專利名稱：一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)。
技術(shù)背景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(shí)"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(cè)預(yù)報(bào)、作物水分動(dòng) 態(tài)監(jiān)測(cè)與作物生長(zhǎng)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(bào)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?yàn)橥寥篮屯寥浪质枪┙o作物生長(zhǎng)的載體，傳統(tǒng)的 方法是根據(jù)土壤墑情來(lái)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(zhǎng)過(guò)程中對(duì)干旱的最直接的反應(yīng)?？紤]上述土壤、氣象、 作物等因素來(lái)進(jìn)行多指標(biāo)綜合的灌溉預(yù)報(bào)與決策，將會(huì)盡可能的使田間灌溉準(zhǔn)確、 高效。在作物對(duì)水分的反應(yīng)上，冠氣溫差是一個(gè)較為理想的指標(biāo)。冠層溫度和大氣 溫度相對(duì)比較容易獲取，利用紅外測(cè)溫儀，可以方便快速的監(jiān)測(cè)作物冠層溫度， 具有不損害作物的特點(diǎn)，由于可采用遙測(cè)技術(shù)，利用冠氣溫差指標(biāo)進(jìn)行灌溉預(yù)報(bào) 的應(yīng)用上具有區(qū)域擴(kuò)展能力，使得它在區(qū)域尺度上更具有優(yōu)勢(shì)。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(lái)確定灌溉開始時(shí)間；Idso 等用指標(biāo)日脅迫度(Stress Degree Day, SDD)來(lái)預(yù)測(cè)冬小麥最終產(chǎn)量，并提出了 根據(jù)環(huán)境變量來(lái)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(yàn)中供水充分 點(diǎn)溫度與脅迫點(diǎn)溫度之差定義而成；Clawson等定義作物某個(gè)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(lái)指 導(dǎo)灌溉，提出當(dāng)玉米CTV值達(dá)到0.8時(shí)開始灌溉。國(guó)內(nèi)常用的一個(gè)比較簡(jiǎn)單實(shí)用的指標(biāo)是冠層-氣溫差(Tc一Ta，簡(jiǎn)稱冠氣溫差)， 因其測(cè)定簡(jiǎn)便迅速、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。對(duì)于冠氣溫差的研究和應(yīng)用，尤其是對(duì)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(yàn)結(jié)果。但是在田間灌溉的實(shí)際應(yīng)用和監(jiān)測(cè)手段中， 尚未有利用冠氣溫差指標(biāo)進(jìn)行田間實(shí)時(shí)灌溉決策和控制，原因是未能解決該指標(biāo) 的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。以往采用手持紅外測(cè)溫槍進(jìn)行作物冠層紅外溫度觀 測(cè)，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)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(cè) 受觀測(cè)員的科學(xué)素養(yǎng)和工作習(xí)慣影響，也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差和系統(tǒng)誤差。另外，很 少有對(duì)作物白天和夜晚的冠層溫度進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)和研究。因此，采用在線式作物 冠層紅外溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的精量灌溉決策，將能夠獲取實(shí)時(shí)、連續(xù)的作 物冠層溫度，提高灌溉管理的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)作物灌溉的"實(shí)時(shí)"和"適量"。 本實(shí)用新型有著較為廣闊的應(yīng)用前景。 發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠?yàn)楝F(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(cè)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案 一種在線式作物冠氣溫差 灌溉決策監(jiān)測(cè)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(cè)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(chǔ)器和PC機(jī)；所述數(shù)據(jù) 采集器通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)連接所述PC機(jī)；所述紅外冠層溫度監(jiān)測(cè)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(tái)，所述各高速云臺(tái)分別通過(guò)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(tái)和紅外冠層溫度傳感器通過(guò)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(tái)內(nèi)配置有水平和垂直安裝的RS485接口的數(shù)字化電機(jī)，所述 兩電機(jī)分別通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)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(dòng)。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(shí)別功能。所述紅外冠層溫度監(jiān)測(cè)裝置中的所有高速云臺(tái)采用一個(gè)地址，各所述高速云 臺(tái)內(nèi)的紅外冠層溫度傳感器分別采用一個(gè)不同地址和一個(gè)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(gè)指令同時(shí)切換，每只所述目標(biāo)切換器對(duì)應(yīng)一個(gè)所述紅外冠層溫度傳感器，由所述PC機(jī)預(yù)置測(cè)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(guò)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(tái)和數(shù)據(jù)采集器之間設(shè)置RS485信號(hào)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(jī)之間設(shè)置以太網(wǎng)信號(hào)浪涌保護(hù)器。本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采 集器1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(duì)系統(tǒng)提供升級(jí)。系 統(tǒng)內(nèi)置Web服務(wù)器，所有的操作通過(guò)瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)，無(wú)需安裝任何軟件，對(duì)用 戶的操作系統(tǒng)也沒(méi)有要求，對(duì)儀器的管理和使用就像瀏覽網(wǎng)頁(yè)一樣容易。2、本實(shí) 用新型操作靈活，通過(guò)配置在田間不同區(qū)域的傳感器，可以對(duì)小區(qū)空間內(nèi)任意點(diǎn) 的作物冠層紅外溫度的變化規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。3、本實(shí)用新型適應(yīng)面廣，可以測(cè) 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(zhǎng)高度調(diào)節(jié)不同的觀測(cè)高度。4、本實(shí)用新型自成系統(tǒng)，綜合考慮了整個(gè) 系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的防雷技術(shù)，田間實(shí)施安全性較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，成本低。5、本 實(shí)用新型軟件接口合理易用，使用方便，可以實(shí)時(shí)査看任意測(cè)量點(diǎn)任意時(shí)刻的觀 測(cè)值。6、系統(tǒng)只對(duì)特定的IP地址開放，并且有用戶口令保護(hù)和使用時(shí)間限制， 提高了系統(tǒng)的安全性。本實(shí)用新型可以廣泛用于在線作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)。

圖1是本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)處理裝置硬件結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實(shí)用新型的高速云臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖圖4是本實(shí)用新型的高速云臺(tái)安裝示意圖圖5是本實(shí)用新型的高速云臺(tái)水平方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)俯視圖圖6是本實(shí)用新型的高速云臺(tái)垂直方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)左視圖圖7是本實(shí)用新型的紅外掃描測(cè)量電路組成圖圖8是本實(shí)用新型的云臺(tái)觀測(cè)角度調(diào)節(jié)軟件界面圖9是本實(shí)用新型的監(jiān)控軟件登陸界面圖IO是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面圖11是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)掃描目標(biāo)設(shè)置界面圖12是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面圖13是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)用戶控制管理界面圖14是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)IP控制管理界面具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖l、圖2所示，本實(shí)用新型包括數(shù)據(jù)處理裝置、紅外冠層溫度監(jiān)測(cè)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(gè)串口)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(SD卡)2、 以太網(wǎng)交換機(jī)3和PC機(jī)4，數(shù)據(jù)采集器1通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)3連接PC機(jī)4工作。 操作者不僅可以在PC機(jī)4上隨時(shí)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(guò)PC機(jī)4控制高速云臺(tái)6動(dòng)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(jiǎn)稱傳感器5)的高速云臺(tái)6，高速云臺(tái)6通過(guò)支架立桿7分散設(shè)置 在農(nóng)作物田間，其中至少在一個(gè)支架立桿7上安裝有一個(gè)環(huán)境溫度傳感器8，從而 能實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)作物葉片溫度，并通過(guò)RS485總線與數(shù)據(jù)處理裝置連接，將監(jiān)測(cè) 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，本實(shí)用新型的數(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 COM1和COM2， 一個(gè) SD卡插槽，用戶可插入市場(chǎng)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(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)3與PC機(jī)4相連。數(shù)據(jù)采集器1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(tái)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(shí)別功能，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量，每個(gè)傳感器5 具備不同的通訊地址，且最多對(duì)應(yīng)128個(gè)不同的目標(biāo)地址。串口COM2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(gè)指令同時(shí)切換，每只目標(biāo)切換器9 對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器5，每只目標(biāo)切換器可對(duì)最多128個(gè)目標(biāo)進(jìn)行切換，控制高速云臺(tái) 6動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)田間不同采集位置點(diǎn)的掃描。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2采用SD卡，為巨大 容量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)提供了保證，并且系統(tǒng)軟件的更新可以通過(guò)SD卡進(jìn)行，方便了客 戶對(duì)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(jī)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(guò)程中，如遇到系統(tǒng)采集存貯， 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)采用網(wǎng)絡(luò)端口實(shí)現(xiàn)通訊， 系統(tǒng)可以輕松地連接到互聯(lián)網(wǎng)上，無(wú)論用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，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(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)置了口令保護(hù)和IP過(guò)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(wèn)系統(tǒng)。所有操作 通過(guò)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(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的接線。系統(tǒng)上電后自動(dòng)加載，并自動(dòng)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(dòng)工作。系統(tǒng)中裝有RTC后備電 池，掉電后保持時(shí)鐘運(yùn)行。本實(shí)用新型中的數(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；C0M1 端口上接入一組不同地址的傳感器5，每只傳感器5對(duì)應(yīng)最多128個(gè)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(duì)最多128個(gè)目標(biāo)進(jìn)行 切換，該組目標(biāo)切換器由一個(gè)指令同時(shí)切換。按設(shè)置的采集間隔對(duì)C0M1上的所 有傳感器5對(duì)應(yīng)的所有目標(biāo)輪循讀取一遍。采集間隔由客戶端PC機(jī)4通過(guò)Web 服器程序來(lái)修改。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)，且這組數(shù)據(jù)為第一個(gè)采集開始時(shí)間。數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)形式存貯，格式為日期時(shí)間 目標(biāo) l號(hào)傳感器 2號(hào)傳感器 ...... N號(hào)傳感器Web發(fā)布功能(實(shí)時(shí)顯示)包括實(shí)時(shí)顯示所有傳感器5所對(duì)應(yīng)的同一個(gè)目 標(biāo)的數(shù)據(jù)，具體顯示哪個(gè)目標(biāo)由用戶決定；實(shí)時(shí)顯示自動(dòng)刷新數(shù)據(jù)的時(shí)間由采集 間隔決定，即每次采集后將對(duì)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(diǎn)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(qǐng)等待。系統(tǒng)設(shè)置功能包括通過(guò)Web服務(wù)器設(shè)置數(shù)據(jù)采集間隔；調(diào)整傳感器5對(duì)應(yīng)目標(biāo)的選擇功能，該功能對(duì)所有傳感器5同時(shí)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(jì)算出SD卡可記錄數(shù)據(jù)的天數(shù)。高級(jí)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(shí)間；本機(jī) IP的設(shè)置，具有IP過(guò)濾功能(利用該功能輸入可以訪問(wèn)系統(tǒng)的IP地址)。如圖3、圖4所示，本實(shí)用新型的紅外冠層溫度監(jiān)測(cè)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(shí)際情況而定。每一個(gè)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(tái)6及傳感器5的電源 由此接線盒10接入。高速云臺(tái)6由水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)兩部分組成。水平運(yùn)動(dòng)部 分包括固定座11、水平支架12、水平方向步進(jìn)電機(jī)13、水平主動(dòng)齒輪14、水8平從動(dòng)齒輪15、水平皮帶16以及傳感器固定支架17;垂直運(yùn)動(dòng)部分包括垂直方向步進(jìn)電機(jī)18、垂直主動(dòng)齒輪19、垂直從動(dòng)齒輪20、軸承21、垂直皮帶22以 及傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)支架23，在傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)部分的水平方向步進(jìn)電機(jī)13垂向固定在水平支架12 上，水平從動(dòng)齒輪15與水平支架12之間為固定為一體，水平主動(dòng)齒輪14和從動(dòng) 齒輪15通過(guò)皮帶16連接，水平從動(dòng)齒輪15與固定座11之間通過(guò)一已有技術(shù)的 旋轉(zhuǎn)連接器25連接，傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)支架23固定在水平支架12上，當(dāng)高速云臺(tái)6收 到水平方向運(yùn)動(dòng)指令時(shí)，控制水平方向步進(jìn)電機(jī)13啟動(dòng)，水平主動(dòng)齒輪14轉(zhuǎn)動(dòng) 通過(guò)皮帶16帶動(dòng)水平從動(dòng)齒輪15轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)樗綇膭?dòng)齒輪15與水平支架12為 固定連接機(jī)構(gòu)，且通過(guò)固定座11上的旋轉(zhuǎn)連接器25連接，因此沒(méi)有電纜硬連接 的限制，高速云臺(tái)6及傳感器5的電源和通信線均通過(guò)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?yàn)?60°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而使高速云臺(tái)6執(zhí)行了水平方向 轉(zhuǎn)動(dòng)的命令。如圖6所示，垂直運(yùn)動(dòng)部分的垂直方向步進(jìn)電機(jī)18水平固定在水平支架12 上，垂直從動(dòng)齒輪20與傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)支架23之間為固定連接結(jié)構(gòu)，垂直主動(dòng)齒輪 19和垂直從動(dòng)齒輪20通過(guò)皮帶22連接，傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)支架23通過(guò)一對(duì)軸承21轉(zhuǎn) 動(dòng)連接在傳感器固定支架17上。當(dāng)高速云臺(tái)6收到垂直方向運(yùn)動(dòng)指令時(shí)，控制垂 直方向步進(jìn)電機(jī)18啟動(dòng)，垂直主動(dòng)齒輪19轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)皮帶22帶動(dòng)垂直從動(dòng)齒輪 20轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)榇怪睆膭?dòng)齒輪20與傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)支架23連接成一體，因此，垂直從 動(dòng)齒輪20帶動(dòng)傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)支架23在傳感器固定支架17上轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使高速云臺(tái) 6執(zhí)行了垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)的命令。垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍為0° 90° ，高速云臺(tái)6 垂直運(yùn)動(dòng)部分中采用柔性電纜來(lái)連接傳感器5與高速云臺(tái)6的電路板，不影響傳 感器5的正常轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。水平方向步進(jìn)電機(jī)13和垂直方向步進(jìn)電機(jī)18均為RS485 接口的數(shù)字化電機(jī)。如圖7所示，傳感器5和高速云臺(tái)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(guò)COM 口與數(shù)據(jù)采集器1連接，通信波特率為 2400bps。紅外冠層溫度監(jiān)測(cè)裝置中的所有高速云臺(tái)6采用一個(gè)地址，即采用廣播 命令方式控制，紅外冠層溫度監(jiān)測(cè)裝置中的每個(gè)傳感器5則設(shè)置為不同的地址。 高速云臺(tái)6最多可預(yù)置128個(gè)測(cè)量角度，預(yù)置測(cè)量角度可用PC機(jī)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(guò)PC機(jī)4連接高速云臺(tái)6，打開高速云臺(tái)6上的定位激光24，根據(jù)操作界面上顯示的激光照射點(diǎn)，操作右側(cè)的上下左右?guī)讉€(gè)方向按鈕調(diào)整高速云臺(tái)6的位置，使傳感器5對(duì)準(zhǔn)待測(cè)目標(biāo)，轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置后，在"預(yù)制位號(hào)"處輸入位置代碼，再按"設(shè)置"，就將這個(gè)位置保存在高速云臺(tái)6中了，調(diào)用時(shí)輸入相應(yīng)的位置代碼即可，每個(gè)高速云臺(tái)6最多可預(yù)置128 個(gè)角度位置代碼。系統(tǒng)運(yùn)行后數(shù)據(jù)采集器1將發(fā)送這個(gè)代碼來(lái)控制傳感器切換測(cè) 量位置，系統(tǒng)中的每個(gè)高速云臺(tái)6都采用相同的方法設(shè)置。系統(tǒng)進(jìn)行采集時(shí)，首 先向高速云臺(tái)6發(fā)送待測(cè)量目標(biāo)的位置代碼，總線上的所有高速云臺(tái)6在收到該 代碼后，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)立即將傳感器5對(duì)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(gè)傳感器5收到符合自己的地址的 命令后，開始測(cè)量，測(cè)量完成向數(shù)據(jù)采集器l返回一個(gè)溫度數(shù)據(jù)。如圖1所示，本實(shí)用新型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(guò)高吸收能量的分流設(shè)備將雷電導(dǎo)致的過(guò)電壓 脈沖能量導(dǎo)入大地?？偩€防雷采用光隔離模式，在云臺(tái)和數(shù)據(jù)采集器1之間設(shè)置 RS485信號(hào)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(jī)3之間設(shè)置以太網(wǎng)信號(hào)浪涌保護(hù)器27，采用國(guó)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(hào)線路上的過(guò)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(gè)應(yīng)用實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)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(gè)高速云臺(tái)6、傳感器5和1個(gè)環(huán)境溫度傳感器8，串口 COM2用于田間不同采集 位置點(diǎn)掃描的RS485總線數(shù)據(jù)采集器1，經(jīng)以太網(wǎng)交換機(jī)3連接PC機(jī)4。本應(yīng)用 實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集器1包括15個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)有28個(gè)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(gè)數(shù)是 可以變化和擴(kuò)充的。15個(gè)溫度傳感器和15個(gè)小區(qū)的28個(gè)不同位置分組連接在一 個(gè)數(shù)據(jù)采集器1上，分別將不同位置測(cè)量時(shí)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(jī)4。數(shù)據(jù)采集器l內(nèi) 嵌CPU處理器，自動(dòng)完成各路紅外溫度與一路空氣溫度的測(cè)量、計(jì)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(shí)施例中的在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測(cè)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(yè)面。輸入正確的用戶名和口令后，點(diǎn)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(guò)下頁(yè)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(shí)時(shí)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(gè)界面的文本輸入框中輸入傳感器的位置，點(diǎn)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(shí)，如果點(diǎn)擊"刷新"按鈕，系統(tǒng)會(huì)從存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)給出最新的一個(gè)。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(cè)點(diǎn)的位置和測(cè)量間隔。用戶可以鉤選所需要的測(cè)量位置，測(cè)量位置預(yù)設(shè)了 28個(gè)，可以參考系統(tǒng)中的示意圖。鉤選完畢后點(diǎn)擊"應(yīng)用 設(shè)置"按鈕使之生效。檢查設(shè)置用于査看系統(tǒng)當(dāng)前采用的設(shè)置。測(cè)量間隔以分鐘為單位。如果全部 選定28個(gè)位置，讀取全部16個(gè)傳感器， 一個(gè)周期大約超過(guò)5分鐘，所以設(shè)置間 隔請(qǐng)超過(guò)5分鐘。點(diǎn)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(shí)采集。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置有8個(gè)按鈕。其中"査看磁盤空間"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)己經(jīng)記錄在SD卡上的數(shù)據(jù) 文件。注意該按鈕沒(méi)有確認(rèn)提示， 一旦點(diǎn)擊數(shù)據(jù)立刻刪除，無(wú)法恢復(fù)！ ！ ！"數(shù) 據(jù)文件下載"按鈕用于下載數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊后用戶瀏覽器會(huì)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 排列日期時(shí)間被測(cè)點(diǎn)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(jī)需要設(shè)置IP為192.192.1.110"更改系統(tǒng)時(shí)間"按鈕用于調(diào)整系統(tǒng)的時(shí)鐘，請(qǐng)根據(jù)格式輸入。4、 高級(jí)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(gè)用戶和口令，請(qǐng)用戶牢記。此外還需要設(shè)置系統(tǒng)登陸超時(shí)時(shí)間，也就是允許用戶使用系統(tǒng)的時(shí)長(zhǎng)，超時(shí)后需要再11次登陸。注意 一定要設(shè)置時(shí)長(zhǎng)，如果不輸入任何時(shí)長(zhǎng)，則用戶無(wú)法正常使用。 通過(guò)設(shè)置IP管理功能，只有特定IP地址的用戶訪問(wèn)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(diǎn)擊"應(yīng)用"按鈕。本應(yīng)用實(shí)施例的具體操作步驟和灌溉決策實(shí)施方法如下1、 根據(jù)田間實(shí)際情況，確定觀測(cè)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(cè)溫，建立硬件采集系統(tǒng)，利用網(wǎng)線與中控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通 訊以進(jìn)行采集和控制；2、 利用高速云臺(tái)6仰角調(diào)節(jié)軟件，結(jié)合試驗(yàn)要求對(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)下載；4、 由監(jiān)測(cè)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(shí)施例中，作物冠氣溫差在日內(nèi)的變化情況可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理裝置1實(shí) 時(shí)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(shí)施灌溉。以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，任何基于本實(shí)用新型的等效變換，均不 應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(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(cè)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(cè)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(chǔ)器和PC機(jī)；所述數(shù)據(jù)采集器通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)連接所述PC機(jī)；所述紅外冠層溫度監(jiān)測(cè)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(tái)，所述各高速云臺(tái)分別通過(guò)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(tái)和紅外冠層溫度傳感器通過(guò)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(cè)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(cè)系統(tǒng)，其特征 在于各所述高速云臺(tái)內(nèi)配置有水平和垂直安裝的RS485接口的數(shù)字化電機(jī)，所 述兩電機(jī)分別通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)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(dòng)。
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(cè)系統(tǒng)，其特征 在于；各所述高速云臺(tái)內(nèi)配置有水平和垂直安裝的RS485接口的數(shù)字化電機(jī)，所 述兩電機(jī)分別通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)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(dòng)。
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(cè) 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(shí)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(cè) 系統(tǒng)，其特征在于所述紅外冠層溫度監(jiān)測(cè)裝置中的所有高速云臺(tái)采用一個(gè)地址， 各所述高速云臺(tái)內(nèi)的紅外冠層溫度傳感器分別采用一個(gè)不同地址和一個(gè)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(gè)指令同時(shí)切換， 每只所述目標(biāo)切換器對(duì)應(yīng)一個(gè)所述紅外冠層溫度傳感器，由所述PC機(jī)預(yù)置測(cè)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(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述紅外冠層溫度監(jiān)測(cè)裝置中的所有高速云臺(tái)采用一個(gè)地址，各所述高速 云臺(tái)內(nèi)的紅外冠層溫度傳感器分別采用一個(gè)不同地址和一個(gè)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(gè)指令同時(shí)切換，每只所述 目標(biāo)切換器對(duì)應(yīng)一個(gè)所述紅外冠層溫度傳感器，由所述PC機(jī)預(yù)置測(cè)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(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述電源防雷采用將雷電導(dǎo)致的過(guò)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(tái)和數(shù)據(jù)采集器之間設(shè) 置RS485信號(hào)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(jī)之間設(shè)置以太網(wǎng)信號(hào)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(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述電源防雷采用將雷電導(dǎo)致的過(guò)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(tái)和數(shù)據(jù)采集器之間設(shè)置RS485信號(hào)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(jī)之間設(shè)置以太網(wǎng)信號(hào)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(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述電源防雷采用將雷電導(dǎo)致的過(guò)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(tái)和數(shù)據(jù)采集器之間設(shè)置RS485信號(hào)浪 涌保護(hù)器；通訊防雷是在數(shù)據(jù)釆集器和以太網(wǎng)交換機(jī)之間設(shè)置以太網(wǎng)信號(hào)浪涌保護(hù)器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測(cè)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(cè)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(chǔ)器和PC機(jī)；所述數(shù)據(jù)采集器通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)連接所述PC機(jī)；所述紅外冠層溫度監(jiān)測(cè)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(tái)，所述各高速云臺(tái)分別通過(guò)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(tái)和紅外冠層溫度傳感器通過(guò)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。本實(shí)用新型操作靈活，通過(guò)配置在田間不同區(qū)域的傳感器，可以對(duì)小區(qū)空間內(nèi)任意點(diǎn)的作物冠層紅外溫度的變化規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201116980SQ20072019040
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院