作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置，具有主控模塊，其特征在于，還包括與所述主控模塊的輸入端相連的模擬傳感器組、數(shù)字傳感器組、GPS定位模塊以及電源模塊；與所述主控模塊的輸出端相連的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和顯示模塊；所述模擬傳感器組、數(shù)字傳感器組和GPS定位模塊分別采集作物所處地的物理信息，并將所述物理信息傳遞給主控模塊，主控模塊對(duì)物理信息進(jìn)行處理后形成數(shù)字信息分別傳遞給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和顯示模塊。本實(shí)用新型的有益效果是能夠有效且全面的獲取作物生長(zhǎng)缺水信息，為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的實(shí)施提供作物生長(zhǎng)水分信息的支持。
【專利說明】作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置，具體來說是采用低功耗嵌入式處理器STM32F103VE組成主控系統(tǒng)，配置相應(yīng)的傳感器模塊、定位模塊、液晶顯示模塊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，共同完成基于精確空間位置的農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的水分狀況檢測(cè)，通過作物的冠層溫度以及各種微環(huán)境信息(大氣溫濕度、二氧化碳濃度、風(fēng)速、光照以及土壤溫度、土壤水分)獲取作物生長(zhǎng)缺水信息，為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的實(shí)施提供作物生長(zhǎng)水分信息的支持。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的全面進(jìn)步，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)正在向精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方向發(fā)展。精準(zhǔn)灌溉作為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要子系統(tǒng)，具有“自動(dòng)、精準(zhǔn)”等特點(diǎn)，能夠有效的解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源短缺、利用率較低等現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、精準(zhǔn)的灌溉，需要獲得及時(shí)、準(zhǔn)確的作物生長(zhǎng)缺水信息作為基礎(chǔ)，根據(jù)作物生長(zhǎng)缺水信息來實(shí)施精準(zhǔn)灌溉受到越來越多的重視，各種各樣的作物水分信息采集技術(shù)與采集設(shè)備也隨之出現(xiàn)。
[0003]但是這些技術(shù)與設(shè)備大部分是從單一方面來研究，比如土壤水分僅僅反映了作物的水分供應(yīng)情況，并不能直接測(cè)定作物的水分狀況；葉水勢(shì)、葉片相對(duì)含水量等生理指標(biāo)雖然從本質(zhì)上反映了作物缺水程度，由于指標(biāo)測(cè)定對(duì)樣品具有破壞性，目前也缺乏能自動(dòng)監(jiān)測(cè)的儀器，難以提供適時(shí)、準(zhǔn)確的作物需水信息。
[0004]因此，深入開展研究作物生長(zhǎng)過程中的水分需求狀況，有利于我國水資源供需矛盾的緩解，保障我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供信息化程度高、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠應(yīng)用于農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)的裝置。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置，具有主控模塊，還包括與所述主控模塊的輸入端相連的模擬傳感器組、數(shù)字傳感器組、GPS定位模塊以及電源模塊；與所述主控模塊的輸出端相連的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和顯示模塊；
[0007]所述模擬傳感器組、數(shù)字傳感器組和GPS定位模塊分別采集作物所處地的物理信息，并將所述物理信息傳遞給主控模塊，主控模塊對(duì)物理信息進(jìn)行處理后形成數(shù)字信息分別傳遞給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和顯示模塊；
[0008]進(jìn)一步的，所述模擬傳感器組包括土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器以及光照傳感器；用于提供土壤溫度、土壤水分以及光照信息，其中土壤溫度傳感器和土壤水分傳感器安裝在作物根系位置，光照傳感器安裝于作物頂部環(huán)境；
[0009]進(jìn)一步的，所述數(shù)字傳感器組包括冠層溫度傳感器、溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器以及風(fēng)速傳感器；用于提供作物冠層溫度、大氣溫濕度、二氧化碳濃度以及風(fēng)速信息，所述數(shù)字傳感器組分別安裝在作物頂部位置；
[0010]進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)，用來對(duì)采集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
[0011]進(jìn)一步的，所述顯示模塊包括液晶顯示屏；
[0012]進(jìn)一步的，所述冠層溫度傳感器為紅外測(cè)溫傳感器；所述溫濕度傳感器為SHT75溫濕度傳感器，其具有14位A/D轉(zhuǎn)換器；所述風(fēng)速傳感器為風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器。
[0013]通過所述模擬傳感器組和數(shù)字傳感器組，能夠有效且全面的采集到與作物中水分含量相關(guān)的作物冠層溫度、大氣環(huán)境溫濕度、光照度、二氧化碳濃度、風(fēng)速、土壤溫度、土壤水分等信息，然后主控模塊根據(jù)作物缺水指數(shù)(CWSI)理論，利用所采集的物理信息計(jì)算得出作物的缺水指數(shù)，從而反映出作物生長(zhǎng)過程的缺水狀況，主控模塊將作物生長(zhǎng)過程的缺水狀況一方面?zhèn)鬏數(shù)酱鎯?chǔ)模塊中進(jìn)行記錄，另一方面通過顯示模塊即時(shí)地顯示出作物當(dāng)前的缺水狀態(tài)，所述顯示模塊還用于顯示各項(xiàng)信息參數(shù)。
[0014]所述的主控模塊采用最新一代的嵌入式ARM處理器STM32F103VE，具有高性能、低功耗、實(shí)時(shí)應(yīng)用、成本低等優(yōu)勢(shì)，通過搭配相應(yīng)的外圍電路完成整個(gè)裝置的信息采集功能。
[0015]所述GPS定位模塊用于提供精確的地理坐標(biāo)，從而為后期農(nóng)田領(lǐng)域的作物水分信息自動(dòng)檢測(cè)擴(kuò)展提供具體的位置信息。
[0016]所述的電源模塊分別連所述模擬傳感器組、數(shù)字傳感器組、主控模塊、存儲(chǔ)模塊、GPS定位模塊以及顯示模塊，負(fù)責(zé)給整個(gè)裝置提供電源。
[0017]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0018]1、模擬傳感器組和數(shù)字傳感器組的使用能夠有效且全面的采集作物在生長(zhǎng)過程中的物理信息，通過監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)環(huán)境信息及作物水分脅迫信息變化，可以及時(shí)為農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)灌溉提供決策支持和反饋信息；
[0019]2、GPS定位模塊用于提供精確的地理坐標(biāo)，從而為后期農(nóng)田領(lǐng)域的作物水分信息自動(dòng)檢測(cè)擴(kuò)展提供具體的位置信息，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的地域性研究提供數(shù)據(jù)支撐；
[0020]3、采用最新一代的嵌入式ARM處理器STM32F103VE，具有高性能、低功耗、實(shí)時(shí)應(yīng)用、成本低等優(yōu)勢(shì)；
[0021]本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科研、教學(xué)、生產(chǎn)等行業(yè)及部門，符合國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要，可實(shí)際推廣，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0024]本實(shí)用新型主要用于農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的水分狀況檢測(cè)，將采集到作物冠層溫度和其它微環(huán)境信息根據(jù)作物缺水指數(shù)(CWSI)理論進(jìn)行相應(yīng)算法處理后，得到作物生長(zhǎng)缺水信息，為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的實(shí)施提供作物生長(zhǎng)水分信息的支持。
[0025]如圖1所示，本實(shí)施例的作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置，具有主控模塊，還包括與主控模塊的輸入端相連的模擬傳感器組、數(shù)字傳感器組、GPS定位模塊以及電源模塊；與主控模塊的輸出端相連的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和顯示模塊；
[0026]模擬傳感器組、數(shù)字傳感器組和GPS定位模塊分別采集作物所處地的物理信息，并將所述物理信息傳遞給主控模塊，主控模塊根據(jù)作物缺水指數(shù)(CWSI)理論對(duì)采集到的物理信息進(jìn)行處理后，形成數(shù)字信息分別傳遞給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和顯示模塊；其中主控模塊采用STM32F103VE芯片，具有100管腳。
[0027]模擬傳感器組包括土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器以及光照傳感器；用于提供土壤溫度、土壤水分以及光照信息，其中土壤溫度傳感器和土壤水分傳感器安裝在作物根系位置，光照傳感器安裝于作物頂部環(huán)境；土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器以及光照傳感器分別與主控模塊的一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換接口相連。
[0028]數(shù)字傳感器組包括冠層溫度傳感器、溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器以及風(fēng)速傳感器；用于提供作物冠層溫度、大氣溫濕度、二氧化碳濃度以及風(fēng)速信息，數(shù)字傳感器組分別安裝在作物頂部位置；冠層溫度傳感器為TNR紅外測(cè)溫傳感器，通過SPI通信方式與主控模塊相連；溫濕度傳感器為SHT75溫濕度傳感器，其具有14位A/D轉(zhuǎn)換器，并采用兩線串行接口與主控模塊的兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換接口相連，用于傳輸數(shù)據(jù)；二氧化碳傳感器與主控模塊的兩個(gè)串口鏈接，進(jìn)行數(shù)字式數(shù)據(jù)輸出；風(fēng)速傳感器為傳統(tǒng)的風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器，與主控模塊的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入源通道相連，用于測(cè)量風(fēng)速傳感器輸出的脈沖頻率信號(hào)，進(jìn)而得出作物周圍的實(shí)時(shí)風(fēng)速。
[0029]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)，通過SDIO接口與主控模塊相連，用來對(duì)采集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
[0030]顯示模塊包括液晶顯示屏，顯示模塊還在主控模塊的控制下顯示作物缺水指數(shù)(CffSI)理論中的各項(xiàng)信息參數(shù)；
[0031]本實(shí)施例的GPS定位模塊采用全球衛(wèi)星定位接收芯片Gstar系列GS-89組成，通過主控模塊的串口相連，完成GPS坐標(biāo)信息的接收，用于提供精確的地理坐標(biāo)。
[0032]本實(shí)例的工作過程:
[0033]1、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器和光照傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)分別通過相對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口傳遞給主控模塊；
[0034]2、冠層溫度傳感器、溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器以及風(fēng)速傳感器向主控模塊提供第一數(shù)字信號(hào)的作物冠層溫度、大氣溫濕度、二氧化碳濃度以及風(fēng)速信息；
[0035]3、主控模塊將上述步驟I中的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號(hào)；
[0036]4、主控模塊根據(jù)作物缺水指數(shù)(CWSI)理論計(jì)算得到作物生長(zhǎng)缺水信息；
[0037]5、主控模塊將步驟4中得到的缺水信息一方面?zhèn)鬟f給SD卡進(jìn)行存儲(chǔ)，另一方面通過液晶顯示屏顯示出來。
[0038]以上對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本實(shí)用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置，具有主控模塊，其特征在于，還包括與所述主控模塊的輸入端相連的模擬傳感器組、數(shù)字傳感器組、GPS定位模塊以及電源模塊；與所述主控模塊的輸出端相連的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和顯示模塊； 所述模擬傳感器組、數(shù)字傳感器組和GPS定位模塊分別采集作物所處地的物理信息，并將所述物理信息傳遞給主控模塊，主控模塊對(duì)物理信息進(jìn)行處理后形成數(shù)字信息分別傳遞給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和顯示模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置，其特征在于:所述模擬傳感器組包括土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器以及光照傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置，其特征在于:所述數(shù)字傳感器組包括冠層溫度傳感器、溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器以及風(fēng)速傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置，其特征在于:所述顯示模塊包括液晶顯示屏。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)裝置，其特征在于:所述冠層溫度傳感器為紅外測(cè)溫傳感器；所述溫濕度傳感器為SHT75溫濕度傳感器，其具有14位A/D轉(zhuǎn)換器；所述風(fēng)速傳感器為風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK203479336SQ201320609198
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】劉玥, 楊美霞, 王兆珍, 李猛, 田立國 申請(qǐng)人:天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院