一種植物測微自動化灌溉儀的製作方法
2023-04-30 22:28:11 1
專利名稱：一種植物測微自動化灌溉儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於微位移測量和灌溉儀設計領域，特別涉及一種植物測微自動化灌 溉儀。
背景技術：
植物測微技術是對反映植物生長狀態的莖幹直徑或果實線度進行實時持續地高 精度測量，然後對測量記錄進行分析，得出植物生長的各類生理參數，從而研究同種植物一 個時間段的生長情況和影響不同植物生長的因素和條件。隨著智能化電子產品的逐漸發 展，這種技術也開始得到越來越多的關注。目前現有的灌溉儀指導方法有水分平衡法、水分張力測量法等，基本是根據土壤 的溼度與氣候條件來決定是否進行灌溉，這類方法不能準確全面地反映土壤的乾旱狀況， 比如，在植物根部所在區域不同時，測量出來的土壤的溼度可能有很大的差別，從而導致灌 溉儀做出錯誤的判斷。因此，考慮將植物測微技術應用於灌溉領域具有很大的理論和實用價值。
實用新型內容本實用新型的主要目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種植物測微自動 化灌溉儀，其檢測準確、使用方便。本實用新型的目的通過以下的技術方案實現一種植物測微自動化灌溉儀，包括 控制裝置、計算機、電源、LVDT傳感器、信號變送器和AD轉換器，計算機、電源和AD轉換器 均通過接口與控制裝置相連，電源通過電源接口對控制裝置、計算機供電，多組LVDT傳感 器與信號變送器分別一一對應連接，各個信號變送器分別與AD轉換器相連，各個LVDT傳感 器設置於各株植物的莖幹處，控制裝置與外界水泵電機通過用於控制水泵電機開閉的裝置 連接。作為優選，所述控制裝置以單片機為核心，定時採集數據，並將數據保存至計算機 中。所述AD轉換器與1-8個信號變送器連接。所述LVDT傳感器測量範圍在0-10毫米時，最小解析度為10微米。所述電源為220V交流供電或蓄電池供電。所述計算機和控制裝置之間的通訊接口採用RS232接口。所述計算機採用基於RAM9的嵌入式計算機。所述用於控制水泵電機開閉的裝置為接觸器或固態繼電器。本實用新型的基本原理是生長期植物器官體積或莖幹直徑隨時間日周期變化， 通過測量這種變化並分析得出植物生長的生理參數可以判斷植物是否處於乾旱狀態。首 先，將多個LVDT傳感器分別設置於多株植物莖幹處，當植物生長變化時，會使LVDT傳感器 內的鐵心產生一個位移，從而輸出一個電壓信號至信號變送器，信號變送器通過接口將該電壓信號傳送至AD轉換器，AD轉換器將接收到的多個測量通道傳來的數據傳送至控制裝 置，控制裝置將數據保存到電子硬碟中，並分析得出植物生長的生理參數，再與設置的植物 生長生理參數的臨界值進行比對，來判斷植物是否處於乾旱狀態，如果處於乾旱狀態則發 出澆灌指令至用於控制水泵電機開閉的裝置，開啟水泵電機，實現灌溉。同時可在計算機中 查看和分析植物生長情況。本實用新型與現有技術相比，具有如下優點和有益效果1、本實用新型通過直接測量植物莖幹直徑來實現自動灌溉，既包含了氣候條件的 水分平衡法，又包含了土壤水分狀況的土壤水勢法，能精確地反應植物自身對水分需求。2、本實用新型採用LVDT傳感器和AD698晶片相結合實現變送功能，測量精度高。3、本實用新型將植物測微技術應用於灌溉領域，具有很大的理論和實用價值。
圖1是正常生長期植物的莖幹直徑隨時間日周期的變化示意圖；圖2是本實用新型結構示意圖；圖3是本實用新型中LVDT傳感器測量原理圖；圖4是本實用新型中信號變送器結構原理圖；圖5是本實用新型中自動灌溉控制外接電路的原理示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施 方式不限於此。實施例1如圖1所示，植物莖幹的直徑隨著時間日周期發生變化，圖中兩個峰值或谷值之 間的時間間隔為M小時。由於白天植物葉片水分的蒸騰大於根的吸收，植物體內水流失， 所以植物莖幹直徑變小；夜間植物葉片水分的蒸騰小於根的吸收，植物莖幹直徑變大。正常 生長期的植物，其莖幹直徑隨時間呈波浪狀增大，即第二天的峰值大於第一天的峰值，但在 乾旱狀態下，即使在土壤其它條件(環境溫度、空氣溼度、光照、土壤中的養分等)不變的情 況下，由於植物體內白天被流失的水分在晚上得不到及時補充，會導致植物莖幹直徑不能 按時恢復，甚至隨時間呈波浪狀變小。所以通過測量如圖中所示的植物器官線度的日淨增 長量(DG)，植物器官線度日完全復原所需時間(RT)，植物器官線度日最大收縮量(MDS)等 生理參數即可判斷植物是否處於乾旱狀態。本實用新型即是根據這一原理來實現自動灌溉 的。如圖2所示，本實用新型根據上述原理設計的一種植物測微自動化灌溉儀，包括 控制裝置、計算機、電源、LVDT傳感器、信號變送器和AD轉換器，計算機、電源和AD轉換器 均通過接口與控制裝置相連，電源通過電源接口對控制裝置、計算機供電，多組LVDT傳感 器與信號變送器分別一一對應連接，各個信號變送器分別與AD轉換器相連，各個LVDT傳感 器設置於各株植物的莖幹處，控制裝置與外界水泵電機通過用於控制水泵電機開閉的裝置 連接。所述控制裝置以單片機為核心，定時採集數據，並將數據保存至計算機中。[0029]所述AD轉換器與8個信號變送器連接。所述電源為220V交流供電。所述計算機和控制裝置之間的通訊接口採用RS232接口。所述計算機採用基於RAM9的嵌入式計算機。所述LVDT傳感器測量範圍在0 10毫米時，最小解析度為10微米。如圖3所示，圖中的圓圈是植物莖幹的剖面，植物莖幹以左邊的虛線為固定端， LVDT以右邊的虛線為固定端。植物莖幹直徑收縮或膨脹，將推動鐵心位置移動，導致差動變 壓器的輸出電壓變化。即變壓器的輸出電壓變化直接反映了莖幹直徑的變化。如圖4所示，本實施例中採用AD698晶片來實現信號變送功能，AD698晶片內部 晶振和參考電壓源及外部元件組成正弦輸出源，經放大器放大輸出頻率和電壓恆定的正弦 波，送到LVDT的原邊，同時送到B運放，LVDT的差動輸出電壓送到A運放，進行比值放大， 整形、濾波後變為直流輸出，這樣消除了頻率和幅度變化的影響。如圖5所示，所述用於控制水泵電機開閉的裝置為接觸器。當控制裝置根據植物 器官線度的日淨增長量，植物器官線度日完全復原所需時間，植物器官線度日最大收縮量 等生理參數的臨界值發出需要灌溉的指令後，會打開接觸器，接通線路，然後控制水泵電機 開始工作，完成灌溉。本實用新型的基本原理是生長期植物器官體積或莖幹直徑隨時間日周期變化， 通過測量這種變化並分析得出植物生長的生理參數可以判斷植物是否處於乾旱狀態。首 先，將多個LVDT傳感器分別設置於多株植物莖幹處，當植物生長變化時，會使LVDT傳感器 內的鐵心產生一個位移，從而輸出一個電壓信號至信號變送器，信號變送器通過接口將該 電壓信號傳送至AD轉換器，AD轉換器將接收到的多個測量通道傳來的數據傳送至控制裝 置，控制裝置將數據保存到電子硬碟中，並分析得出植物生長的生理參數，再與設置的植物 生長生理參數的臨界值進行比對，來判斷植物是否處於乾旱狀態，如果處於乾旱狀態則發 出澆灌指令至用於控制水泵電機開閉的裝置，開啟水泵電機，實現灌溉。同時可在計算機中 查看和分析植物生長情況。實施例2本實施例除下述特徵外其他結構同實施例1 所述AD轉換器與1個信號變送器連接。所述電源為蓄電池供電。 所述用於控制水泵電機開閉的裝置為固態繼電器。實施例3本實施例除下述特徵外其他結構同實施例1 所述AD轉換器與2個信號變送器連接。上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述 實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種植物測微自動化灌溉儀，其特徵在於，包括控制裝置、計算機、電源、LVDT傳感 器、信號變送器和AD轉換器，計算機、電源和AD轉換器均通過接口與控制裝置相連，電源通 過電源接口對控制裝置、計算機供電，多組LVDT傳感器與信號變送器分別一一對應連接， 各個信號變送器分別與AD轉換器相連，各個LVDT傳感器設置於各株植物的莖幹處，控制裝 置與外界水泵電機通過用於控制水泵電機開閉的裝置連接。
2.根據權利要求1所述的植物測微自動化灌溉儀，其特徵在於，所述控制裝置以單片 機為核心，定時採集數據，並將數據保存至計算機中。
3.根據權利要求1所述的植物測微自動化灌溉儀，其特徵在於，所述LVDT傳感器測量 範圍在0 10毫米時，最小解析度為10微米。
4.根據權利要求1所述的植物測微自動化灌溉儀，其特徵在於，所述電源為220V交流 供電或蓄電池供電。
5.根據權利要求2所述的植物測微自動化灌溉儀，其特徵在於，所述計算機和控制裝 置之間的通訊接口採用RS232接口。
6.根據權利要求5所述的植物測微自動化灌溉儀，其特徵在於，所述計算機採用基於 RAM9的嵌入式計算機。
7.根據權利要求1所述的植物測微自動化灌溉儀，其特徵在於，所述用於控制水泵電 機開閉的裝置為接觸器或固態繼電器。
8.根據權利要求1所述的植物測微自動化灌溉儀，其特徵在於，所述AD轉換器與1-8 個信號變送器連接。
專利摘要本實用新型提供一種植物測微自動化灌溉儀，包括控制裝置、計算機、電源、LVDT傳感器、信號變送器和AD轉換器，計算機、電源和AD轉換器均通過接口與控制裝置相連，電源通過電源接口對控制裝置、計算機供電，多組LVDT傳感器與信號變送器分別一一對應連接，各個信號變送器分別與AD轉換器相連，各個LVDT傳感器設置於各株植物的莖幹處，控制裝置與外界水泵電機通過用於控制水泵電機開閉的裝置連接。本實用新型採用植物生長的生理參數作為進行自動灌溉的指標，且裝置中採用LVDT傳感器和AD698晶片相結合實現變送功能，測量精度高。本實用新型將植物測微技術應用於灌溉領域，具有很大的理論和實用價值。
文檔編號A01G25/16GK201898768SQ201020614700
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者夏小鵬, 彭同明, 李紹華, 李紹新, 桂紹勇 申請人:中國科學院植物研究所, 華南理工大學, 武漢電力職業技術學院