專利名稱：一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān) 測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在水資源緊缺和生態(tài)環(huán)境雙重制約下，農(nóng)業(yè)用水必須向精量、準(zhǔn)確的方向發(fā) 展。精量灌溉即是考慮作物灌溉"適時"和"適量"的高效用水制度。作為現(xiàn)代 節(jié)水農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)的精量控制灌溉技術(shù)，需要以土壤墑情監(jiān)測預(yù)報、作物水分動 態(tài)監(jiān)測與作物生長信息的結(jié)合為基礎(chǔ)，研制開發(fā)智能化的灌溉信息采集裝置和智 能化的灌溉預(yù)報與決策支持軟件。田間作物灌溉決策指標(biāo)一般包括土壤水分、氣 象指標(biāo)和作物反應(yīng)三大類。因為土壤和土壤水分是供給作物生長的載體，傳統(tǒng)的 方法是根據(jù)土壤墑情來進(jìn)行灌溉決策，而田間小氣候的變化和作物生理生態(tài)指標(biāo) 的變化，能夠提供作物生長過程中對干旱的最直接的反應(yīng)?？紤]上述土壤、氣象、 作物等因素來進(jìn)行多指標(biāo)綜合的灌溉預(yù)報與決策，將會盡可能的使田間灌溉準(zhǔn)確、 高效。
在作物對水分的反應(yīng)上，冠氣溫差是一個較為理想的指標(biāo)。冠層溫度和大氣 溫度相對比較容易獲取，利用紅外測溫儀，可以方便快速的監(jiān)測作物冠層溫度， 具有不損害作物的特點，由于可采用遙測技術(shù)，利用冠氣溫差指標(biāo)進(jìn)行灌溉預(yù)報 的應(yīng)用上具有區(qū)域擴展能力，使得它在區(qū)域尺度上更具有優(yōu)勢。如何利用冠層溫 度進(jìn)行作物干旱程度判斷并進(jìn)行灌溉決策，研究人員提出了很多的相應(yīng)指標(biāo)。如
Hiler等最早提出的日脅迫指數(shù)(Stress Day Index, SDI)來確定灌溉開始時間；Idso 等用指標(biāo)日脅迫度(Stress Degree Day, SDD)來預(yù)測冬小麥最終產(chǎn)量，并提出了 根據(jù)環(huán)境變量來求標(biāo)準(zhǔn)化的SDD值的方法；Jackson等根據(jù)能量平衡原理提出了 作物水分脅迫指數(shù)(Crop Water Stress Index, CWSI)的概念；指標(biāo)日溫度脅迫 (Temperature Stress Day, TSD)是Gardner等在1981年，將高粱試驗中供水充分 點溫度與脅迫點溫度之差定義而成；Clawson等定義作物某個生育階段內(nèi)冠層溫 度變化范圍，利用指標(biāo)冠層溫度變量(Canopy Temperature Variability, CTV)來指 導(dǎo)灌溉，提出當(dāng)玉米CTV值達(dá)到0.8時開始灌溉。
國內(nèi)常用的一個比較簡單實用的指標(biāo)是冠層-氣溫差(Tc一Ta，簡稱冠氣溫差)， 因其測定簡便迅速、具有良好物理基礎(chǔ)和生理機制而能夠得以普遍應(yīng)用。對于冠
氣溫差的研究和應(yīng)用，尤其是對于最適宜應(yīng)用該指標(biāo)進(jìn)行灌溉決策的作物冬小麥， 許多學(xué)者提出了很多相關(guān)的試驗結(jié)果。但是在田間灌溉的實際應(yīng)用和監(jiān)測手段中， 尚未有利用冠氣溫差指標(biāo)進(jìn)行田間實時灌溉決策和控制，原因是未能解決該指標(biāo) 的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)自動采集。以往采用手持紅外測溫槍進(jìn)行作物冠層紅外溫度觀 測，不僅費時費力，所獲取的數(shù)據(jù)也很難達(dá)到同步和具備連續(xù)性；而且人工觀測 受觀測員的科學(xué)素養(yǎng)和工作習(xí)慣影響，也會導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差和系統(tǒng)誤差。另外，很 少有對作物白天和夜晚的冠層溫度進(jìn)行連續(xù)觀測和研究。因此，采用在線式作物
冠層紅外溫度監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行實時的精量灌溉決策，將能夠獲取實時、連續(xù)的作 物冠層溫度，提高灌溉管理的自動化程度，實現(xiàn)作物灌溉的"實時"和"適量"。 本發(fā)明有著較為廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠為現(xiàn)代化灌溉管理和灌溉決策 提供技術(shù)支持的在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種在線式作物冠氣溫差灌溉 決策監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于它包括數(shù)據(jù)處理裝置、紅外冠層溫度監(jiān)測裝置和防 雷裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲器和PC機；所述數(shù)據(jù)采集 器通過以太網(wǎng)交換機連接所述PC機；所述紅外冠層溫度監(jiān)測裝置包括一組內(nèi)部安 裝有紅外冠層溫度傳感器的高速云臺，所述各高速云臺分別通過支架立桿分散設(shè) 置在農(nóng)作物田間，至少其中一所述支架立桿上設(shè)置有一環(huán)境溫度傳感器，各所述 高速云臺和紅外冠層溫度傳感器通過RS485總線與所述數(shù)據(jù)處理裝置連接；所述 防雷裝置包括電源防雷、總線防雷和通訊防雷設(shè)施。
所述數(shù)據(jù)采集器采用arm架構(gòu)，嵌入式linux操作系統(tǒng)，內(nèi)置Web服務(wù)器， 并且自帶RS485通訊端口 ， SD卡插槽和標(biāo)準(zhǔn)RJ45接口 ， 10/100MHZ自適應(yīng)。
各所述高速云臺內(nèi)配置有水平和垂直安裝的RS485接口的數(shù)字化電機，所述 兩電機分別通過傳動裝置帶動所述紅外冠層溫度傳感器，進(jìn)行水平方向和垂直方 向的轉(zhuǎn)動。
所述紅外冠層溫度傳感器為數(shù)字式紅外溫度傳感器，內(nèi)建通訊協(xié)議，具備地 址識別功能。
所述紅外冠層溫度監(jiān)測裝置中的所有高速云臺采用一個地址，各所述高速云 臺內(nèi)的紅外冠層溫度傳感器分別采用一個不同地址和一個目標(biāo)切換器，所述數(shù)據(jù) 采集器的第一串口用于連接所述紅外冠層溫度傳感器，所述數(shù)據(jù)采集器的第二串 口用于連接所述目標(biāo)切換器，所述目標(biāo)切換器由一個指令同時切換，每只所述目
標(biāo)切換器對應(yīng)一個所述紅外冠層溫度傳感器，由所述PC機預(yù)置測量角度，由所述
數(shù)據(jù)采集器調(diào)用。
所述電源防雷采用將雷電導(dǎo)致的過電壓脈沖能量導(dǎo)入大地的分流設(shè)備；總線 防雷采用光隔離模式，在所述高速云臺和數(shù)據(jù)釆集器之間設(shè)置RS485信號浪涌保 護(hù)器；通訊防雷是在數(shù)據(jù)采集器和以太網(wǎng)交換機之間設(shè)置以太網(wǎng)信號浪涌保護(hù)器。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明數(shù)據(jù)采集器l采 用arm架構(gòu)，嵌入式linux操作系統(tǒng)，極大地應(yīng)用了操作系統(tǒng)提供的資源，并且降 低了系統(tǒng)的維護(hù)難度，有利于根據(jù)客戶進(jìn)一步的要求對系統(tǒng)提供升級。系統(tǒng)內(nèi)置 Web服務(wù)器，所有的操作通過瀏覽器即可實現(xiàn)，無需安裝任何軟件，對用戶的操 作系統(tǒng)也沒有要求，對儀器的管理和使用就像瀏覽網(wǎng)頁一樣容易。2、本發(fā)明操作 靈活，通過配置在田間不同區(qū)域的傳感器，可以對小區(qū)空間內(nèi)任意點的作物冠層 紅外溫度的變化規(guī)律進(jìn)行實時監(jiān)測。3、本發(fā)明適應(yīng)面廣，可以測量任何適合利用 冠層溫度指標(biāo)進(jìn)行灌溉決策的田間作物的冠層紅外溫度，可以根據(jù)作物生長高度 調(diào)節(jié)不同的觀測高度。4、本發(fā)明自成系統(tǒng)，綜合考慮了整個系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的防雷 技術(shù)，田間實施安全性較高，結(jié)構(gòu)簡單合理，成本低。5、本發(fā)明軟件接口合理易 用，使用方便，可以實時查看任意測量點任意時刻的觀測值。6、系統(tǒng)只對特定的 IP地址開放，并且有用戶口令保護(hù)和使用時間限制，提高了系統(tǒng)的安全性。本發(fā) 明可以廣泛用于在線作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理裝置硬件結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是本發(fā)明的高速云臺結(jié)構(gòu)示意圖
圖4是本發(fā)明的高速云臺安裝示意圖
圖5是本發(fā)明的高速云臺水平方向傳動機構(gòu)俯視圖
圖6是本發(fā)明的高速云臺垂直方向傳動機構(gòu)左視圖
圖7是本發(fā)明的紅外掃描測量電路組成圖
圖8是本發(fā)明的云臺觀測角度調(diào)節(jié)軟件界面
圖9是本發(fā)明的監(jiān)控軟件登陸界面
圖10是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實時監(jiān)控界面
圖11是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)掃描目標(biāo)設(shè)置界面
圖12是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面
圖13是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用戶控制管理界面
圖14是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)IP控制管理界面
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括數(shù)據(jù)處理裝置、紅外冠層溫度監(jiān)測裝置和防雷 裝置。數(shù)據(jù)處理裝置包括數(shù)據(jù)采集器1 (兩個串口)、數(shù)據(jù)存儲器(SD卡)2、以 太網(wǎng)交換機3和PC機4，數(shù)據(jù)采集器1通過以太網(wǎng)交換機3連接PC機4工作。 操作者不僅可以在PC機4上隨時瀏覽經(jīng)數(shù)據(jù)處理裝置1采集到的數(shù)據(jù)，還可以通 過PC機4控制高速云臺6動作。紅外冠層溫度系統(tǒng)為一組內(nèi)部安裝有紅外冠層傳 感器5 (以下簡稱傳感器5)的高速云臺6，高速云臺6通過支架立桿7分散設(shè)置 在農(nóng)作物田間，其中至少在一個支架立桿7上安裝有一個環(huán)境溫度傳感器8，從而 能實時在線監(jiān)測作物葉片溫度，并通過RS485總線與數(shù)據(jù)處理裝置連接，將監(jiān)測 采集到的溫度數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理裝置；防雷裝置采用全方位防雷技術(shù)，包括電源 防雷、總線防雷、通訊防雷等設(shè)施。
如圖2、圖3所示，本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集器l采用arm架構(gòu)，嵌入式linux操作 系統(tǒng)，內(nèi)置Web服務(wù)器，并且自帶RS485通訊端口 C0M1和COM2， 一個SD卡 插槽，用戶可插入市場上現(xiàn)有的任何容量的標(biāo)準(zhǔn)SD卡，標(biāo)準(zhǔn)RJ45接口， 10/100MHZ自適應(yīng)，通過以太網(wǎng)交換機3與PC機4相連。數(shù)據(jù)采集器l使用6 12V直流電源接入，功耗小于200mA。數(shù)據(jù)采集器1的串口 C0M1用于連接各安 裝在高速云臺6內(nèi)的傳感器5和環(huán)境溫度傳感器8，傳感器5為數(shù)字式紅外溫度傳 感器，內(nèi)建通訊協(xié)議，具備地址識別功能，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化測量，每個傳感器5 具備不同的通訊地址，且最多對應(yīng)128個不同的目標(biāo)地址。串口C0M2用于連接 一組目標(biāo)切換器9，該組目標(biāo)切換器9由一個指令同時切換，每只目標(biāo)切換器9 對應(yīng)一個傳感器5，每只目標(biāo)切換器可對最多128個目標(biāo)進(jìn)行切換，控制高速云臺 6動作，從而實現(xiàn)田間不同采集位置點的掃描。數(shù)據(jù)存儲器2采用SD卡，為巨大 容量數(shù)據(jù)的存儲提供了保證，并且系統(tǒng)軟件的更新可以通過SD卡進(jìn)行，方便了客 戶對系統(tǒng)的維護(hù)；SD卡上的數(shù)據(jù)以文件形式存貯，并且可在PC機4上直接讀取 數(shù)據(jù)，SD卡支持熱插拔功能，用戶在更換SD卡過程中，如遇到系統(tǒng)采集存忙， 則暫存在RAM中，待檢査到SD卡存在后，再將數(shù)據(jù)存入(或設(shè)置更換SD卡按 鍵，并LED顯示，在此狀態(tài)下系統(tǒng)停止采集)。由于系統(tǒng)釆用網(wǎng)絡(luò)端口實現(xiàn)通訊， 系統(tǒng)可以輕松地連接到互聯(lián)網(wǎng)上，無論用戶在任何時間、任何地點，只要能夠連 接互聯(lián)網(wǎng)，就能夠獲得數(shù)據(jù)，管理系統(tǒng)。而至于安全問題，系統(tǒng)設(shè)置了口令保護(hù) 和IP過濾功能，只有特定的IP地址和指導(dǎo)口令的用戶才能夠訪問系統(tǒng)。所有操作 通過數(shù)字通信指令完成，構(gòu)成了控制網(wǎng)絡(luò)，控制網(wǎng)絡(luò)與傳感器通訊網(wǎng)絡(luò)處于同一 個物理網(wǎng)絡(luò)上，簡化了系統(tǒng)的接線。系統(tǒng)上電后自動加載，并自動進(jìn)行采集程序，
所有設(shè)置、配置信息在掉電后不丟失，上電后自動工作。系統(tǒng)中裝有RTC后備電
池，掉電后保持時鐘運行。
本發(fā)明中的數(shù)據(jù)采集器1具有以下幾種功能
數(shù)據(jù)采集功能包括采集間隔最小為5分鐘，按5分鐘的倍數(shù)遞增；COM1
端口上接入一組不同地址的傳感器5，每只傳感器5對應(yīng)最多128個不同的目標(biāo)； COM2端口上接入一組目標(biāo)切換器9，每只目標(biāo)切換器9可對最多128個目標(biāo)進(jìn)行 切換，該組目標(biāo)切換器由一個指令同時切換。按設(shè)置的采集間隔對C0M1上的所 有傳感器5對應(yīng)的所有目標(biāo)輪循讀取一遍。采集間隔由客戶端PC機4通過Web 服器程序來修改。
數(shù)據(jù)存儲功能包括每進(jìn)行一次讀取后，統(tǒng)一進(jìn)行存貯(盡量減少寫入次數(shù))； 每一次讀取的數(shù)據(jù)加入一個時間數(shù)據(jù)，且這組數(shù)據(jù)為第一個采集開始時間。數(shù)據(jù) 以數(shù)據(jù)庫形式存貯，格式為
日期時間目標(biāo)l號傳感器 2號傳感器......N號傳感器
Web發(fā)布功能(實時顯示)包括實時顯示所有傳感器5所對應(yīng)的同一個目 標(biāo)的數(shù)據(jù)，具體顯示哪個目標(biāo)由用戶決定；實時顯示自動刷新數(shù)據(jù)的時間由采集 間隔決定，即每次采集后將對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)傳給Web服務(wù)器發(fā)布。用戶可自行 選擇傳感器5后，點擊確定后就可以立即刷新數(shù)據(jù)，但如果系統(tǒng)正在采集，則提
示忙碌請等待。
系統(tǒng)設(shè)置功能包括通過Web服務(wù)器設(shè)置數(shù)據(jù)采集間隔；調(diào)整傳感器5對應(yīng)
目標(biāo)的選擇功能，該功能對所有傳感器5同時修改，傳感器5未選擇的目標(biāo)將不 進(jìn)行采集和存貯；數(shù)據(jù)的下載、另存、清除功能；SD卡可用空間顯示，并根據(jù)當(dāng) 前采集的速率與數(shù)量計算出SD卡可記錄數(shù)據(jù)的天數(shù)。
高級系統(tǒng)設(shè)置可以進(jìn)行更改用戶名和用戶密碼；設(shè)置密碼有效時間；本機 IP的設(shè)置，具有IP過濾功能(利用該功能輸入可以訪問系統(tǒng)的IP地址)。
如圖3、圖4所示，本發(fā)明的紅外冠層溫度監(jiān)測裝置的支架立桿7可以采用鍍 鋅管焊接而成，支架立桿7的高度由實際情況而定。每一個支架立桿7下部設(shè)置 一接線盒IO，并用卡箍固定在支架立桿7上，高速云臺6及傳感器5的電源由此 接線盒10接入。高速云臺6由水平運動和垂直運動兩部分組成。水平運動部分包 括固定座11、水平支架12、水平方向步進(jìn)電機13、水平主動齒輪14、水平從 動齒輪15、水平皮帶16以及傳感器固定支架17;垂直運動部分包括垂直方向
步進(jìn)電機18、垂直主動齒輪19、垂直從動齒輪20、軸承21、垂直皮帶22以及傳 感器轉(zhuǎn)動支架23，在傳感器轉(zhuǎn)動支架23上固定一傳感器5和一定位激光源24。
如圖5所示，水平運動部分的水平方向步進(jìn)電機13垂向固定在水平支架12 上，水平從動齒輪15與水平支架12之間為固定為一體，水平主動齒輪14和從動 齒輪15通過皮帶16連接，水平從動齒輪15與固定座11之間通過一已有技術(shù)的 旋轉(zhuǎn)連接器25連接，傳感器轉(zhuǎn)動支架23固定在水平支架12上，當(dāng)高速云臺6收 到水平方向運動指令時，控制水平方向步進(jìn)電機13啟動，水平主動齒輪14轉(zhuǎn)動 通過皮帶16帶動水平從動齒輪15轉(zhuǎn)動，因為水平從動齒輪15與水平支架12為 固定連接機構(gòu)，且通過固定座11上的旋轉(zhuǎn)連接器25連接，因此沒有電纜硬連接 的限制，高速云臺6及傳感器5的電源和通信線均通過此旋轉(zhuǎn)連接器25與數(shù)據(jù)采 集器1連接，因此水平方向為360。連續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而使高速云臺6執(zhí)行了水平方向 轉(zhuǎn)動的命令。
如圖6所示，垂直運動部分的垂直方向步進(jìn)電機18水平固定在水平支架12 上，垂直從動齒輪20與傳感器轉(zhuǎn)動支架23之間為固定連接結(jié)構(gòu)，垂直主動齒輪 19和垂直從動齒輪20通過皮帶22連接，傳感器轉(zhuǎn)動支架23通過一對軸承21轉(zhuǎn) 動連接在傳感器固定支架17上。當(dāng)高速云臺6收到垂直方向運動指令時，控制垂 直方向步進(jìn)電機18啟動，垂直主動齒輪19轉(zhuǎn)動，通過皮帶22帶動垂直從動齒輪 20轉(zhuǎn)動，因為垂直從動齒輪20與傳感器轉(zhuǎn)動支架23連接成一體，因此，垂直從 動齒輪20帶動傳感器轉(zhuǎn)動支架23在傳感器固定支架17上轉(zhuǎn)動，從而使高速云臺 6執(zhí)行了垂直方向轉(zhuǎn)動的命令。垂直方向轉(zhuǎn)動的范圍為0° 90° ，高速云臺6 垂直運動部分中采用柔性電纜來連接傳感器5與高速云臺6的電路板，不影響傳 感器5的正常轉(zhuǎn)動動作。水平方向步進(jìn)電機13和垂直方向步進(jìn)電機18均為RS485 接口的數(shù)字化電機。
如圖7所示，傳感器5和高速云臺6與數(shù)據(jù)處理裝置1的通信采用RS485方 式，共用一條RS485總線，并通過COM 口與數(shù)據(jù)釆集器1連接，通信波特率為 2400bps。紅外冠層溫度監(jiān)測裝置中的所有高速云臺6采用一個地址，即采用廣播 命令方式控制，紅外冠層溫度監(jiān)測裝置中的每個傳感器5則設(shè)置為不同的地址。 高速云臺6最多可預(yù)置128個測量角度，預(yù)置測量角度可用PC機4設(shè)置，由數(shù)據(jù) 采集器1調(diào)用。
如圖8所示，具體操作如下用戶通過PC機4連接高速云臺6，打開高速云 臺6上的定位激光24，根據(jù)操作界面上顯示的激光照射點，操作右側(cè)的上下左右 幾個方向按鈕調(diào)整高速云臺6的位置，使傳感器5對準(zhǔn)待測目標(biāo)，轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置后，在"預(yù)制位號"處輸入位置代碼，再按"設(shè)置"，就將這個位置保存在高速
云臺6中了，調(diào)用時輸入相應(yīng)的位置代碼即可，每個高速云臺6最多可預(yù)置128 個角度位置代碼。系統(tǒng)運行后數(shù)據(jù)采集器1將發(fā)送這個代碼來控制傳感器切換測 量位置，系統(tǒng)中的每個高速云臺6都采用相同的方法設(shè)置。系統(tǒng)進(jìn)行采集時，首 先向高速云臺6發(fā)送待測量目標(biāo)的位置代碼，總線上的所有高速云臺6在收到該 代碼后，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)立即將傳感器5對準(zhǔn)各自預(yù)定的目標(biāo)，之后，數(shù)據(jù)采集器l 逐一按地址向傳感器5發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令，每個傳感器5收到符合自己的地址的 命令后，開始測量，測量完成向數(shù)據(jù)采集器l返回一個溫度數(shù)據(jù)。
如圖1所示，本發(fā)明的防雷裝置分電源防雷、總線防雷和通訊防雷。電源防 雷使用分流(限幅)技術(shù)，通過高吸收能量的分流設(shè)備將雷電導(dǎo)致的過電壓脈沖 能量導(dǎo)入大地?？偩€防雷采用光隔離模式，在云臺和數(shù)據(jù)采集器1之間設(shè)置RS485 信號浪涌保護(hù)器26，應(yīng)用當(dāng)今先進(jìn)的TVS瞬態(tài)電壓抑制器，可以有效抑制閃電和 ESD，提供每線600W的累積浪涌保護(hù)功率。通訊防雷是在數(shù)據(jù)采集器1和以太 網(wǎng)交換機3之間設(shè)置以太網(wǎng)信號浪涌保護(hù)器27，采用國際最新研制的響應(yīng)快、非 線性好、通流容量大的氣體放電管、TVS管、固體放電管作為保護(hù)元件，使信號 線路上的過載電壓、電流迅速泄放到大地，從而保護(hù)通訊線路正常。
下面結(jié)合一個應(yīng)用實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明
如圖1所示，數(shù)據(jù)處理裝置1的串口 C0M1用于連接經(jīng)RS485總線技術(shù)的15 個高速云臺6、傳感器5和1個環(huán)境溫度傳感器8，串口 COM2用于田間不同采集 位置點掃描的RS485總線數(shù)據(jù)采集器1，經(jīng)以太網(wǎng)交換機3連接PC機4。本應(yīng)用 實施例中，數(shù)據(jù)采集器1包括15個試驗小區(qū)，每個小區(qū)有28個位置的接口 (COM2);數(shù)據(jù)采集器1上的溫度傳感器接口的數(shù)量以及掃描位置方位和個數(shù)是 可以變化和擴充的。15個溫度傳感器和15個小區(qū)的28個不同位置分組連接在一 個數(shù)據(jù)采集器1上，分別將不同位置測量時的作物冠層紅外溫度數(shù)據(jù)和空氣溫度 數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器l，經(jīng)處理后的溫度數(shù)據(jù)被輸入PC機4。數(shù)據(jù)采集器l內(nèi) 嵌CPU處理器，自動完成各路紅外溫度與一路空氣溫度的測量、計算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 與串口通訊功能，電源接口由6 12V直流供電。
本應(yīng)用實施例中的在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)軟件操作與軟件功
能如下
1、進(jìn)入系統(tǒng)(如圖9所述)將正確的系統(tǒng)IP地址輸入瀏覽器的地址欄后， 進(jìn)入到系統(tǒng)初始頁面。輸入正確的用戶名和口令后，點擊"進(jìn)入"按鈕。如果IP 地址正確，用戶名密碼也正確，則可以通過下頁的鏈接進(jìn)入系統(tǒng)；如果IP地址不 正確，則提示"受限的用戶"。
2、 實時監(jiān)控(如圖10所示)當(dāng)系統(tǒng)處于采集工作間歇期間，用戶可以在這 個界面的文本輸入框中輸入傳感器的位置，點擊"刷新"按鈕即可得到當(dāng)前傳感 器的讀數(shù)。系統(tǒng)設(shè)置采集工作優(yōu)先，為了保證外部操作不與之發(fā)生沖突，當(dāng)采集 工作進(jìn)行時，如果點擊"刷新"按鈕，系統(tǒng)會從存儲的數(shù)據(jù)給出最新的一個。
3、 系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置包括目標(biāo)設(shè)置(如圖11所示)和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置(如 圖12所示)。
目標(biāo)設(shè)置用于設(shè)置被測點的位置和測量間隔。用戶可以鉤選所需要的測量位
置，測量位置預(yù)設(shè)了28個，可以參考系統(tǒng)中的示意圖。鉤選完畢后點擊"應(yīng)用
設(shè)置"按鈕使之生效。
檢査設(shè)置用于查看系統(tǒng)當(dāng)前采用的設(shè)置。測量間隔以分鐘為單位。如果全部
選定28個位置，讀取全部16個傳感器， 一個周期大約超過5分鐘，所以設(shè)置間 隔請超過5分鐘。點擊"修改采樣間隔"按鈕后立刻生效。此后，以此為基準(zhǔn)， 按設(shè)定的間隔定時采集。
系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置有8個按鈕。其中"查看磁盤空間"按鈕用于查看系統(tǒng)內(nèi)安裝 的SD卡的大小。"清除歷史數(shù)據(jù)"按鈕用于清除系統(tǒng)已經(jīng)記錄在SD卡上的數(shù)據(jù) 文件。注意該按鈕沒有確認(rèn)提示， 一旦點擊數(shù)據(jù)立刻刪除，無法恢復(fù)！ ！ ！"數(shù) 據(jù)文件下載"按鈕用于下載數(shù)據(jù)，點擊后用戶瀏覽器會提示下載數(shù)據(jù)文件 record.dat，要求用戶保存。數(shù)據(jù)文件為文本文件格式。數(shù)據(jù)以空格分隔，如下 排列
曰期時間被測點的位置傳感器1 傳感器15數(shù)據(jù)傳感器16數(shù)據(jù)(環(huán)境溫度) "恢復(fù)出廠設(shè)置"按鈕用于恢復(fù)出廠后的通訊參數(shù)?；緟?shù)如下 系統(tǒng)IP: 192. 192. 1. 120 用戶名hello 密碼hello
上位機需要設(shè)置IP為192.192.1.110
"更改系統(tǒng)時間"按鈕用于調(diào)整系統(tǒng)的時鐘，請根據(jù)格式輸入。
4、 高級設(shè)置包括用戶管理(如圖13所示)和IP管理(如圖14所示)。 用戶管理用于管理登錄口令，系統(tǒng)只有一個用戶和口令，請用戶牢記。此外
還需要設(shè)置系統(tǒng)登陸超時時間，也就是允許用戶使用系統(tǒng)的時長，超時后需要再
次登陸。注意 一定要設(shè)置時長，如果不輸入任何時長，則用戶無法正常使用。
通過設(shè)置IP管理功能，只有特定IP地址的用戶訪問系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安
全性。"顯示有效IP"按鈕用于顯示系統(tǒng)已經(jīng)接納的IP地址。在空格內(nèi)填入相應(yīng) 的IP地址，再按"添加"按鈕，可以增加更多的IP地址。服務(wù)器IP用戶設(shè)置系 統(tǒng)的IP地址。填寫完畢后點擊"應(yīng)用"按鈕。
本應(yīng)用實施例的具體操作步驟和灌溉決策實施方法如下
1、 根據(jù)田間實際情況，確定觀測傳感器的合理數(shù)目，在田塊的東南方位架設(shè) 傳感器立桿并安裝紅外測溫，建立硬件采集系統(tǒng)，利用網(wǎng)線與中控計算機進(jìn)行通 訊以進(jìn)行采集和控制；
2、 利用高速云臺6仰角調(diào)節(jié)軟件，結(jié)合試驗要求對紅外傳感器的掃描角度進(jìn) 行調(diào)節(jié)和定位；
3、 利用數(shù)據(jù)處理裝置1進(jìn)行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)下載；
4、 由監(jiān)測的環(huán)境溫度和田間不同位置的作物冠層溫度，確定冠氣溫差數(shù)值， 與作物灌溉閾值進(jìn)行比較，進(jìn)行灌溉決策。
上述實施例中，作物冠氣溫差在日內(nèi)的變化情況可以通過數(shù)據(jù)處理裝置1實 時地采集并顯示，在獲取此數(shù)據(jù)在田間不同空間的分布情況后，再結(jié)合土壤含水 率數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行精量灌溉決策，實施灌溉。
以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，任何基于本發(fā)明的等效變換，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、一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于它包括數(shù)據(jù)處理裝置、紅外冠層溫度監(jiān)測裝置和防雷裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲器和PC機；所述數(shù)據(jù)采集器通過以太網(wǎng)交換機連接所述PC機；所述紅外冠層溫度監(jiān)測裝置包括一組內(nèi)部安裝有紅外冠層溫度傳感器的高速云臺，所述各高速云臺分別通過支架立桿分散設(shè)置在農(nóng)作物田間，至少其中一所述支架立桿上設(shè)置有一環(huán)境溫度傳感器，各所述高速云臺和紅外冠層溫度傳感器通過RS485總線與所述數(shù)據(jù)處理裝置連接；所述防雷裝置包括電源防雷、總線防雷和通訊防雷設(shè)施。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于所述數(shù)據(jù)采集器采用arm架構(gòu)，嵌入式linux操作系統(tǒng)，內(nèi)置Web服務(wù)器， 并且自帶RS485通訊端口， SD卡插槽和標(biāo)準(zhǔn)RJ45接口， 10/100MHZ自適應(yīng)。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于各所述高速云臺內(nèi)配置有水平和垂直安裝的RS485接口的數(shù)字化電機，所 述兩電機分別通過傳動裝置帶動所述紅外冠層溫度傳感器，進(jìn)行水平方向和垂直 方向的轉(zhuǎn)動。
4、 如權(quán)利要求2所述的一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于；各所述高速云臺內(nèi)配置有水平和垂直安裝的RS485接口的數(shù)字化電機，所 述兩電機分別通過傳動裝置帶動所述紅外冠層溫度傳感器，進(jìn)行水平方向和垂直 方向的轉(zhuǎn)動。
5、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測 系統(tǒng)，其特征在于所述紅外冠層溫度傳感器為數(shù)字式紅外溫度傳感器，內(nèi)建通 訊協(xié)議，具備地址識別功能。
6、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測 系統(tǒng)，其特征在于所述紅外冠層溫度監(jiān)測裝置中的所有髙速云臺采用一個地址， 各所述高速云臺內(nèi)的紅外冠層溫度傳感器分別采用一個不同地址和一個目標(biāo)切換 器，所述數(shù)據(jù)采集器的第一串口用于連接所述紅外冠層溫度傳感器，所述數(shù)據(jù)采 集器的第二串口用于連接所述目標(biāo)切換器，所述目標(biāo)切換器由一個指令同時切換， 每只所述目標(biāo)切換器對應(yīng)一個所述紅外冠層溫度傳感器，由所述PC機預(yù)置測量角 度，由所述數(shù)據(jù)采集器調(diào)用。
7、 如權(quán)利要求5所述的一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述紅外冠層溫度監(jiān)測裝置中的所有高速云臺采用一個地址，各所述高速 云臺內(nèi)的紅外冠層溫度傳感器分別采用一個不同地址和一個目標(biāo)切換器，所述數(shù) 據(jù)采集器的第一串口用于連接所述紅外冠層溫度傳感器，所述數(shù)據(jù)采集器的第二串口用于連接所述目標(biāo)切換器，所述目標(biāo)切換器由一個指令同時切換，每只所述 目標(biāo)切換器對應(yīng)一個所述紅外冠層溫度傳感器，由所述PC機預(yù)置測量角度，由所 述數(shù)據(jù)采集器調(diào)用。
8、 如權(quán)利要求1或2或3或4或7所述的一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述電源防雷采用將雷電導(dǎo)致的過電壓脈沖能量導(dǎo)入大 地的分流設(shè)備；總線防雷采用光隔離模式，在所述高速云臺和數(shù)據(jù)采集器之間設(shè) 置RS485信號浪涌保護(hù)器；通訊防雷是在數(shù)據(jù)采集器和以太網(wǎng)交換機之間設(shè)置以太網(wǎng)信號浪涌保護(hù)器。
9、 如權(quán)利要求5所述的一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述電源防雷采用將雷電導(dǎo)致的過電壓脈沖能量導(dǎo)入大地的分流設(shè)備；總線防雷采用光隔離模式，在所述高速云臺和數(shù)據(jù)采集器之間設(shè)置RS485信號浪涌 保護(hù)器；通訊防雷是在數(shù)據(jù)采集器和以太網(wǎng)交換機之間設(shè)置以太網(wǎng)信號浪涌保護(hù)器。
10、 如權(quán)利要求6所述的一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述電源防雷采用將雷電導(dǎo)致的過電壓脈沖能量導(dǎo)入大地的分流設(shè)備；總線防雷采用光隔離模式，在所述高速云臺和數(shù)據(jù)采集器之間設(shè)置RS485信號浪 涌保護(hù)器；通訊防雷是在數(shù)據(jù)采集器和以太網(wǎng)交換機之間設(shè)置以太網(wǎng)信號浪涌保 護(hù)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于它包括數(shù)據(jù)處理裝置、紅外冠層溫度監(jiān)測裝置和防雷裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲器和PC機；所述數(shù)據(jù)采集器通過以太網(wǎng)交換機連接所述PC機；所述紅外冠層溫度監(jiān)測裝置包括一組內(nèi)部安裝有紅外冠層溫度傳感器的高速云臺，所述各高速云臺分別通過支架立桿分散設(shè)置在農(nóng)作物田間，至少其中一所述支架立桿上設(shè)置有一環(huán)境溫度傳感器，各所述高速云臺和紅外冠層溫度傳感器通過RS485總線與所述數(shù)據(jù)處理裝置連接；所述防雷裝置包括電源防雷、總線防雷和通訊防雷設(shè)施。本發(fā)明操作靈活，通過配置在田間不同區(qū)域的傳感器，可以對小區(qū)空間內(nèi)任意點的作物冠層紅外溫度的變化規(guī)律進(jìn)行實時監(jiān)測。
文檔編號G05B19/04GK101169627SQ20071017819
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者鈺 劉, 新 李, 松 翟, 蔡甲冰 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院