專利名稱：一種植物測微自動化灌溉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微位移測量和灌溉儀設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種植物測微自動化灌 溉儀。
背景技術(shù)：
植物測微技術(shù)是對反映植物生長狀態(tài)的莖干直徑或果實(shí)線度進(jìn)行實(shí)時持續(xù)地高 精度測量，然后對測量記錄進(jìn)行分析，得出植物生長的各類生理參數(shù)，從而研究同種植物一 個時間段的生長情況和影響不同植物生長的因素和條件。隨著智能化電子產(chǎn)品的逐漸發(fā) 展，這種技術(shù)也開始得到越來越多的關(guān)注。目前現(xiàn)有的灌溉儀指導(dǎo)方法有水分平衡法、水分張力測量法等，基本是根據(jù)土壤 的濕度與氣候條件來決定是否進(jìn)行灌溉，這類方法不能準(zhǔn)確全面地反映土壤的干旱狀況， 比如，在植物根部所在區(qū)域不同時，測量出來的土壤的濕度可能有很大的差別，從而導(dǎo)致灌 溉儀做出錯誤的判斷。因此，考慮將植物測微技術(shù)應(yīng)用于灌溉領(lǐng)域具有很大的理論和實(shí)用價值。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種植物測微自動 化灌溉儀，其檢測準(zhǔn)確、使用方便。本實(shí)用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種植物測微自動化灌溉儀，包括 控制裝置、計算機(jī)、電源、LVDT傳感器、信號變送器和AD轉(zhuǎn)換器，計算機(jī)、電源和AD轉(zhuǎn)換器 均通過接口與控制裝置相連，電源通過電源接口對控制裝置、計算機(jī)供電，多組LVDT傳感 器與信號變送器分別一一對應(yīng)連接，各個信號變送器分別與AD轉(zhuǎn)換器相連，各個LVDT傳感 器設(shè)置于各株植物的莖干處，控制裝置與外界水泵電機(jī)通過用于控制水泵電機(jī)開閉的裝置 連接。作為優(yōu)選，所述控制裝置以單片機(jī)為核心，定時采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存至計算機(jī) 中。所述AD轉(zhuǎn)換器與1-8個信號變送器連接。所述LVDT傳感器測量范圍在0-10毫米時，最小分辨率為10微米。所述電源為220V交流供電或蓄電池供電。所述計算機(jī)和控制裝置之間的通訊接口采用RS232接口。所述計算機(jī)采用基于RAM9的嵌入式計算機(jī)。所述用于控制水泵電機(jī)開閉的裝置為接觸器或固態(tài)繼電器。本實(shí)用新型的基本原理是生長期植物器官體積或莖干直徑隨時間日周期變化， 通過測量這種變化并分析得出植物生長的生理參數(shù)可以判斷植物是否處于干旱狀態(tài)。首 先，將多個LVDT傳感器分別設(shè)置于多株植物莖干處，當(dāng)植物生長變化時，會使LVDT傳感器 內(nèi)的鐵心產(chǎn)生一個位移，從而輸出一個電壓信號至信號變送器，信號變送器通過接口將該電壓信號傳送至AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器將接收到的多個測量通道傳來的數(shù)據(jù)傳送至控制裝 置，控制裝置將數(shù)據(jù)保存到電子硬盤中，并分析得出植物生長的生理參數(shù)，再與設(shè)置的植物 生長生理參數(shù)的臨界值進(jìn)行比對，來判斷植物是否處于干旱狀態(tài)，如果處于干旱狀態(tài)則發(fā) 出澆灌指令至用于控制水泵電機(jī)開閉的裝置，開啟水泵電機(jī)，實(shí)現(xiàn)灌溉。同時可在計算機(jī)中 查看和分析植物生長情況。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、本實(shí)用新型通過直接測量植物莖干直徑來實(shí)現(xiàn)自動灌溉，既包含了氣候條件的 水分平衡法，又包含了土壤水分狀況的土壤水勢法，能精確地反應(yīng)植物自身對水分需求。2、本實(shí)用新型采用LVDT傳感器和AD698芯片相結(jié)合實(shí)現(xiàn)變送功能，測量精度高。3、本實(shí)用新型將植物測微技術(shù)應(yīng)用于灌溉領(lǐng)域，具有很大的理論和實(shí)用價值。

圖1是正常生長期植物的莖干直徑隨時間日周期的變化示意圖；圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型中LVDT傳感器測量原理圖；圖4是本實(shí)用新型中信號變送器結(jié)構(gòu)原理圖；圖5是本實(shí)用新型中自動灌溉控制外接電路的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施 方式不限于此。實(shí)施例1如圖1所示，植物莖干的直徑隨著時間日周期發(fā)生變化，圖中兩個峰值或谷值之 間的時間間隔為M小時。由于白天植物葉片水分的蒸騰大于根的吸收，植物體內(nèi)水流失， 所以植物莖干直徑變?。灰归g植物葉片水分的蒸騰小于根的吸收，植物莖干直徑變大。正常 生長期的植物，其莖干直徑隨時間呈波浪狀增大，即第二天的峰值大于第一天的峰值，但在 干旱狀態(tài)下，即使在土壤其它條件(環(huán)境溫度、空氣濕度、光照、土壤中的養(yǎng)分等)不變的情 況下，由于植物體內(nèi)白天被流失的水分在晚上得不到及時補(bǔ)充，會導(dǎo)致植物莖干直徑不能 按時恢復(fù)，甚至隨時間呈波浪狀變小。所以通過測量如圖中所示的植物器官線度的日凈增 長量(DG)，植物器官線度日完全復(fù)原所需時間(RT)，植物器官線度日最大收縮量(MDS)等 生理參數(shù)即可判斷植物是否處于干旱狀態(tài)。本實(shí)用新型即是根據(jù)這一原理來實(shí)現(xiàn)自動灌溉 的。如圖2所示，本實(shí)用新型根據(jù)上述原理設(shè)計的一種植物測微自動化灌溉儀，包括 控制裝置、計算機(jī)、電源、LVDT傳感器、信號變送器和AD轉(zhuǎn)換器，計算機(jī)、電源和AD轉(zhuǎn)換器 均通過接口與控制裝置相連，電源通過電源接口對控制裝置、計算機(jī)供電，多組LVDT傳感 器與信號變送器分別一一對應(yīng)連接，各個信號變送器分別與AD轉(zhuǎn)換器相連，各個LVDT傳感 器設(shè)置于各株植物的莖干處，控制裝置與外界水泵電機(jī)通過用于控制水泵電機(jī)開閉的裝置 連接。所述控制裝置以單片機(jī)為核心，定時采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存至計算機(jī)中。[0029]所述AD轉(zhuǎn)換器與8個信號變送器連接。所述電源為220V交流供電。所述計算機(jī)和控制裝置之間的通訊接口采用RS232接口。所述計算機(jī)采用基于RAM9的嵌入式計算機(jī)。所述LVDT傳感器測量范圍在0 10毫米時，最小分辨率為10微米。如圖3所示，圖中的圓圈是植物莖干的剖面，植物莖干以左邊的虛線為固定端， LVDT以右邊的虛線為固定端。植物莖干直徑收縮或膨脹，將推動鐵心位置移動，導(dǎo)致差動變 壓器的輸出電壓變化。即變壓器的輸出電壓變化直接反映了莖干直徑的變化。如圖4所示，本實(shí)施例中采用AD698芯片來實(shí)現(xiàn)信號變送功能，AD698芯片內(nèi)部 晶振和參考電壓源及外部元件組成正弦輸出源，經(jīng)放大器放大輸出頻率和電壓恒定的正弦 波，送到LVDT的原邊，同時送到B運(yùn)放，LVDT的差動輸出電壓送到A運(yùn)放，進(jìn)行比值放大， 整形、濾波后變?yōu)橹绷鬏敵?，這樣消除了頻率和幅度變化的影響。如圖5所示，所述用于控制水泵電機(jī)開閉的裝置為接觸器。當(dāng)控制裝置根據(jù)植物 器官線度的日凈增長量，植物器官線度日完全復(fù)原所需時間，植物器官線度日最大收縮量 等生理參數(shù)的臨界值發(fā)出需要灌溉的指令后，會打開接觸器，接通線路，然后控制水泵電機(jī) 開始工作，完成灌溉。本實(shí)用新型的基本原理是生長期植物器官體積或莖干直徑隨時間日周期變化， 通過測量這種變化并分析得出植物生長的生理參數(shù)可以判斷植物是否處于干旱狀態(tài)。首 先，將多個LVDT傳感器分別設(shè)置于多株植物莖干處，當(dāng)植物生長變化時，會使LVDT傳感器 內(nèi)的鐵心產(chǎn)生一個位移，從而輸出一個電壓信號至信號變送器，信號變送器通過接口將該 電壓信號傳送至AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器將接收到的多個測量通道傳來的數(shù)據(jù)傳送至控制裝 置，控制裝置將數(shù)據(jù)保存到電子硬盤中，并分析得出植物生長的生理參數(shù)，再與設(shè)置的植物 生長生理參數(shù)的臨界值進(jìn)行比對，來判斷植物是否處于干旱狀態(tài)，如果處于干旱狀態(tài)則發(fā) 出澆灌指令至用于控制水泵電機(jī)開閉的裝置，開啟水泵電機(jī)，實(shí)現(xiàn)灌溉。同時可在計算機(jī)中 查看和分析植物生長情況。實(shí)施例2本實(shí)施例除下述特征外其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1 所述AD轉(zhuǎn)換器與1個信號變送器連接。所述電源為蓄電池供電。 所述用于控制水泵電機(jī)開閉的裝置為固態(tài)繼電器。實(shí)施例3本實(shí)施例除下述特征外其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1 所述AD轉(zhuǎn)換器與2個信號變送器連接。上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述 實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種植物測微自動化灌溉儀，其特征在于，包括控制裝置、計算機(jī)、電源、LVDT傳感 器、信號變送器和AD轉(zhuǎn)換器，計算機(jī)、電源和AD轉(zhuǎn)換器均通過接口與控制裝置相連，電源通 過電源接口對控制裝置、計算機(jī)供電，多組LVDT傳感器與信號變送器分別一一對應(yīng)連接， 各個信號變送器分別與AD轉(zhuǎn)換器相連，各個LVDT傳感器設(shè)置于各株植物的莖干處，控制裝 置與外界水泵電機(jī)通過用于控制水泵電機(jī)開閉的裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物測微自動化灌溉儀，其特征在于，所述控制裝置以單片 機(jī)為核心，定時采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存至計算機(jī)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物測微自動化灌溉儀，其特征在于，所述LVDT傳感器測量 范圍在0 10毫米時，最小分辨率為10微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物測微自動化灌溉儀，其特征在于，所述電源為220V交流 供電或蓄電池供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的植物測微自動化灌溉儀，其特征在于，所述計算機(jī)和控制裝 置之間的通訊接口采用RS232接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的植物測微自動化灌溉儀，其特征在于，所述計算機(jī)采用基于 RAM9的嵌入式計算機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物測微自動化灌溉儀，其特征在于，所述用于控制水泵電 機(jī)開閉的裝置為接觸器或固態(tài)繼電器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物測微自動化灌溉儀，其特征在于，所述AD轉(zhuǎn)換器與1-8 個信號變送器連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種植物測微自動化灌溉儀，包括控制裝置、計算機(jī)、電源、LVDT傳感器、信號變送器和AD轉(zhuǎn)換器，計算機(jī)、電源和AD轉(zhuǎn)換器均通過接口與控制裝置相連，電源通過電源接口對控制裝置、計算機(jī)供電，多組LVDT傳感器與信號變送器分別一一對應(yīng)連接，各個信號變送器分別與AD轉(zhuǎn)換器相連，各個LVDT傳感器設(shè)置于各株植物的莖干處，控制裝置與外界水泵電機(jī)通過用于控制水泵電機(jī)開閉的裝置連接。本實(shí)用新型采用植物生長的生理參數(shù)作為進(jìn)行自動灌溉的指標(biāo)，且裝置中采用LVDT傳感器和AD698芯片相結(jié)合實(shí)現(xiàn)變送功能，測量精度高。本實(shí)用新型將植物測微技術(shù)應(yīng)用于灌溉領(lǐng)域，具有很大的理論和實(shí)用價值。
文檔編號A01G25/16GK201898768SQ201020614700

公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者夏小鵬, 彭同明, 李紹華, 李紹新, 桂紹勇 申請人:中國科學(xué)院植物研究所, 華南理工大學(xué), 武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院