一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法,其特征在于:檢測(cè)系統(tǒng)包括一鎖緊機(jī)構(gòu)、一電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置、一圓柱形立桿和一旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置;鎖緊機(jī)構(gòu)與電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置固定連接,電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置通過鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在圓柱形立桿上,通過鎖緊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置在圓柱形立桿上的位置;旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置連接在電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置上,通過電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置在水平方向的旋轉(zhuǎn)角度,旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置對(duì)作物冠層溫度進(jìn)行檢測(cè),并傳輸至電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行處理,電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置將處理得到的作物冠層溫度平均值傳輸至上位機(jī)。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于農(nóng)田灌溉管理、陸面生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
【專利說明】一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種作物冠層溫度檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法,特別是關(guān)于一種用于作物缺 水診斷、農(nóng)田灌溉決策、陸面生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)的搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng)及檢 測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)能量平衡原理,作物冠層溫度與空氣溫度的差值能夠直觀反映蒸散發(fā)狀況, 進(jìn)而推求作物水分脅迫指數(shù)CWSI。1977年Jackson采用正午的熱紅外地表溫度與氣溫差 估算全天的顯熱通量,進(jìn)而揭示了作物冠層溫度與實(shí)際蒸散發(fā)量的密切關(guān)系。作物的冠層 溫度已成為農(nóng)田蒸散和耗水研究、氣象遙感等領(lǐng)域中的一個(gè)重要參數(shù)。在農(nóng)業(yè)水土管理研 究中常用冠層-氣溫差(Tc-Ta,簡(jiǎn)稱冠氣溫差)這一指標(biāo),由于其測(cè)定簡(jiǎn)便迅速且具有良好 物理基礎(chǔ)和生理機(jī)制而能夠得以普遍應(yīng)用。利用手持紅外測(cè)溫槍在田間尺度可以靈活方便 獲取作物冠層溫度并進(jìn)行旱情檢測(cè)和灌溉管理,航空和衛(wèi)星遙感可以獲得非接觸的大面積 地表輻射和溫度狀況,并通過反演陸面生態(tài)系統(tǒng)蒸散發(fā)來指導(dǎo)水管理。由此可見冠層紅外 溫度在田間尺度和區(qū)域大面積尺度的信息管理中都是一個(gè)非常重要的指標(biāo),在應(yīng)用上具有 方便的區(qū)域擴(kuò)展能力;基于冠層溫度的作物缺水檢測(cè)也成為"精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)"中農(nóng)田水分狀況監(jiān) 測(cè)的一項(xiàng)重要技術(shù)。
[0003] 田間作物冠層紅外溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè),能夠方便快捷的檢測(cè)到作物水分情況,為農(nóng) 田灌溉的精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、自動(dòng)提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前作物冠層紅外測(cè)量大多采用手持式紅 外槍,或者采用多個(gè)固定布置在冠層上方的紅外傳感器進(jìn)行定點(diǎn)定時(shí)檢測(cè)。上述方法中人 工測(cè)量的數(shù)據(jù)不連續(xù)且存在主觀誤差,人工測(cè)量的方法測(cè)量成本高、測(cè)量數(shù)據(jù)量小,且需要 后期人工鑒別數(shù)據(jù)質(zhì)量,這種數(shù)據(jù)測(cè)量方法給科學(xué)研究和生產(chǎn)應(yīng)用帶來不便。定點(diǎn)在線實(shí) 時(shí)測(cè)量裝置解決了作物冠層溫度數(shù)據(jù)連續(xù)觀測(cè)的難題,但是為了抵抗野外風(fēng)沙和灰塵的侵 襲,需要額外采取嚴(yán)格保護(hù)措施對(duì)定點(diǎn)在線實(shí)時(shí)測(cè)量裝置的云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行保護(hù)。另外, 根據(jù)作物生長(zhǎng)階段,需要人工對(duì)紅外溫度傳感器位置高度和觀察角度等進(jìn)行調(diào)節(jié),這不僅 使定點(diǎn)在線實(shí)時(shí)測(cè)量裝置的智能化程度降低,而且觀測(cè)角度的差異容易增大試驗(yàn)誤差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)上述問題,本發(fā)明的目的是提供一種智能化的搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度 檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法,該檢測(cè)系統(tǒng)能夠根據(jù)田間作物生長(zhǎng)高度快速、自動(dòng)地進(jìn)行位置調(diào)節(jié); 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明檢測(cè)的數(shù)據(jù)量更大、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度更高。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度 檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于:它包括一鎖緊機(jī)構(gòu)、一電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置、一圓柱形立桿和一旋轉(zhuǎn) 式紅外測(cè)溫裝置;所述鎖緊機(jī)構(gòu)與電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置固定連接,所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置通 過所述鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述圓柱形立桿上,通過所述鎖緊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置 在所述圓柱形立桿上的位置;所述旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置連接在所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置上, 通過所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置調(diào)節(jié)所述旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置在水平方向的旋轉(zhuǎn)角度,所述旋 轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置對(duì)作物冠層溫度進(jìn)行檢測(cè),并將檢測(cè)結(jié)果傳輸至所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置 進(jìn)行處理,所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置將處理得到的作物冠層溫度平均值傳輸至上位機(jī)。
[0006] 所述鎖緊機(jī)構(gòu)包括一空芯殼體、兩壓塊、一螺桿、一鎖緊手柄和一彈簧;使用所述 鎖緊機(jī)構(gòu)時(shí),將所述空芯殼體活動(dòng)套設(shè)在所述圓柱形立桿上;在所述空芯殼體凸出端內(nèi)的 兩側(cè)分別設(shè)置一所述壓塊,所述螺桿一端緊固連接在一所述壓塊上;所述螺桿另一端貫穿 另一所述壓塊,并緊固連接位于所述空芯殼體凸出端外的所述鎖緊手柄;所述彈簧套設(shè)在 兩所述壓塊之間的所述螺桿上。
[0007] 所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置包括機(jī)械單元和電控單元;所述機(jī)械單元包括設(shè)置在一殼 體內(nèi)的定位磁鐵、轉(zhuǎn)盤、蝸輪、軸承、固定環(huán)和蝸桿;所述定位磁鐵固定設(shè)置在所述轉(zhuǎn)盤上表 面的外邊緣處,所述轉(zhuǎn)盤下面連接所述蝸輪,所述蝸輪通過所述軸承與所述固定環(huán)連接,所 述固定環(huán)固定安裝在所述殼體底部的內(nèi)表面上,所述蝸桿位于所述蝸輪一側(cè),并與所述蝸 輪哨合;所述電控單兀包括霍爾位置傳感器、微處理器、信號(hào)處理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電 源、通信接口和步進(jìn)電機(jī);所述霍爾位置傳感器檢測(cè)其與所述定位磁鐵之間的相對(duì)位置信 號(hào)并傳輸至所述微處理器,所述微處理器通過所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制所述步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn); 所述信號(hào)處理模塊將接收到的紅外溫度信號(hào)進(jìn)行放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后傳輸至所述微處理 器;所述霍爾位置傳感器、微處理器、信號(hào)處理模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路集成在一電路板上,所 述電路板設(shè)置在所述殼體外部的頂面上,并使所述霍爾位置傳感器與轉(zhuǎn)盤的外圓周位于同 一堅(jiān)直平面內(nèi);所述電源和通信接口設(shè)置在一接線盒內(nèi),所述接線盒固定設(shè)置在所述圓柱 形立桿下端;所述電路板通過用于通信和供電的電纜線與所述接線盒連接;所述步進(jìn)電機(jī) 固定在所述機(jī)械單元的所述殼體外側(cè),所述步進(jìn)電機(jī)的軸與所述蝸桿連接。
[0008] 所述旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置包括旋轉(zhuǎn)連接頭、旋轉(zhuǎn)臂和紅外測(cè)溫傳感器;所述旋轉(zhuǎn) 連接頭與所述轉(zhuǎn)盤固定連接,且與所述霍爾位置傳感器處于同一堅(jiān)直平面內(nèi),所述旋轉(zhuǎn)臂 通過所述旋轉(zhuǎn)連接頭與所述轉(zhuǎn)盤連接,所述紅外測(cè)溫傳感器設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)臂末端,所述 紅外測(cè)溫傳感器將檢測(cè)到的作物冠層的紅外溫度信號(hào)通過數(shù)據(jù)線傳輸至所述信號(hào)處理模 塊;所述轉(zhuǎn)盤通過所述旋轉(zhuǎn)連接頭和旋轉(zhuǎn)臂帶動(dòng)所述紅外測(cè)溫傳感器在某一高度內(nèi)的水平 面上轉(zhuǎn)動(dòng),所述紅外測(cè)溫傳感器完成對(duì)某一高度內(nèi)作物冠層溫度的檢測(cè)。
[0009] 所述殼體采用不銹鋼材料制成。
[0010] 所述通信接口采用RS485接口或SDI - 12接口。
[0011] 一種基于所述檢測(cè)系統(tǒng)的搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)方法,其包括以下步 驟:1)將圓柱形立桿固定于待測(cè)作物所在區(qū)域中,根據(jù)待測(cè)作物的高度,通過鎖緊機(jī)構(gòu)調(diào) 節(jié)電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置在圓柱形立桿上的高度,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)鎖緊手柄,彈簧彈力使兩壓塊沿 與圓柱形立桿垂直的方向松開,鎖緊機(jī)構(gòu)能夠沿圓柱形立桿上下移動(dòng),從而使鎖緊機(jī)構(gòu)承 載的電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置可以沿圓柱形立桿上下移動(dòng);確定電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置在圓柱形立桿 上的位置后,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鎖緊手柄,鎖緊手柄帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn),使兩壓塊和彈簧徑向收縮,通 過鎖緊手柄將鎖緊機(jī)構(gòu)固定在圓柱形立桿上,從而使鎖緊機(jī)構(gòu)承載的電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置位 于圓柱形立桿的某一高度;2)接線盒給電路板供電,接通電源后,霍爾位置傳感器實(shí)時(shí)檢 測(cè)與定位磁鐵之間的相對(duì)位置信號(hào),并將檢測(cè)到的相對(duì)位置信號(hào)傳輸至微處理器,微處理 器根據(jù)接收到的相對(duì)位置信號(hào)判斷定位磁鐵是否在預(yù)設(shè)的初始位置;預(yù)設(shè)定位磁鐵的初始 位置為:定位磁鐵與霍爾位置傳感器處于同一堅(jiān)直面內(nèi);如果定位磁鐵不在預(yù)設(shè)的初始位 置,則微處理器向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送反向控制脈沖信號(hào),電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路將接收到的反向控 制脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)電流傳輸至步進(jìn)電機(jī),驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)步進(jìn)電 機(jī)通過蝸桿、蝸輪和轉(zhuǎn)盤將定位磁鐵旋轉(zhuǎn)至與霍爾位置傳感器處于同一堅(jiān)直面時(shí),微處理 器停止向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送反向控制脈沖信號(hào),從而使旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置在轉(zhuǎn)盤的帶動(dòng) 下旋轉(zhuǎn)至初始位置;3)上位機(jī)通過通信接口將測(cè)量控制信號(hào)傳輸至微處理器,根據(jù)接收到 的測(cè)量控制信號(hào),微處理器通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制步進(jìn)電機(jī)按照預(yù)設(shè)的方向和速度進(jìn)行旋 轉(zhuǎn);步進(jìn)電機(jī)依次帶動(dòng)蝸桿、蝸輪和轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)盤依次通過旋轉(zhuǎn)連接頭和旋轉(zhuǎn)臂帶動(dòng)紅外 測(cè)溫傳感器在作物上方做水平圓弧運(yùn)動(dòng);4)在紅外測(cè)溫傳感器水平運(yùn)動(dòng)的過程中,微處理 器控制步進(jìn)電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一定角度,就啟動(dòng)紅外測(cè)溫傳感器進(jìn)行一次作物冠層溫度檢測(cè);紅 外測(cè)溫傳感器將檢測(cè)到的多點(diǎn)作物冠層溫度信號(hào)通過數(shù)據(jù)線傳輸至信號(hào)處理模塊,信號(hào)處 理模塊將接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后傳輸至微處理器;5)完成所有預(yù)定 的檢測(cè)角度后,微處理器控制步進(jìn)電機(jī)按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)霍爾位置傳感器檢測(cè)到定位 磁鐵處于預(yù)設(shè)的初始位置時(shí),微處理器停止向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送反向控制脈沖信號(hào),從而 使旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置旋轉(zhuǎn)至初始位置,完成一次作物冠層溫度檢測(cè)任務(wù);根據(jù)預(yù)設(shè)的作 物冠層溫度范圍,微處理器對(duì)接收到的作物冠層溫度進(jìn)行判斷,舍棄其中不滿足預(yù)設(shè)作物 冠層溫度范圍的溫度值,并對(duì)滿足預(yù)設(shè)作物冠層溫度范圍的溫度值取平均值,得到的作物 冠層溫度平均值通過通信接口傳輸至上位機(jī)。
[0012] 所述微處理器內(nèi)設(shè)置電機(jī)加速和電機(jī)減速程序,使得蝸輪和蝸桿不受旋轉(zhuǎn)臂啟動(dòng) 和停止旋轉(zhuǎn)階段慣性運(yùn)動(dòng)的影響。
[0013] 所述旋轉(zhuǎn)臂的水平旋轉(zhuǎn)范圍為0?360°。
[0014] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案,其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明由于設(shè)置了一鎖緊機(jī) 構(gòu)、一電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置、一圓柱形立桿和一旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置,將旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置 連接在電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置上,電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置通過鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在圓柱形立桿上,通過 鎖緊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置在圓柱形立桿上的高度,通過電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn) 式紅外測(cè)溫裝置在水平方向的旋轉(zhuǎn)角度,旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置對(duì)作物冠層溫度進(jìn)行檢測(cè), 并將檢測(cè)結(jié)果傳輸至所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行處理,所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置將處理得到 的作物冠層溫度平均值傳輸至上位機(jī);因此本發(fā)明能夠根據(jù)田間作物生長(zhǎng)高度快速、自動(dòng) 地進(jìn)行位置調(diào)節(jié)。2、本發(fā)明由于在電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置中設(shè)置機(jī)械單元和電控單元,電控單 元包括霍爾位置傳感器、微處理器、信號(hào)處理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電源、通信接口和步進(jìn)電 機(jī),電控單元中的微處理器通過判斷機(jī)械單元中的定位磁鐵是否在初始位置,微處理器通 過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn),步進(jìn)電機(jī)依次帶動(dòng)機(jī)械單元中的蝸桿、蝸輪和轉(zhuǎn)盤旋 轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)盤依次通過旋轉(zhuǎn)連接頭和旋轉(zhuǎn)臂帶動(dòng)紅外測(cè)溫傳感器在作物上方做水平圓弧運(yùn)動(dòng), 因此本發(fā)明能夠?qū)Χ帱c(diǎn)作物冠層的溫度進(jìn)行檢測(cè),完成一次檢測(cè)任務(wù)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù)量更 大。3、本發(fā)明由于微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)的作物冠層溫度范圍對(duì)接收到的作物冠層溫度進(jìn)行判 斷,舍棄其中不滿足預(yù)設(shè)作物冠層溫度范圍的溫度值,并對(duì)滿足預(yù)設(shè)作物冠層溫度范圍的 溫度值取平均值后通過通信接口傳輸至上位機(jī),因此本發(fā)明檢測(cè)的溫度數(shù)據(jù)精度更高。4、 本發(fā)明由于采用鎖緊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置在圓柱形立桿上的位置,從而快速調(diào)節(jié)紅 外測(cè)溫傳感器的高度,因此在田間實(shí)際操作中本發(fā)明能夠大大降低操作難度,且方便使用 和管理?;谝陨蟽?yōu)點(diǎn),本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于農(nóng)田灌溉管理、陸面生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
[0016] 圖2是鎖緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖
[0017] 圖3是電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖
[0018] 圖4是電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
[0019] 圖5是電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置中電控單元的結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0021] 如圖1所示,本發(fā)明搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng)包括一鎖緊機(jī)構(gòu)1、一 電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2、一圓柱形立桿3和一旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置4。其中,鎖緊機(jī)構(gòu)1與電 動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2固定連接,電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2通過鎖緊機(jī)構(gòu)1設(shè)置在圓柱形立桿3上, 鎖緊機(jī)構(gòu)1對(duì)電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2起承載、固定作用。通過鎖緊機(jī)構(gòu)1調(diào)節(jié)電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn) 裝置2在圓柱形立桿3上的位置。旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置4連接在電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2上, 通過電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置4在水平方向的旋轉(zhuǎn)角度,旋轉(zhuǎn)式紅外 測(cè)溫裝置4對(duì)作物冠層溫度進(jìn)行檢測(cè),并將檢測(cè)到的作物冠層溫度信號(hào)傳輸至電動(dòng)空芯旋 轉(zhuǎn)裝置2進(jìn)行處理,電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2將處理得到的作物冠層溫度平均值傳輸至上位機(jī) (圖中未示出)。
[0022] 上述實(shí)施例中,如圖2所不,鎖緊機(jī)構(gòu)1包括一空芯殼體11、兩壓塊12、一螺桿13、 一鎖緊手柄14和一彈簧15。使用鎖緊機(jī)構(gòu)1時(shí),將空芯殼體11活動(dòng)套設(shè)在圓柱形立桿3 上。在空芯殼體11凸出端內(nèi)的兩側(cè)分別設(shè)置一壓塊12,螺桿13 -端緊固連接在一壓塊12 上;螺桿13另一端貫穿另一壓塊12,并緊固連接位于空芯殼體11凸出端外的鎖緊手柄14。 彈簧15套設(shè)在兩壓塊12之間的螺桿13上。
[0023] 上述實(shí)施例中,電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2包括機(jī)械單元和電控單元。如圖3和圖4所 示,機(jī)械單元包括設(shè)置在一殼體211內(nèi)的定位磁鐵212、轉(zhuǎn)盤213、蝸輪214、軸承215、固定 環(huán)216和蝸桿217。其中,定位磁鐵212固定設(shè)置在轉(zhuǎn)盤213上表面的外邊緣處,轉(zhuǎn)盤213 下面連接蝸輪214,蝸輪214通過軸承216與固定環(huán)216連接,固定環(huán)216固定安裝在殼體 211底部的內(nèi)表面上。蝸桿217位于蝸輪214 -側(cè),并與蝸輪214嚙合。
[0024] 如圖5所示,電控單元包括霍爾位置傳感器221、微處理器222、信號(hào)處理模塊223、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路224、電源225、通信接口 226和步進(jìn)電機(jī)227。其中,霍爾位置傳感器221檢測(cè) 其與定位磁鐵212之間的相對(duì)位置信號(hào),并將檢測(cè)到的相對(duì)位置信號(hào)傳輸至微處理器222, 微處理器222根據(jù)接收到的相對(duì)位置信號(hào)判斷定位磁鐵212是否在預(yù)設(shè)的初始位置,微處 理器222根據(jù)判斷結(jié)果通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路224控制步進(jìn)電機(jī)227旋轉(zhuǎn)。信號(hào)處理模塊223 將接收到的紅外溫度信號(hào)進(jìn)行放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理后傳輸至微處理器222?;魻栁恢脗鞲?器221、微處理器222、信號(hào)處理模塊223和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路224集成在一電路板23上,電路 板23設(shè)置在殼體211外部的頂面上,并使霍爾位置傳感器222與轉(zhuǎn)盤213的外圓周位于同 一堅(jiān)直平面內(nèi)。電源225和通信接口 226設(shè)置在一接線盒24內(nèi),如圖1所示,接線盒24固 定設(shè)置在立桿3下端。電路板23通過用于通信和供電的電纜線25與接線盒24連接。步 進(jìn)電機(jī)227固定在機(jī)械單元21的殼體211外側(cè),步進(jìn)電機(jī)227的軸與蝸桿214連接。
[0025] 上述實(shí)施例中,如圖1所示,為保護(hù)機(jī)械單元21、電路板23和步進(jìn)電機(jī)227,在機(jī) 械單兀21、電路板23和步進(jìn)電機(jī)227的外部設(shè)置一上防護(hù)殼5和一下防護(hù)殼6。上防護(hù)殼 5罩住下防護(hù)殼6,上防護(hù)殼5和下防護(hù)殼6之間留有微小縫隙用于防止摩擦。上防護(hù)殼5 穿過殼體211與轉(zhuǎn)盤213上表面固定連接,下防護(hù)殼6與殼體211底部固定連接,上防護(hù)殼 5和下防護(hù)殼6構(gòu)成一圓柱形腔體,機(jī)械單元21、電路板23和步進(jìn)電機(jī)227設(shè)置于該圓柱 形腔體內(nèi)。
[0026] 上述實(shí)施例中,如圖1所示,旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置4包括旋轉(zhuǎn)連接頭41、旋轉(zhuǎn)臂42 和紅外測(cè)溫傳感器43。其中,旋轉(zhuǎn)連接頭41與轉(zhuǎn)盤213固定連接,且與霍爾位置傳感器222 處于同一堅(jiān)直平面內(nèi),旋轉(zhuǎn)臂42通過旋轉(zhuǎn)連接頭41與轉(zhuǎn)盤213連接,紅外測(cè)溫傳感器43 設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂42末端,紅外測(cè)溫傳感器43將檢測(cè)到的作物冠層的紅外溫度信號(hào)通過數(shù)據(jù) 線傳輸至信號(hào)處理模塊223。轉(zhuǎn)盤213通過旋轉(zhuǎn)連接頭41和旋轉(zhuǎn)臂42帶動(dòng)紅外測(cè)溫傳感 器43在某一高度內(nèi)的水平面上轉(zhuǎn)動(dòng),紅外測(cè)溫傳感器43完成對(duì)某一高度內(nèi)作物冠層溫度 的檢測(cè)。
[0027] 上述實(shí)施例中,殼體211采用不銹鋼材料制成。
[0028] 上述實(shí)施例中,通信接口 226采用RS485接口或SDI - 12接口。
[0029] 采用本發(fā)明搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)作物冠層溫度進(jìn)行檢測(cè),其 包括以下步驟:
[0030] 1)將立桿3固定于待測(cè)作物所在區(qū)域中,根據(jù)待測(cè)作物的高度,通過鎖緊機(jī)構(gòu)1調(diào) 節(jié)電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2在立桿3上的高度,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)鎖緊手柄14,彈簧15彈力使兩壓塊 12沿與立桿3垂直的方向松開,鎖緊機(jī)構(gòu)1能夠沿立桿3上下移動(dòng),從而使鎖緊機(jī)構(gòu)1承載 的電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2可以沿立桿3上下移動(dòng)。
[0031] 確定電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2在立桿3上的位置后,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鎖緊手柄14,鎖緊手柄 14帶動(dòng)螺桿13旋轉(zhuǎn),使兩壓塊12和彈簧15徑向收縮,通過鎖緊手柄14將鎖緊機(jī)構(gòu)1固定 在立桿3上,從而使鎖緊機(jī)構(gòu)1承載的電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置2位于立桿3的某一高度。
[0032] 2)接線盒24給電路板23供電,接通電源后,霍爾位置傳感器221實(shí)時(shí)檢測(cè)與定位 磁鐵212之間的相對(duì)位置信號(hào),并將檢測(cè)到的相對(duì)位置信號(hào)傳輸至微處理器222,微處理器 222根據(jù)接收到的相對(duì)位置信號(hào)判斷定位磁鐵212是否在預(yù)設(shè)的初始位置。其中預(yù)設(shè)定位 磁鐵212的初始位置為:定位磁鐵212與霍爾位置傳感器221處于同一堅(jiān)直面內(nèi)。
[0033] 如果定位磁鐵212不在預(yù)設(shè)的初始位置,則微處理器222向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路224發(fā) 送反向控制脈沖信號(hào),電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路224將接收到的反向控制脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)電流傳 輸至步進(jìn)電機(jī)227,驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)227反向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)227通過蝸桿217、 蝸輪214和轉(zhuǎn)盤213將定位磁鐵212旋轉(zhuǎn)至與霍爾位置傳感器221處于同一堅(jiān)直面時(shí),微 處理器222停止向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路224發(fā)送反向控制脈沖信號(hào),從而使旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置 4在轉(zhuǎn)盤213的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)至初始位置。
[0034] 3)上位機(jī)通過通信接口 226將測(cè)量控制信號(hào)傳輸至微處理器222,根據(jù)接收到的 測(cè)量控制信號(hào),微處理器222通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路224控制步進(jìn)電機(jī)227按照預(yù)設(shè)的方向和 速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)227依次帶動(dòng)蝸桿227、蝸輪214和轉(zhuǎn)盤213旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)盤213依次 通過旋轉(zhuǎn)連接頭41和旋轉(zhuǎn)臂42帶動(dòng)紅外測(cè)溫傳感器43在作物上方做水平圓弧運(yùn)動(dòng)。
[0035] 4)在紅外測(cè)溫傳感器43水平運(yùn)動(dòng)的過程中,微處理器222控制步進(jìn)電機(jī)227每 旋轉(zhuǎn)一定角度,就啟動(dòng)紅外測(cè)溫傳感器43進(jìn)行一次作物冠層溫度檢測(cè)。紅外測(cè)溫傳感器 43將檢測(cè)到的多點(diǎn)作物冠層溫度信號(hào)通過數(shù)據(jù)線傳輸至信號(hào)處理模塊223,信號(hào)處理模塊 223將接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理后傳輸至微處理器222。
[0036] 5)完成所有預(yù)定的檢測(cè)角度后,微處理器222控制步進(jìn)電機(jī)227按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn) 動(dòng)。當(dāng)霍爾位置傳感器221檢測(cè)到定位磁鐵212處于預(yù)設(shè)的初始位置時(shí),微處理器222停 止向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路224發(fā)送反向控制脈沖信號(hào),從而使旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置4旋轉(zhuǎn)至初始 位置,完成一次作物冠層溫度檢測(cè)任務(wù)。
[0037] 根據(jù)預(yù)設(shè)的作物冠層溫度范圍,微處理器222對(duì)接收到的作物冠層溫度進(jìn)行判 斷,舍棄其中不滿足預(yù)設(shè)作物冠層溫度范圍的溫度值,并對(duì)滿足預(yù)設(shè)作物冠層溫度范圍的 溫度值取平均值,得到的作物冠層溫度平均值通過通信接口 226傳輸至上位機(jī)。
[0038] 上述步驟2)?步驟4)中,微處理器222內(nèi)設(shè)置電機(jī)加速和電機(jī)減速程序,以確保 蝸輪214和蝸桿217不受旋轉(zhuǎn)臂42啟動(dòng)和停止旋轉(zhuǎn)階段慣性運(yùn)動(dòng)的影響。
[0039] 上述步驟3)中,旋轉(zhuǎn)臂42的水平旋轉(zhuǎn)范圍為0?360°。
[〇〇4〇] 上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明,其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和方法步驟等都 是可以有所變化的,凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn),均不應(yīng)排除 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1. 一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于:它包括一鎖緊機(jī)構(gòu)、一 電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置、一圓柱形立桿和一旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置;所述鎖緊機(jī)構(gòu)與電動(dòng)空芯旋 轉(zhuǎn)裝置固定連接,所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置通過所述鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述圓柱形立桿上,通 過所述鎖緊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置在所述圓柱形立桿上的位置;所述旋轉(zhuǎn)式紅外 測(cè)溫裝置連接在所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置上,通過所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置調(diào)節(jié)所述旋轉(zhuǎn)式紅 外測(cè)溫裝置在水平方向的旋轉(zhuǎn)角度,所述旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置對(duì)作物冠層溫度進(jìn)行檢測(cè), 并將檢測(cè)結(jié)果傳輸至所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行處理,所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置將處理得到 的作物冠層溫度平均值傳輸至上位機(jī)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于:所 述鎖緊機(jī)構(gòu)包括一空芯殼體、兩壓塊、一螺桿、一鎖緊手柄和一彈簧;使用所述鎖緊機(jī)構(gòu)時(shí), 將所述空芯殼體活動(dòng)套設(shè)在所述圓柱形立桿上;在所述空芯殼體凸出端內(nèi)的兩側(cè)分別設(shè)置 一所述壓塊,所述螺桿一端緊固連接在一所述壓塊上;所述螺桿另一端貫穿另一所述壓塊, 并緊固連接位于所述空芯殼體凸出端外的所述鎖緊手柄;所述彈簧套設(shè)在兩所述壓塊之間 的所述螺桿上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于: 所述電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置包括機(jī)械單元和電控單元; 所述機(jī)械單元包括設(shè)置在一殼體內(nèi)的定位磁鐵、轉(zhuǎn)盤、蝸輪、軸承、固定環(huán)和蝸桿;所述 定位磁鐵固定設(shè)置在所述轉(zhuǎn)盤上表面的外邊緣處,所述轉(zhuǎn)盤下面連接所述蝸輪,所述蝸輪 通過所述軸承與所述固定環(huán)連接,所述固定環(huán)固定安裝在所述殼體底部的內(nèi)表面上,所述 蝸桿位于所述蝸輪一側(cè),并與所述蝸輪嚙合; 所述電控單元包括霍爾位置傳感器、微處理器、信號(hào)處理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電源、通 信接口和步進(jìn)電機(jī);所述霍爾位置傳感器檢測(cè)其與所述定位磁鐵之間的相對(duì)位置信號(hào)并傳 輸至所述微處理器,所述微處理器通過所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制所述步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn);所述信 號(hào)處理模塊將接收到的紅外溫度信號(hào)進(jìn)行放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后傳輸至所述微處理器;所 述霍爾位置傳感器、微處理器、信號(hào)處理模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路集成在一電路板上,所述電路 板設(shè)置在所述殼體外部的頂面上,并使所述霍爾位置傳感器與轉(zhuǎn)盤的外圓周位于同一堅(jiān)直 平面內(nèi);所述電源和通信接口設(shè)置在一接線盒內(nèi),所述接線盒固定設(shè)置在所述圓柱形立桿 下端;所述電路板通過用于通信和供電的電纜線與所述接線盒連接;所述步進(jìn)電機(jī)固定在 所述機(jī)械單元的所述殼體外側(cè),所述步進(jìn)電機(jī)的軸與所述蝸桿連接。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于:所 述旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置包括旋轉(zhuǎn)連接頭、旋轉(zhuǎn)臂和紅外測(cè)溫傳感器;所述旋轉(zhuǎn)連接頭與所 述轉(zhuǎn)盤固定連接,且與所述霍爾位置傳感器處于同一堅(jiān)直平面內(nèi),所述旋轉(zhuǎn)臂通過所述旋 轉(zhuǎn)連接頭與所述轉(zhuǎn)盤連接,所述紅外測(cè)溫傳感器設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)臂末端,所述紅外測(cè)溫傳 感器將檢測(cè)到的作物冠層的紅外溫度信號(hào)通過數(shù)據(jù)線傳輸至所述信號(hào)處理模塊;所述轉(zhuǎn)盤 通過所述旋轉(zhuǎn)連接頭和旋轉(zhuǎn)臂帶動(dòng)所述紅外測(cè)溫傳感器在某一高度內(nèi)的水平面上轉(zhuǎn)動(dòng),所 述紅外測(cè)溫傳感器完成對(duì)某一高度內(nèi)作物冠層溫度的檢測(cè)。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于:所 述殼體采用不銹鋼材料制成。
6. 如權(quán)利要求3所述的一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于:所 述通信接口采用RS485接口或SDI - 12接口。
7. 如權(quán)利要求4或5所述的一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于: 所述通信接口采用RS485接口或SDI - 12接口。
8. -種基于如權(quán)利要求1?7任一項(xiàng)所述的檢測(cè)系統(tǒng)的搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度 檢測(cè)方法,其包括以下步驟: 1) 將圓柱形立桿固定于待測(cè)作物所在區(qū)域中,根據(jù)待測(cè)作物的高度,通過鎖緊機(jī)構(gòu)調(diào) 節(jié)電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置在圓柱形立桿上的高度,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)鎖緊手柄,彈簧彈力使兩壓塊沿 與圓柱形立桿垂直的方向松開,鎖緊機(jī)構(gòu)能夠沿圓柱形立桿上下移動(dòng),從而使鎖緊機(jī)構(gòu)承 載的電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置可以沿圓柱形立桿上下移動(dòng); 確定電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置在圓柱形立桿上的位置后,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鎖緊手柄,鎖緊手柄帶 動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn),使兩壓塊和彈簧徑向收縮,通過鎖緊手柄將鎖緊機(jī)構(gòu)固定在圓柱形立桿上,從 而使鎖緊機(jī)構(gòu)承載的電動(dòng)空芯旋轉(zhuǎn)裝置位于圓柱形立桿的某一高度; 2) 接線盒給電路板供電,接通電源后,霍爾位置傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)與定位磁鐵之間的相 對(duì)位置信號(hào),并將檢測(cè)到的相對(duì)位置信號(hào)傳輸至微處理器,微處理器根據(jù)接收到的相對(duì)位 置信號(hào)判斷定位磁鐵是否在預(yù)設(shè)的初始位置;預(yù)設(shè)定位磁鐵的初始位置為:定位磁鐵與霍 爾位置傳感器處于同一堅(jiān)直面內(nèi); 如果定位磁鐵不在預(yù)設(shè)的初始位置,則微處理器向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送反向控制脈沖信 號(hào),電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路將接收到的反向控制脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)電流傳輸至步進(jìn)電機(jī),驅(qū)動(dòng)電 流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng); 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)通過蝸桿、蝸輪和轉(zhuǎn)盤將定位磁鐵旋轉(zhuǎn)至與霍爾位置傳感器處于同一堅(jiān)直 面時(shí),微處理器停止向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送反向控制脈沖信號(hào),從而使旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置 在轉(zhuǎn)盤的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)至初始位置; 3) 上位機(jī)通過通信接口將測(cè)量控制信號(hào)傳輸至微處理器,根據(jù)接收到的測(cè)量控制信 號(hào),微處理器通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制步進(jìn)電機(jī)按照預(yù)設(shè)的方向和速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn);步進(jìn)電機(jī) 依次帶動(dòng)蝸桿、蝸輪和轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)盤依次通過旋轉(zhuǎn)連接頭和旋轉(zhuǎn)臂帶動(dòng)紅外測(cè)溫傳感器 在作物上方做水平圓弧運(yùn)動(dòng); 4) 在紅外測(cè)溫傳感器水平運(yùn)動(dòng)的過程中,微處理器控制步進(jìn)電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一定角度,就 啟動(dòng)紅外測(cè)溫傳感器進(jìn)行一次作物冠層溫度檢測(cè);紅外測(cè)溫傳感器將檢測(cè)到的多點(diǎn)作物 冠層溫度信號(hào)通過數(shù)據(jù)線傳輸至信號(hào)處理模塊,信號(hào)處理模塊將接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行放 大、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后傳輸至微處理器; 5) 完成所有預(yù)定的檢測(cè)角度后,微處理器控制步進(jìn)電機(jī)按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)霍爾位 置傳感器檢測(cè)到定位磁鐵處于預(yù)設(shè)的初始位置時(shí),微處理器停止向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送反向 控制脈沖信號(hào),從而使旋轉(zhuǎn)式紅外測(cè)溫裝置旋轉(zhuǎn)至初始位置,完成一次作物冠層溫度檢測(cè) 任務(wù); 根據(jù)預(yù)設(shè)的作物冠層溫度范圍,微處理器對(duì)接收到的作物冠層溫度進(jìn)行判斷,舍棄其 中不滿足預(yù)設(shè)作物冠層溫度范圍的溫度值,并對(duì)滿足預(yù)設(shè)作物冠層溫度范圍的溫度值取平 均值,得到的作物冠層溫度平均值通過通信接口傳輸至上位機(jī)。
9. 如權(quán)利要求8所述的一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)方法,其特征在于:所 述微處理器內(nèi)設(shè)置電機(jī)加速和電機(jī)減速程序,使得蝸輪和蝸桿不受旋轉(zhuǎn)臂啟動(dòng)和停止旋轉(zhuǎn) 階段慣性運(yùn)動(dòng)的影響。
10.如權(quán)利要求8所述的一種搖臂式多點(diǎn)作物冠層紅外溫度檢測(cè)方法,其特征在于:所 述旋轉(zhuǎn)臂的水平旋轉(zhuǎn)范圍為〇?360°。
【文檔編號(hào)】G01J5/00GK104089705SQ201410328159
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】蔡甲冰, 張寶忠, 劉鈺, 許迪, 魏征, 雷波, 李新 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院