專利名稱：作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
植被長勢、營養(yǎng)等信息能夠反映在光譜反射率上，利用作物冠層葉片的反射光譜 可以檢測作物冠層葉片的葉綠素含量或氮素含量，進(jìn)而判斷作物長勢。歸一化差值植被指 數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,以下簡稱NDVI)是可見光與近紅外兩波 段處的反射率歸一化比值。NDVI —方面反映植被光合作用的有效輻射吸收情況；另一方面 能夠反映作物群體大小、健康程度情況，是目前應(yīng)用最為廣泛的植被指數(shù)。
作物冠層的光譜反射率測量儀器，主要包括光學(xué)系統(tǒng)和電子系統(tǒng)。目前這些儀器 中，有些采用光學(xué)系統(tǒng)與電子系統(tǒng)一體化的設(shè)計方式，有些采用通過電纜連接光學(xué)系統(tǒng)與 電子系統(tǒng)的分體式設(shè)計。 一體化設(shè)計的光譜反射率測量儀器便攜性能差，研究人員需背負(fù) 沉重的儀器在田間進(jìn)行測量。而通過電纜連接的分體式光譜反射率測量儀器，不僅會使光 電傳感器的輸出電信號衰減，影響測量結(jié)果的可靠性，而且電纜連接的測量儀器不便于田 間的測試操作。因此，現(xiàn)有作物冠層的光譜反射率測量儀器，不能同時滿足測量結(jié)果可靠且 便于攜帶的測量需求，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的應(yīng)用受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，能同時滿足測量準(zhǔn)確且便于攜帶的田間
測量需求，實(shí)現(xiàn)了同時測量多個作物植被指數(shù)的目的。 本發(fā)明實(shí)施例提供一種作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，包括 至少一個傳感裝置，用于測量作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng) 度，并將所述作物冠層反射光的強(qiáng)度和所述作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，通過無線通信鏈 路發(fā)送給控制裝置； 所述控制裝置，用于通過所述無線通信鏈路接收所述傳感裝置發(fā)送的所述作物冠 層反射光的強(qiáng)度和所述作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，并根據(jù)所述作物冠層反射光的強(qiáng)度和 所述作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，計算所述作物的植被指數(shù)；所述傳感裝置與所述控制裝 置組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。 在上述方案基礎(chǔ)上，所述傳感裝置包括光學(xué)通道，用于分別采集作物冠層反射光 和作物冠層太陽輻射光；光電轉(zhuǎn)換電路，與所述光學(xué)通道連接，用于將所述光學(xué)通道采集到 的所述作物冠層反射光轉(zhuǎn)換為反射光電壓信號并進(jìn)行放大處理，將所述光學(xué)通道采集到的 所述作物冠層太陽輻射光轉(zhuǎn)換成太陽光電壓信號并進(jìn)行放大處理；無線發(fā)射電路，與所述 光電轉(zhuǎn)換電路連接，用于分別將經(jīng)過放大處理的所述反射光電壓信號和所述太陽光電壓信 號發(fā)送給所述控制裝置。 在上述方案基礎(chǔ)上，所述光學(xué)通道包括第一光學(xué)通道、第二光學(xué)通道、第三光學(xué)通 道和第四光學(xué)通道；第一光學(xué)通道，用于測量所述作物冠層反射光中紅光波段；第二光學(xué)通道用于測量所述作物冠層反射光中近紅外波段；第三光學(xué)通道用于測量作物冠層太陽輻射光中紅光波段；第四光學(xué)通道用于測量作物冠層太陽輻射光中近紅外波段。
本發(fā)明作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，傳感裝置測量到作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度后，通過無線通信方式發(fā)送將測量結(jié)果發(fā)送給控制裝置?？刂蒲b置對測量結(jié)果進(jìn)行計算得出作物的植被指數(shù)?？刂蒲b置與傳感裝置通過無線方式短距離通信，控制裝置接收到的測量結(jié)果可靠性高。使用本發(fā)明作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)對作物植被指數(shù)測量時，只需將重量輕的傳感裝置設(shè)置于作物生長的田間，測量作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度；用戶不需要攜帶沉重的儀器在田間操作，即可從位于遠(yuǎn)端的控制裝置中直接獲取控制裝置計算出的作物植被指數(shù)。并且，本發(fā)明控制裝置可與多個傳感裝置通信，因此可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時測量多個作物植被指數(shù)的目的。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2a為圖1中傳感裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2b為圖2a中光學(xué)通道結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2c為圖2a中光學(xué)通道剖面示意圖； 圖2d為圖2a中光電轉(zhuǎn)換電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2e為圖2a的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2f為圖2a所示傳感裝置的工作流程圖； 圖3a為圖1中控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3b為圖3a所示控制裝置的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。 以下實(shí)施例中以測量作物的NDVI值為例，對本發(fā)明作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)進(jìn)行說明。本發(fā)明采用分體設(shè)計方法將采集作物光譜指數(shù)的傳感裝置，與根據(jù)傳感裝置采集到的光譜指數(shù)計算作物植被指數(shù)的控制裝置，設(shè)置在不同的地理位置上，并使傳感裝置和控制裝置之間通過無線通信方式傳輸數(shù)據(jù)。 圖1為本發(fā)明作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實(shí)施例包括至少一個傳感裝置10和控制裝置11。其中，圖1中傳感裝置與控制裝置組成了星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但不僅限于此結(jié)構(gòu)。 傳感裝置IO用于測量作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，并將作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，通過無線通信方式發(fā)送給控制裝置；控制裝置11用于通過無線通信方式接收傳感裝置發(fā)送的作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，并根據(jù)作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，計算作物的植被指數(shù)。 具體地，傳感裝置10可布設(shè)于作物冠層的上方，分別測量作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，并將測量結(jié)果通過無線通信方式發(fā)送給控制裝置11?？刂蒲b置11通過無線通信方式接收到各傳感裝置10發(fā)送的測量數(shù)據(jù)后，通過作物冠層作物植被指數(shù)計算方法，計算出作物的植被指數(shù)。 可分別在傳感裝置IO和控制裝置11中設(shè)置無線通信模塊，例如，紫峰(Zigbee)通信模塊，使傳感裝置10和控制裝置11組成Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)。Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可為星形、樹狀和網(wǎng)狀等結(jié)構(gòu)。控制裝置11可實(shí)現(xiàn)與多個傳感裝置10的通信。傳感裝置10和控制裝置11可分別視為Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器，1個Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)只能包含1個協(xié)調(diào)器，但可容納最多65535個節(jié)點(diǎn)。ZigBee協(xié)議采用的是全球通用的2. 4GHz的ISM頻段，最大傳輸速率為250Kb/s，適用于數(shù)據(jù)量較小的傳感數(shù)據(jù)采集與傳輸。控制裝置開始工作后構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，隨后多個傳感裝置加入。
本發(fā)明作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，傳感裝置測量到作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度后，通過無線通信方式發(fā)送將測量結(jié)果發(fā)送給控制裝置?？刂蒲b置對測量結(jié)果進(jìn)行計算得出作物的植被指數(shù)?？刂蒲b置與傳感裝置通過無線方式短距離通信，控制裝置接收到的測量結(jié)果可靠性高。使用本發(fā)明作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)對作物植被指數(shù)測量時，只需將重量輕的傳感裝置設(shè)置于作物生長的田間，測量作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度；用戶不需要攜帶沉重的儀器在田間操作，即可從位于遠(yuǎn)端的控制裝置中直接獲取控制裝置計算出的作物植被指數(shù)。并且，本發(fā)明控制裝置可與多個傳感裝置通信，因此可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時測量多個作物植被指數(shù)的目的。 圖2a為圖1中傳感裝置的結(jié)構(gòu)框圖，如圖2a所示，圖1中傳感裝置10包括光學(xué)通道101、光電轉(zhuǎn)換電路102和第一無線通信模塊103。 光學(xué)通道101用于分別采集作物冠層反射光和作物冠層太陽輻射光；光電轉(zhuǎn)換電路102與光學(xué)通道連接，用于將光學(xué)通道采集到的作物冠層反射光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為反射光電壓信號并進(jìn)行放大處理，將光學(xué)通道采集到的作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成太陽光電壓信號并進(jìn)行放大處理；第一無線通信模塊103與光電轉(zhuǎn)換電路連接，用于分別將經(jīng)過放大處理的反射光電壓信號和太陽光電壓信號，通過Zigbee無線通信鏈路發(fā)送給控制裝置。其中，傳感裝置IO通過第一無線通信模塊103，與控制裝置組成Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
以下首先對傳感裝置的光學(xué)通道101進(jìn)行說明 傳感裝置10中的光學(xué)通道101包括四個光學(xué)通道，分別為第一光學(xué)通道、第二光學(xué)通道、第三光學(xué)通道和第四光學(xué)通道。其中，第一光學(xué)通道用于采集作物冠層反射光中紅光波段的強(qiáng)度；第二光學(xué)通道用于采集所述作物冠層反射光中近紅外波段的強(qiáng)度；第三光學(xué)通道用于采集作物冠層太陽輻射光中紅光波段的強(qiáng)度；第四光學(xué)通道用于采集作物冠層太陽輻射光中近紅外波段的強(qiáng)度。 其中，反射光電壓信號包括經(jīng)過第一光學(xué)通道的反射光紅光波段的強(qiáng)度所對應(yīng)的電壓信號，和經(jīng)過第二光學(xué)通道的反射光近紅外波段的強(qiáng)度所對應(yīng)的電壓信號；太陽光電
6壓信號包括經(jīng)過第三光學(xué)通道的太陽光紅光波段的強(qiáng)度所對應(yīng)的電壓信號，和經(jīng)過第四光學(xué)通道的太陽光近紅外波段的強(qiáng)度所對應(yīng)的電壓信號。 圖2b為圖2a中光學(xué)通道結(jié)構(gòu)示意圖，圖2c為圖2a中光學(xué)通道剖面示意圖。如圖2b和圖2c所示，各光學(xué)通道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致，以第一光學(xué)通道為例，第一光學(xué)通道包括4個分體的圓筒狀部分，且通過螺紋26連接而成。4個分體的圓筒狀部分包括在通道內(nèi)部依次設(shè)置的光學(xué)窗口 21、濾光片22、凸透鏡23和光學(xué)探測器24等四個光學(xué)元件。各光學(xué)元件之間增加了墊圈作為保護(hù)，以確保密封性好且易拆卸，有效消除雜散光的影響。紅光通道(第一光學(xué)通道、第三光學(xué)通道)與近紅外通道(第二光學(xué)通道、第四光學(xué)通道)的區(qū)別在于濾光片的中心波長與光電探測器的感應(yīng)材料不同。 為避免太陽光角度對測量結(jié)果的影響，第三光學(xué)通道和第四光學(xué)通道，分別采用平凸式乳白漫反射片作為光學(xué)窗口。平凸式乳白漫射片的入射面為凸面，擴(kuò)大了對太陽光檢測的視角，出射面為漫透射平面。第一光學(xué)通道的光學(xué)窗口采用由K9材料制成的光學(xué)光學(xué)玻璃平面窗作為光學(xué)窗口。因?yàn)椋琄9材料在紅光波段的透過率為90X，雖然略低于石英玻璃的93%，但成本比石英玻璃低很多。在近紅外1220nm波段左右，K9玻璃的透過率比石英玻璃低很多。因此，第二光學(xué)通道的光學(xué)窗口的材料為石英玻璃。另外，光學(xué)通道的外壁為硬鋁材質(zhì)，通過車床加工而成，重量輕且硬度高。 本發(fā)明綜合考慮了小麥、玉米、水稻等作物的生長形態(tài)，設(shè)計了合適的光學(xué)視場角，通過凸透鏡對相對微弱的作物冠層反射光聚光后再進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。選取了靈敏度高的PIN型Si光電二極管與InGaAs光電二極管，分別作為紅光(第一光學(xué)通道、第三光學(xué)通道)和近紅外光(第二光學(xué)通道、第四光學(xué)通道)的光電探測器，對光照強(qiáng)度進(jìn)行測量，進(jìn)一步提高光學(xué)探測部分的靈敏度，保證了測量精度。 本發(fā)明實(shí)施例針對冬小麥植被指數(shù)的測量，紅光波段選擇了 620nm，近紅外波段選擇了 1220nm。因此，紅光通道采用中心波長為620nm的濾光片，光電探測器為PIN型Si光電二極管，近紅外通道采用中心波長為1220nm的濾光片，光電探測器為InGaAs光電二極管。由于不同作物之間，甚至是同一作物不同品種之間，作物反射光譜的敏感波段都有所不同，而不同敏感波段處的反射率以及各光學(xué)通道得到的反射光強(qiáng)也有所不同，作物長勢的預(yù)測模型也將有所差別。為了能針對其他作物或品種獲得其靈敏波段的植被指數(shù)，提高作物長勢的預(yù)測精度，可通過更換各光學(xué)通道內(nèi)濾光片的方法來獲得不同敏感波段處的植被指數(shù)。并且，光學(xué)通道螺紋連接的設(shè)計也有效地保證了光學(xué)元件更換的便捷性，提高了本發(fā)明中傳感裝置的通用性。 以下對傳感裝置的電路部分進(jìn)行說明 傳感裝置10中的光電轉(zhuǎn)換電路102具有一放大電路，該放大電路如圖2d所示，圖2d為圖2a中光電轉(zhuǎn)換電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。二極管工作在反向偏置狀態(tài)，4為偏置電壓，前置放大器采用CMOS型零漂移系列的運(yùn)算放大器0PA333。從光學(xué)通道中的光電探測器輸出的電流信號非常微弱(微安級)，經(jīng)R。轉(zhuǎn)化為電壓信號后通過放大器進(jìn)一步放大。微弱的輸入信號要求高品質(zhì)的放大元件，0PA333具有很低的失調(diào)電壓(2iiV)，能有效提高測量的靈敏度、低偏置電壓(最大10yV)、低偏置電流(最大200pA)、超低功耗(靜態(tài)電流17 ii A) 、3 5V單極性供電等特點(diǎn)，可與第一無線通信模塊103共用同一電源調(diào)理芯片。反饋電阻&采用可變電阻，可根據(jù)各通道信號的強(qiáng)弱調(diào)整放大倍數(shù)，放大倍數(shù)等于R乂R。。
圖2e為圖2a的電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2b、圖2d和圖2e所示，當(dāng)使用傳感裝置測量作物冠層的反射光譜和輻射作物的太陽光時，將傳感裝置被垂直放置在作物冠層的上方20cm左右處，進(jìn)入光學(xué)通道的光線強(qiáng)度被光學(xué)探測器24 (例如，光電二極管)轉(zhuǎn)換成電流信號，先經(jīng)放電電路放大、再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓信號后，經(jīng)第一無線通信模塊103 (采用具有RF射頻功能的JN5139芯片)發(fā)送至控制裝置。傳感裝置IO的工作過程，具體參見圖2f所示，圖2f為圖2a所示傳感裝置的工作流程圖。傳感裝置作為測定系統(tǒng)的終端，其特點(diǎn)是可進(jìn)入休眠模式(作為路由的傳感裝置不能進(jìn)入休眠)，休眠模式下的工作電流低至1. 3 i！ A。傳感裝置具體的工作過程是程序啟動初始化后打開定時器，隨即進(jìn)入休眠模式，當(dāng)時鐘溢出時產(chǎn)生中斷，確認(rèn)定時完成后即開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、發(fā)送，然后再次打開定時器?？蓪⒍〞r器設(shè)置為ls，使傳感裝置每隔ls傳送1組數(shù)據(jù)至控制裝置。
本發(fā)明作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)的傳感裝置，通過四個光學(xué)通道，可同時采集作物冠層反射光紅光波段的強(qiáng)度、作物冠層反射光近紅外波段的強(qiáng)度、作物冠層太陽輻射光紅光波段的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光近紅外波段的強(qiáng)度。且光學(xué)通道外殼由4個分體的圓筒狀部分通過螺紋連接而成，使得光通道內(nèi)部的光學(xué)元件便于拆卸和更換。采用平凸式乳白漫透射片作為光學(xué)窗口作為采集經(jīng)太陽光的光學(xué)窗口，減輕了太陽光角度對測量結(jié)果的影響。另外，采用凸透鏡對相對微弱的作物冠層反射光聚光，進(jìn)一步提高光學(xué)探測部分的靈敏度，保證了測量精度。傳感裝置采用低功耗ZigBee作為無線通信模塊，在非工作時可處于休眠模式。 圖3a為圖1中控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3a所示，圖1中控制裝置11包括第二無線通信模塊111、顯示模塊112和計算模塊113。 第二無線通信模塊111用于接收來自第一無線通信模塊的反射光電壓信號和太陽光電壓信號；反射光電壓信號和太陽光電壓信號，為傳感裝置中光學(xué)探測器測得的電壓值。顯示模塊112與第一無線通信模塊連接用于顯示反射光電壓信號和太陽光電壓信號；計算模塊113與第二無線通信模塊連接，用于根據(jù)反射光電壓信號和太陽光電壓信號，計算作物的植被指數(shù)；顯示模塊112還與計算模塊連接，用于顯示作物的植被指數(shù)。
在上述方案基礎(chǔ)上，控制裝置還包括存儲模塊。存儲模塊與計算模塊連接的，用于存儲作物的植被指數(shù)；存儲模塊還與第二通信模塊連接，用于存儲反射光電壓信號和太陽光電壓信號。 計算模塊113計算作物的植被指數(shù)前，需先對標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行標(biāo)定測量。已知標(biāo)準(zhǔn)白板的NDVI值為O，對白板進(jìn)行標(biāo)定可以獲得傳感裝置的光學(xué)特性參數(shù)k，k反映了傳感裝置中光學(xué)通道的特性，穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng)中，k應(yīng)該為一個恒定常數(shù)。傳感裝置中四個光學(xué)通道的電壓值依次為UJ (作物冠層反射光中紅光波段)，U^'(作物冠層反射光中近紅外波段)，UK'(作物冠層太陽輻射光中紅光波段)，UIK'(作物冠層太陽輻射光中近紅外波段)，計算k公式如公式l所示<formula>formula see original document page 8</formula> 作物植被指數(shù)NDVI的計算公式如公式2所示<formula>formula see original document page 8</formula>
通過對特定作物特定生長周期的冠層光譜指數(shù)測量，可以進(jìn)一步建立基于NDVI指數(shù)值的葉綠素含量C的指數(shù)曲線預(yù)測方程
C = fleWMW (公式3) 其中Imvi為NDVI植被指數(shù)，a，b均為常數(shù)，大小因不同作物、不同種類以及不同測量周期等而異，具體數(shù)值由標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲得。 傳感裝置快速重復(fù)采集20次光學(xué)通道的測量值，對20個測量值取平均值后發(fā)送給控制裝置ll。從而減少了測量結(jié)果的隨機(jī)誤差，使測量結(jié)果更可靠?？刂蒲b置上集成了LCD顯示器，除了能顯示傳感裝置中4個光學(xué)通道的測量值外，還能實(shí)時顯示計算后得到的NDVI植被指數(shù)及植被營養(yǎng)狀態(tài)的建議。 具體地，第二無線通信模塊111可采用JN5139芯片。可利用JN5139芯片的UART接口 、通用數(shù)字I/O 口 ，為控制裝置11提供液晶顯示設(shè)備、鍵盤、串行設(shè)備等外設(shè)。另外，還可利用JN5139芯片的Flash閃存，存儲由傳感裝置10采集到的數(shù)據(jù)。每采集一次數(shù)據(jù)，四個光學(xué)探測器測得的電壓值和計算得出的k值、NDVI值連同測量順序號按一定的格式共同存入Flash中。再通過串口將Flash中的數(shù)據(jù)上傳到計算機(jī)。 控制裝置是測定系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)組建網(wǎng)絡(luò)。由于控制裝置而時刻準(zhǔn)備接收來自傳感裝置的無線數(shù)據(jù)，不能進(jìn)入休眠模式，否則將無法接收到來自傳感裝置的無線數(shù)據(jù)。控制裝置上電后進(jìn)入初始化程序，搜索并組建整個網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)入等待中斷的空閑模式。在該模式下，控制裝置的所有部件都正常上電工作。當(dāng)有無線數(shù)據(jù)接收時程序自動轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)接收子程序，如果是外部鍵盤產(chǎn)生的中斷，程序進(jìn)行10ms的去抖，判斷出中斷的來源后，跳轉(zhuǎn)到與其相應(yīng)的中斷處理程序。 控制裝置的工作流程，具體參見圖3b所示，圖3b為圖3a所示控制裝置的工作流程圖，由于中斷的數(shù)量比較多，圖3b中只代表性地繪示了無線數(shù)據(jù)接收、串口上傳數(shù)據(jù)至計算機(jī)、數(shù)據(jù)保存三個中斷處理流程。如圖3b所示，控制裝置初始化后，進(jìn)入等待中斷狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙o線通信模塊(RF射頻)接收到傳感裝置的無線數(shù)據(jù)時，產(chǎn)生無線數(shù)據(jù)接收中斷，之后依次進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示存儲操作。當(dāng)接收到通過鍵盤觸發(fā)的上傳數(shù)據(jù)中斷時，先從Flash中讀取數(shù)據(jù)，再經(jīng)串口傳輸至個人計算機(jī)。當(dāng)接收到通過鍵盤觸發(fā)的數(shù)據(jù)保存中斷時，對鍵盤去抖后，將數(shù)據(jù)存儲至Flash中。處理完中斷后，控制裝置繼續(xù)進(jìn)入等特中斷狀態(tài)，等待下一個中斷的到來。 本發(fā)明作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)中控制裝置，采用低功耗ZigBee作為無線通信模
塊，與多個傳感裝置組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，可同時對分布在不同位置的多個作物進(jìn)行植被指
數(shù)測定?？刂蒲b置接收到傳感裝置發(fā)送的測量結(jié)果后，通過相應(yīng)算法直接計算出作物植被
指數(shù)，并通過顯示模塊提供給用戶。同時，顯示裝置還可顯示從傳感裝置處接收到的測量結(jié)
果。通過通用輸入輸出接口連接的鍵盤，提高了控制裝置的可操作性。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過
程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中，該程序
在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括R0M、 RAM、磁碟或者
光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。 最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然
9可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一個傳感裝置，用于測量作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，并將所述作物冠層反射光的強(qiáng)度和所述作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，通過無線通信鏈路發(fā)送給控制裝置；所述控制裝置，用于通過所述無線通信鏈路接收所述傳感裝置發(fā)送的所述作物冠層反射光的強(qiáng)度和所述作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，并根據(jù)所述作物冠層反射光的強(qiáng)度和所述作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，計算所述作物的植被指數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感裝置包括光學(xué)通道，用于分別采集作物冠層反射光和作物冠層太陽輻射光；光電轉(zhuǎn)換電路，與所述光學(xué)通道連接，用于將所述光學(xué)通道采集到的所述作物冠層反射光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為反射光電壓信號并進(jìn)行放大處理；還用于將所述光學(xué)通道采集到的所述作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成太陽光電壓信號并進(jìn)行放大處理；第一無線通信模塊，與所述光電轉(zhuǎn)換電路連接，用于分別將經(jīng)過放大處理的所述反射光電壓信號和所述太陽光電壓信號，通過所述無線通信鏈路發(fā)送給所述控制裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置包括第二無線通信模塊，用于接收來自所述第一無線通信模塊的所述反射光電壓信號和所述太陽光電壓信號；顯示模塊，與所述第二無線通信模塊連接，用于顯示所述反射光電壓信號和所述太陽光電壓信號；計算模塊，與所述第二無線通信模塊連接，用于根據(jù)所述反射光電壓信號和所述太陽光電壓信號，計算所述作物的植被指數(shù)；所述顯示模塊，還與所述計算模塊連接，用于顯示所述作物的植被指數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，多個所述傳感裝置和所述控制裝置通過所述第一無線通信模塊和所述第二無線通信模塊，組成紫峰無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)通道包括第一光學(xué)通道、第二光學(xué)通道、第三光學(xué)通道和第四光學(xué)通道；第一光學(xué)通道，用于采集所述作物冠層反射光中紅光波段的強(qiáng)度；第二光學(xué)通道用于采集所述作物冠層反射光中近紅外波段的強(qiáng)度；第三光學(xué)通道用于采集作物冠層太陽輻射光中紅光波段的強(qiáng)度；第四光學(xué)通道用于采集作物冠層太陽輻射光中近紅外波段的強(qiáng)度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光學(xué)通道、所述第二光學(xué)通道、所述第三光學(xué)通道或所述第四光學(xué)通道，由4個分體的圓筒狀部分通過螺紋連接而成，包括在通道內(nèi)部依次設(shè)置的光學(xué)窗口、濾光片、凸透鏡和光學(xué)探測器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光學(xué)通道的光學(xué)探測器和所述第三光學(xué)通道的光學(xué)探測器，分別為PIN型Si光電二極管；所述第二光學(xué)通道的光學(xué)探測器和所述第四光學(xué)通道的光學(xué)探測器，分別為InGaAs光電二極管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述第三光學(xué)通道的光學(xué)窗口和所述第四光學(xué)通道的光學(xué)窗口，分別為平凸式乳白漫反射片；所述第一光學(xué)通道的光學(xué)窗口的材料為K9材料；所述第二光學(xué)通道的光學(xué)窗口的材料為石英玻璃。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光學(xué)通道、 所述第二光學(xué)通道、所述第三光學(xué)通道和所述第四光學(xué)通道的濾光片，分別為干涉型濾光 片；所述第一光學(xué)通道的濾光片的中心波長和第三光學(xué)通道的濾光片的中心波長，分別為 620nm;所述第二光學(xué)通道的濾光片的中心波長和所述第四光學(xué)通道的濾光片的中心波長， 分別為1220nm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感裝置還包 括與所述計算模塊連接的存儲模塊，用于存儲所述作物的植被指數(shù)；所述存儲模塊還與 所述第二通信模塊連接，用于存儲所述反射光電壓信號和所述太陽光電壓信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，包括至少一個傳感裝置，用于測量作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，并將作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，通過無線通信鏈路發(fā)送給控制裝置；控制裝置，用于通過無線通信鏈路接收傳感裝置發(fā)送的作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，并根據(jù)作物冠層反射光的強(qiáng)度和作物冠層太陽輻射光的強(qiáng)度，計算作物的植被指數(shù)。本發(fā)明作物植被指數(shù)測定系統(tǒng)，能同時滿足測量準(zhǔn)確且便于攜帶的田間測量需求，實(shí)現(xiàn)了同時多點(diǎn)測量多個作物植被指數(shù)的目的。
文檔編號G01N21/25GK101793680SQ201010129740
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者劉剛, 崔笛, 李修華, 李民贊, 汪懋華 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)