，结果表明植物音频促长装置对菠菜的生长有明显的促进作用。
The crop production has been improved greatly by the chemical agriculture in the 20th, but the excessive chemical fertilizer, which caused soil to break down, crop quality to descend and environment to be polluted, has affected agricultural continuous development greatly. Currently, agriculture is situated in transitional period from traditional agriculture to modern agriculture, moreover, the physical agriculture is one of ways of realizing modern agriculture, and the plant acoustic controlling technique is an importance part of the physical agriculture, which can promote the growth of the plant to breed, increase and perfect the quality and resist diseases. It doesn't pollute the environment at all. Besides, usage of this technique can decrease fertilizer and chemical drug used for farming, the technique can be used to produce green vegetables and satisfy the demand of social continuous development and has great social benefits.
The promotion growth device of plant audio frequency was designed with plant acoustic controlling technique principle in the paper in order to explore the relation of plant acoustic characteristic and its growth and make certain special frequency band of influence on growth plant, the device could play high power audio signal. The device was composed of microcontroller system, power amplifier and speaker system. The microcontroller system regarded newly-developed SPCE061A microcontroller of Taiwanese sunplus company as core, the wave was produced by two DAC channels, sunplus provides great convience for us in this way, throught using it, may deduce peripheral circuit, furthmore, it also provides good program condition for us. Audio function model was constructed in the software design, on this base; Sunplus math function was used to perform wave output. The 45W TA8225L power amplifier produced by TOSHIBA was adopted, which has high power, low distortion and low noise, it includes various kind of protectors a
nd the function of standy-by SW. besides, the functions of output short or over voltage detection and junction temperature monitor was involved. The T-1301 speaker produced by tempest electronics CO., LTD in Tianjin was adopted, which has wide frequency band, high sensitivity and low resonant frequency. The parameters of power amplifier and speaker were measured and calculated and the close box was designed through speaker parameters. The close box could meet the demand of design.
The experiment was carried out in horticulture station of northeast agriculture university. The device was utilized to deal with spinach. Two group fields researched A and compared B
was adopted. Nine appearance indexes of spinach were measured, compared and analyzed; the result indicated the signal produced by device could promote growth of plant.
引文
1 赵虎成，王伯初，蔡绍皙，席葆树．Effect of Sound Stimulation on the Lipid Physical States and Metabolism of Plasma Membrane from Chrysanthe mumCallus．植物学报．2002年，第44期：799-803
2 阳小成，王伯初，段传人，贾毅．声波刺激对猕猴桃愈伤组织ATP含量的影响．中国生物工程杂志，2003年，第五期：23
3 府旗中，王珍，孙盼杰．水稻种子对声波刺激的应激效应的实验研究．重庆大学学报．2003年，第9期：111-114
4 刘贻尧，王伯初，赵虎成，段传人．植物对环境应力刺激的生物学效应．生物技术通讯，2000年，第3期：219-222
5 张燕，迟小波，田卫东，刘权利．声肥技术在蔬菜云杉上的应用试验．科技论坛，1998年，第3期：14
6 周君．通过声波达到农产品增产．农业新闻，1993年7月24日
7 陈传强．植物声频控制技术及其应用．设施农业，2004年2月：29
8 董学清，刘海民．发展物理农业任重道远．青岛新华网，2003(7)
9 曹水轩等．扬声器及其系统．南京：江苏科技出版社，1991：1-58
10 陈衍洪，段静．视听音响设备．西安：西安电子科技大学出版社，1998：35-45
11 杜功焕等．声学基础．第2版．南京：南京大学出版社，2001：20-35
12 管善群．电声技术基础．北京：人民邮电出版社，1988：63-74
13 姜荫慈．现代音箱、扬声器的设计、调试与检修．北京：电子工业出版社，1996：25-36
14 罗亚非等．凌阳16位单片机应用基础．北京：北京航空航天大学出版社，2003：1-2
15 马大猷等．声学手册．北京：科学工业出版社，1987：1-10
16 山本武夫．扬声器系统(上)．王以真，张绍高译．北京：国防工业出版社，1984：15-20
17 山本武夫．扬声器系统(下)．王以真，张绍高译．北京：国防工业出版社，1986：15-30
18 王季卿．建筑厅堂音质设计．天津：天津科技出版社，2001：5-8
19 王嘉实等．声-音响心里与奥秘．北京：农村读物出版社，1993：5-12
20 王润礼．汽车扬声器技术及市场发展动态．电声技术，2002(1)：1-4
21 王以真．不知迷路为花开—关于扬声器失真的讨论之一．电声技术，1999(4)：1-3
22 王以真．曲有误，周郎顾—音乐、音响器材漫谈．音响世界，2000(9)：1-4
23 王以真．观水有术 必观其澜—B&W N801音箱评述．现代音箱技术，1999(11)：1-5
24 王以真．扬声器可以偏心吗．视听技术，2000(1)：1-4
25 王以真．片片飞来静又闲．视听技术，2002(2)：1-4
26 王以真．汽车扬声器的技术发展．电声技术，1992(4)：1-3
27 王以真．新松恨不高千尺—20世纪中国扬声器、音箱发展的回顾与对新世纪的展望．音箱世界，2000(4)：1-3
28 王以真．横看成岭侧成峰—从开口箱的阻抗曲线可以看到什么．现代音箱技术，2000(6)：1-5
29 王以真．软硬兼施 珠联璧合—音乐音响漫谈．电器沙龙，2001(4)：1-3
30 王以真．贵取绘意非传形—扬声器音质漫谈．现代音响技术，2001(9)：1-5
31 王以真．飘若游云 矫若惊龙—从Wilson Benesch Discovery看音响创新魅力．现代音响技术，2001(11)：1-4
32 王以真．其疾如风 其徐如林—谈音响器材的速度．高保真音响，2001(9)：1-3
33 王以真．歌尽桃花扇底风—音乐、音响漫谈．音响世界，2002(3)：1-3
34 王以真．新知培养转深沉—从何氏音箱谈到Thiel音箱．视听前线，2001(8)：1-5
35 王以真．渣滓全空一世无—漫谈扬声器的失真．视听前线，2002(3)：1-5
36 薛钧义，张彦斌．凌刚十六位单片机原理及应用．北京：航空航天大学，2002(2)：1-185
37 张庆双．音响设计与制作400例．北京：人民邮电出版社，2000：1-50
38 张银花．音箱业余设计与制作．北京：人民邮电出版社，1991：23-84
39 张金泉．对扬卢器Xmax的讨论．电卢技术，2000(4)：1-4
40 赵其昌．薄板的弯曲振动．电声技术，2001(11)：1-3
41 朱人刚．发烧音响．上海：上海音乐出版社，2000：1-30
42 朱国春．电动式低频扬卢器单体在大信号工作状态下的分析．电声技术，2002(6)：1-5
43 Dwar J Foster. SACD&DVD-Audio: The Race, Audio Video International, Nov. 1999: No2-No9
44 M Collons. High Performance Loudspeakers, Fourth Edition. Halstend Press, Aug. 1999: No4-No17
45 Daniel Kumin. Get Back Turntable Revisited, StereoReview, Jun. 1999:No35-No50
46 Daniel Kumin. The Art Of listening, StereoReview, Mar. 1997: No17-No24
47 Daniel Kumin. How To Audio Speakers, StereoReview, Sep. 1998: No1-No8
48 David Ranada. The Upgrade Grame, StereoReview, Oct. 1995: No27-No35
49 Howare Ferstler. Critical Listening, StereoReview, Dec. 1995: No14-No34
50 Floyd E Toole. Listening Room Acoustics, StereoReview, July. 1997:No12-No23
51 Alen Koebel. Display Technologies For High-Definition Home Theatre, The Perfect Vision Apr. 1999 : No2-No7
52 Gary Ameni. Cable Goes Digital, StereoReview's, Sound&Vision, Nov. 1999:No3-No9
53 Michael Antonoff. Wired, Stereo Review's Sound&Vision, Sep. 1999: No1-No5
54 Robert Harley. The Complete Guide To High-End Audio. Nov. 1998: No4-No16
55 Acohen. Audio Technology Fundaments. Sams. 1999: No18-No34
56 John Watkinson. The Art Of Sound Reproduction. Focal Press. 1998: No14-No20
57 King GJ. The Practical Hi-Fi Handbook. London:Odhms Rress Limited, 1998: No23-No35
58 Dickason V. Loudspeaker Design Cookbook. 4. Peterborough: Audio Amateur Press, 1996: No1-No27
59 Tomlinson Holman. Sound For Film And Television. Local Press. 1997: No19-No27
2 阳小成，王伯初，段传人，贾毅．声波刺激对猕猴桃愈伤组织ATP含量的影响．中国生物工程杂志，2003年，第五期：23
3 府旗中，王珍，孙盼杰．水稻种子对声波刺激的应激效应的实验研究．重庆大学学报．2003年，第9期：111-114
4 刘贻尧，王伯初，赵虎成，段传人．植物对环境应力刺激的生物学效应．生物技术通讯，2000年，第3期：219-222
5 张燕，迟小波，田卫东，刘权利．声肥技术在蔬菜云杉上的应用试验．科技论坛，1998年，第3期：14
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18 王季卿．建筑厅堂音质设计．天津：天津科技出版社，2001：5-8
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22 王以真．曲有误，周郎顾—音乐、音响器材漫谈．音响世界，2000(9)：1-4
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24 王以真．扬声器可以偏心吗．视听技术，2000(1)：1-4
25 王以真．片片飞来静又闲．视听技术，2002(2)：1-4
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27 王以真．新松恨不高千尺—20世纪中国扬声器、音箱发展的回顾与对新世纪的展望．音箱世界，2000(4)：1-3
28 王以真．横看成岭侧成峰—从开口箱的阻抗曲线可以看到什么．现代音箱技术，2000(6)：1-5
29 王以真．软硬兼施 珠联璧合—音乐音响漫谈．电器沙龙，2001(4)：1-3
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31 王以真．飘若游云 矫若惊龙—从Wilson Benesch Discovery看音响创新魅力．现代音响技术，2001(11)：1-4
32 王以真．其疾如风 其徐如林—谈音响器材的速度．高保真音响，2001(9)：1-3
33 王以真．歌尽桃花扇底风—音乐、音响漫谈．音响世界，2002(3)：1-3
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39 张金泉．对扬卢器Xmax的讨论．电卢技术，2000(4)：1-4
40 赵其昌．薄板的弯曲振动．电声技术，2001(11)：1-3
41 朱人刚．发烧音响．上海：上海音乐出版社，2000：1-30
42 朱国春．电动式低频扬卢器单体在大信号工作状态下的分析．电声技术，2002(6)：1-5
43 Dwar J Foster. SACD&DVD-Audio: The Race, Audio Video International, Nov. 1999: No2-No9
44 M Collons. High Performance Loudspeakers, Fourth Edition. Halstend Press, Aug. 1999: No4-No17
45 Daniel Kumin. Get Back Turntable Revisited, StereoReview, Jun. 1999:No35-No50
46 Daniel Kumin. The Art Of listening, StereoReview, Mar. 1997: No17-No24
47 Daniel Kumin. How To Audio Speakers, StereoReview, Sep. 1998: No1-No8
48 David Ranada. The Upgrade Grame, StereoReview, Oct. 1995: No27-No35
49 Howare Ferstler. Critical Listening, StereoReview, Dec. 1995: No14-No34
50 Floyd E Toole. Listening Room Acoustics, StereoReview, July. 1997:No12-No23
51 Alen Koebel. Display Technologies For High-Definition Home Theatre, The Perfect Vision Apr. 1999 : No2-No7
52 Gary Ameni. Cable Goes Digital, StereoReview's, Sound&Vision, Nov. 1999:No3-No9
53 Michael Antonoff. Wired, Stereo Review's Sound&Vision, Sep. 1999: No1-No5
54 Robert Harley. The Complete Guide To High-End Audio. Nov. 1998: No4-No16
55 Acohen. Audio Technology Fundaments. Sams. 1999: No18-No34
56 John Watkinson. The Art Of Sound Reproduction. Focal Press. 1998: No14-No20
57 King GJ. The Practical Hi-Fi Handbook. London:Odhms Rress Limited, 1998: No23-No35
58 Dickason V. Loudspeaker Design Cookbook. 4. Peterborough: Audio Amateur Press, 1996: No1-No27
59 Tomlinson Holman. Sound For Film And Television. Local Press. 1997: No19-No27