CN108303134B - 一种种子萌发过程中环境参数的检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种种子萌发过程中环境参数的检测系统，该系统包括：采集装置、处理装置和检测装置；其中，采集装置和处理装置均位于具有换气功能的密闭空间内；采集装置，用于采集密闭空间内的种子在萌发过程中的环境信息；处理装置，与采集装置电连接，用于剔除环境信息中的冗余信息以生成有效环境信息，压缩并存储有效环境信息；检测装置，用于根据处理装置中存储的压缩之后的有效环境信息，获取种子在萌发过程中的环境参数。本发明提供的系统，能够达到实时并持续地检测种子在萌发过程中的四种环境参数，进而判断种子的呼吸作用强弱，进而判断种子的活力。该系统用到的硬件设备少，且实现方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及农业信息技术领域，更具体地，涉及一种种子萌发过程中环境参数的检测系统。
背景技术
种子活力是种子发芽率、出苗率、幼苗生长的潜势、植株抗逆能力和生产潜力的总和，是种子品质的重要指标。
种子萌发是指种子从吸胀作用开始的一系列有序的生理过程和形态发生过程。种子的萌发需要适宜的温度，适量的水分和充足的空气。种子萌发时，首先是吸水。种子浸水后使种皮膨胀、软化，可以使更多的氧透过种皮进入种子内部，同时二氧化碳透过种皮排出，里面的物理状态发生变化；其次是空气，种子在萌发过程中所进行的一系列复杂的生命活动，只有种子不断地进行呼吸，得到能量，才能保证生命活动的正常进行；最后是温度，温度过低，呼吸作用受到抑制，种子内部营养物质的分解和其它一系列生理活动，都需要在适宜的温度下进行。
现有技术中，获取种子活力的方法通常是对种子进行一定的破坏性处理，然后通过化学方法，使得剖开后的种子与某些化学试剂进行化学反应，通过化学反应的结果得知种子活力。不仅破坏待测种子的本体，而且检验时间长。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的种子萌发过程中环境参数的检测系统。
根据本发明的一个方面，提供一种种子萌发过程中环境参数的检测系统，包括：采集装置、处理装置和检测装置；其中，
所述采集装置和所述处理装置均位于具有换气功能的密闭空间内；所述采集装置，用于采集所述密闭空间内的种子在萌发过程中的环境信息；所述处理装置，与所述采集装置电连接，用于剔除所述环境信息中的冗余信息以生成有效环境信息，压缩并存储所述有效环境信息；
所述检测装置，用于根据所述处理装置中存储的压缩之后的有效环境信息，获取所述种子在萌发过程中的环境参数；
所述环境信息包括温度信息、湿度信息、氧气浓度信息和二氧化碳浓度信息；所述环境参数包括温度参数、湿度参数、氧气浓度参数和二氧化碳浓度参数。
优选地，所述密闭空间还包括：
培养皿，用于对所述种子进行培育；
搅拌构件，用于搅拌所述密闭空间内的空气，以使得所述空气均匀分布；
换气构件，用于对所述密闭空间进行换气。
优选地，所述采集装置包括：
二氧化碳传感器，用于采集所述密闭空间内的二氧化碳浓度信息；
氧气传感器，用于采集所述密闭空间内的氧气浓度信息；
温度传感器，用于采集所述密闭空间内的温度信息；
湿度传感器，用于采集所述密闭空间内的湿度信息。
优选地，所述处理装置包括：第一微控制器模块、第一时钟模块、第一存储模块、第一电源模块和第一通信模块；
所述第一微处理器模块，用于以所述第一时钟模块中的时间间隔值作为提取周期，提取所述环境信息；剔除所述环境信息中的冗余信息以生成有效环境信息，并压缩所述有效环境信息；
所述第一存储模块，用于存储压缩之后的有效环境信息；
所述第一电源模块，用于给所述第一微控制器模块、所述第一时钟模块、所述第一存储模块、所述第一通信模块和所述采集装置供电；
所述第一通信模块，用于与所述检测装置建立传输所述压缩之后的有效环境信息的通信链路。
优选地，所述第一时钟模块，还用于为所述密闭空间提供系统时间；
相应地，所述第一微处理器模块，还用于将所述环境信息与对应的时间信息绑定并压缩以生成压缩信息，并将所述压缩信息存入所述第一存储模块中。
优选地，所述第一时钟模块为DS1302芯片，用于对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，并具有闰年补偿功能。
优选地，所述密闭空间还包括：报警模块；
当所述第一存储模块中的存储空间达到预设存储上限时，所述报警模块报警。
优选地，所述第一电源模块包括：具有充电功能的锂电池、稳压电路、电源监测电路和电源开关充电电路；其中，
所述稳压电路，用于将所述锂电池提供的电压进行降压；
所述电源监测电路为DS2780芯片，用于监测所述锂电池的电压、电流，并预测所述锂电池的剩余电量；
所述电源开关充电电路为三极管电路，用于为所述锂电池充电。
优选地，所述检测装置包括：
第二中央处理器模块、第二通信模块和第二存储模块；
所述第二通信模块，用于与所述第一通信模块建立传输所述压缩之后的有效环境信息和/或所述压缩信息的通信链路；
所述第二中央处理模块，用于通过所述第二通信模块，提取所述第一存储模块中存储的压缩之后的有效环境信息，并根据所述压缩之后的有效环境信息，获取所述种子在萌发过程中的环境参数；或者，用于通过所述第二通信模块，提取所述第一存储模块中存储的压缩信息，并根据所述压缩信息，获取所述种子在萌发过程中的环境参数和对应的时间参数；
所述第二存储模块，用于存储并显示所述环境参数；或者，存储并显示所述环境参数和对应的时间参数。
优选地，所述检测装置还包括：第二时钟模块；
所述第二时钟模块，用于修改所述第一时钟模块为所述密闭空间提供的系统时间和所述第一时钟模块中的时间间隔值。
本发明提供的一种种子萌发过程中环境参数的检测系统，通过采集装置采集种子在萌发过程中的温度信息、湿度信息、氧气浓度信息和二氧化碳浓度信息；并通过处理装置对上述四种环境信息进行预处理、存储，并上传至检测装置以实现最终处理，能够达到实时并持续地检测种子在萌发过程中的四种环境参数的目的，并通过分析四种环境参数，判断种子的呼吸作用强弱，进而判断种子的活力。该系统用到的硬件设备较少，且实现方法较为简单。
附图说明
图1为根据本发明实施例提供的一种种子萌发过程中环境参数的检测系统的结构示意图；
图2为根据本发明另一实施例提供的一种种子萌发过程中环境参数的检测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为根据本发明实施例提供的一种种子萌发过程中环境参数的检测系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：采集装置、处理装置和检测装置；其中：
采集装置和处理装置均位于具有换气功能的密闭空间内；采集装置，用于采集密闭空间内的种子在萌发过程中的环境信息；处理装置，与采集装置电连接，用于剔除环境信息中的冗余信息以生成有效环境信息，压缩并存储有效环境信息。
检测装置，用于根据处理装置中存储的压缩之后的有效环境信息，获取种子在萌发过程中的环境参数。
环境信息包括温度信息、湿度信息、氧气浓度信息和二氧化碳浓度信息；环境参数包括温度参数、湿度参数、氧气浓度参数和二氧化碳浓度参数。
具体地，处理装置所获取到的环境信息中存在一些冗余的信息。例如湿度信息“H00552\r\n”表示湿度为55.2％，二氧化碳浓度信息“Z01521\r\n”表示二氧化碳浓度1521ppm。剔除湿度信息中的冗余信息，获取有效湿度信息为552；剔除二氧化碳浓度信息中的冗余信息，获取有效二氧化碳浓度信息为01521。
以下说明压缩并存储有效环境信息的过程，将压缩并存储有效湿度信息进行举例：将552从ASCII码转换为16进制数，数字的ASCII码占一个字节，比如“5”的ASCII码为0x35，占一个字节，转为16进制数后，只占半个字节。但是处理装置存储信息是以字节为单位，为了提高处理装置的单位存储空间所存储的有效信息量，将两个16进制的数字合并成一个字节进行存储。
本实施例提供的系统，通过采集装置采集种子在萌发过程中的温度信息、湿度信息、氧气浓度信息和二氧化碳浓度信息；并通过处理装置对上述四种环境信息进行预处理、存储，并上传至检测装置以实现最终处理，能够达到实时并持续地检测种子在萌发过程中的四种环境参数的目的，并通过分析四种环境参数，判断种子的呼吸作用强弱，进而判断种子的活力。该系统用到的硬件设备较少，且实现方法较为简单。
基于上述实施例，密闭空间还包括：
培养皿，用于对种子进行培育。
搅拌构件，用于搅拌密闭空间内的空气，以使得空气均匀分布。
换气构件，用于对密闭空间进行换气。
具体地，采集装置、处理装置、培养皿、搅拌构件和换气构件均封装于密闭空间中。
由于二氧化碳密度比空气密度大，所以容易沉于密闭空间的底部，而采集装置位于密闭空间的顶部，利用搅拌构件搅拌空气，使密闭空间中各种气体均匀分布。其中，搅拌构件优选为涡轮风扇。
由于在种子的萌发过程当中，二氧化碳浓度会逐渐升高，氧气浓度会逐渐降低。一旦密封时间过长，不仅会使采集装置中的传感器因为超量程而使得采集到的数据失真，而且还会抑制种子的呼吸作用。因此，需要对密闭空间进行换气操作。在本实施例中，换气构件优选为TK-WP2708型号的实验室专用微型气泵，利用电磁阀的开关特性，导通密闭空间和外界环境，微型气泵配合涡轮风扇使容器外和容器内的空气混合均匀。
本实施例提供的系统，通过在密闭空间中设置搅拌构件和换气构件，更利于种子的培育，同时也保障了采集装置中传感器的可用性，提高了采集到的环境信息的有效性和精确性。
基于上述实施例，本实施例对采集装置进行进一步介绍，采集装置包括：
二氧化碳传感器，用于采集密闭空间内的二氧化碳浓度信息。
氧气传感器，用于采集密闭空间内的氧气浓度信息。
温度传感器，用于采集密闭空间内的温度信息。
湿度传感器，用于采集密闭空间内的湿度信息。
具体地，二氧化碳传感器、温度传感器和湿度传感器可采用低功耗红外二氧化碳传感器COZIR-A，该低功耗红外二氧化碳传感器COZIR-A可以将二氧化碳浓度信号、温度信号和湿度信号转换为数字电压信号。氧气传感器可采用英国CITY品牌的7OX-V氧气传感器，该7OX-V氧气传感器的输出电流与氧气浓度的关系通过数据手册可以得到，并通过基础电路，将该7OX-V氧气传感器的输出电流转换为模拟电压信号。
基于上述实施例，本实施例对上述实施例中的处理装置进行进一步介绍，处理装置包括：第一微控制器模块、第一时钟模块、第一存储模块、第一电源模块和第一通信模块。
第一微处理器模块，用于以第一时钟模块中的时间间隔值作为提取周期，提取环境信息；剔除环境信息中的冗余信息以生成有效环境信息，并压缩有效环境信息。
第一存储模块，用于存储压缩之后的有效环境信息。
第一电源模块，用于给第一微控制器模块、第一时钟模块、第一存储模块、第一通信模块和采集装置供电。
第一通信模块，用于与检测装置建立传输压缩之后的有效环境信息的通信链路。
优选地，第一微控制器模块可为微控制器C8051F020。该C8051F020芯片具有1个8通道12位ADC，无需外接芯片即可完成A/D转换；具有8个字节宽的数字I/O口，支持SPI、SMBUS和UART串口等多种总线通信协议；具有5个通用16位计数器/定时器。
需要说明的是，第一通信模块不仅用于传输压缩之后的有效环境信息，还用于传输第一微控制器模块与检测装置之间的指令。
其中，第一通信模块的通信方式为有线通信或无线通信。
当第一通信模块以有线的方式与检测装置进行通信时，第一通信模块可为CH341芯片，CH341芯片作为USB总线转接芯片，为防止外部电路对微控制器C8051F020的干扰，在芯片CH341和第一微控制器C8051F020之间可使用Si8422芯片作为数字隔离器。
当第一通信模块以无线的方式与检测装置进行通信时，第一通信模块可为HC-06型蓝牙适配器或者ZigBee无线模块ESP8266，蓝牙适配器HC-06或ZigBee无线模块ESP8266连接第一微控制器C8051F020，并通过无线方式与检测装置连接。
基于上述实施例，本实施例对第一时钟模块进行进一步说明，第一时钟模块，还用于为密闭空间提供系统时间。
相应地，第一微处理器模块，还用于将环境信息与对应的时间信息绑定并压缩以生成压缩信息，并将压缩信息存入第一存储模块中。
需要说明的是，不同时刻采集到的环境信息都对应有该采集时刻的时间信息，该时间信息根据系统时间而获知。
具体地，第一微控制器C8051F020将从采集装置中获得的二氧化碳浓度信息、氧气浓度信息、温度信息和湿度信息，进行冗余信息删减，并将删减之后的四种环境信息和对应的时间信息进行绑定并压缩以生成压缩信息，生成的压缩信息为诸如“0xYYYY-MM-DD-HH-mm-SS-CCCCC-TTT-hhh-ooo”的格式(Y、M、D、H、m、S、C、T、h、o分别表示年、月、日、时、分、秒、采集装置返回的二氧化碳浓度信息、温度信息、湿度信息、氧气浓度信息)的数据，然后将压缩信息送入第一存储模块存储。在检测装置发送提取包含有环境信息的压缩信息的指令后，再将压缩信息通过第一微控制器模块及第一通信模块传至检测装置。
基于上述实施例，作为一个优选实施例，本实施例中的第一时钟模块，为DS1302芯片，用于对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，并具有闰年补偿功能。
具体地，第一时钟模块，与第一微控制器模块连接，用于为密闭空间提供系统时间。
在实际测量过程中，提取环境参数是有时间间隔的，所以第一时钟模块还用于提供记数功能，可以设置多长时间读取一次环境信息。
更为具体地，第一时钟模块可为DS1302芯片。DS1302芯片为双电源供电，采用非常规三线SPI总线(RST线、SCLK线和I/O线)与第一微控制器C8051F020连接，可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。在实际测量过程中，提供时间信息，不仅可以获取密闭空间内的系统时间，还可以任意调控提取环境信息的时间间隔。
本实施例提供的系统，通过设置第一时钟模块，不仅可以获取种子萌发过程中的环境信息和对应的时间信息，还可以通过更改第一时钟模块中的时间间隔，进而以预期的时间间隔提取采集装置中的环境信息。提高了对种子萌发过程中环境参数检测的准确性、全面性和灵活性，提高了用户体验。
基于上述实施例，密闭空间还包括：报警模块。
当第一存储模块中的存储空间达到预设存储上限时，报警模块报警。
具体地，第一存储模块可为AT24C1024芯片。AT24C1024芯片可以存储1Mb的数据。当AT24C1024芯片的存储空间即将存满的时候，并可以通过发光二极管进行内存不足警告，以使得检测装置提取第一存储模块中的压缩之后的有效环境信息和/或压缩信息。
需要说明的是，预设存储上限的设定与选取的第一存储模块的型号和参数有关，本实施例对其具体取值不作限定。
本实施例提供的系统，通过在密闭空间中设置报警模块，在处理装置的第一存储模块即将存满数据的时候，进行报警，以使得检测装置提取第一存储模块中的压缩之后的有效环境信息和/或压缩信息。该设置防止了第一存储模块中的数据溢出，提高了系统的稳定性，保障了系统测得的环境参数的正确性和有效性。
基于上述实施例，本实施例对上述实施例中的第一电源模块作出具体介绍，第一电源模块，包括：具有充电功能的锂电池、稳压电路、电源监测电路和电源开关充电电路。其中：
稳压电路，用于将锂电池提供的电压进行降压。
电源监测电路为DS2780芯片，用于监测锂电池的电压、电流，并预测锂电池的剩余电量。
电源开关充电电路为三极管电路，用于为锂电池充电。
具体地，第一电源模块，与第一微控制器模块、第一存储模块、第一时钟模块、第一通信模块和采集装置电连接，用于为第一微控制器模块、第一存储模块、第一时钟模块、第一通信模块和采集装置提供电源。
在本实施例中，第一电源模块包括：具有充电功能的锂电池、稳压电路、电源监测电路和电源开关充电电路。
其中，具有充电功能的锂电池为3.7V/5000mAh可充电的锂电池，稳压电路可以使用芯片NCP500，将3.7V的稳压电源转换为3.3V的稳压电源。
电源监测电路可以使用DS2780芯片监测锂电池的电压、电流，并预测锂电池的剩余电量。
可选择地，微控制器C8051F020与电源监测电路连接，实时获取其中的锂电池的信息，并可以通过发光二极管进行电量不足警告，以提示用户对锂电池进行充电。电源开关充电电路可使用三极管电路构建，在锂电池放电情况下，使用电池供电；当给锂电池充电情况下，断开电池供电电路，使用外部电源供电。
基于上述实施例，本实施例对检测装置进行具体说明，检测装置包括：
第二中央处理器模块、第二通信模块和第二存储模块。
第二通信模块，用于与第一通信模块建立传输压缩之后的有效环境信息和/或压缩信息的通信链路。
第二中央处理模块，用于通过第二通信模块，提取第一存储模块中存储的压缩之后的有效环境信息，并根据压缩之后的有效环境信息，获取种子在萌发过程中的环境参数；或者，用于通过第二通信模块，提取第一存储模块中存储的压缩信息，并根据压缩信息，获取种子在萌发过程中的环境参数和对应的时间参数。
第二存储模块，用于存储并显示环境参数；或者，存储并显示环境参数和对应的时间参数。
具体地，第二中央处理模块，对压缩之后的有效环境信息和/或压缩信息进行进一步的计算处理，将压缩的数据进行解压，并将模拟电信号的数据转换为有效数据，得到最终的四个环境参数以及对应的时间参数。
第二存储模块，将环境参数以及对应的时间参数存储为EXCEL文件，或者将环境参数以及对应的时间参数进行实时显示并存储。
基于上述实施例，检测装置还包括：第二时钟模块。
第二时钟模块，用于修改第一时钟模块为密闭空间提供的系统时间和第一时钟模块中的时间间隔值。
本实施例提供的系统，通过在检测装置中设置第二时钟模块，通过第二时钟模块对第一时钟模块进行控制，增强了系统的灵活性，提高了用户体验。
基于上述实施例，结合附图，通过一个优选实施例，对本发明提供的系统作出进一步说明，图2为根据本发明另一实施例提供的一种种子萌发过程中环境参数的检测系统的结构示意图，如图2所示，该系统包括：
密闭空间和检测装置2，其中，密闭空间包括采集装置3和处理装置4。采集装置3和处理装置4电连接，处理装置4和检测装置2电连接。
信息采集单元3包括二氧化碳传感器15、氧气传感器16、温度传感器17和湿度传感器18。
处理装置4包括第一微控制器模块7、第一时钟模块9、第一存储模块8、第一电源模块6和第一通信模块10。其中，第一时钟模块9、第一存储模块8、第一电源模块6和第一通信模块10均与第一微控制器模块7电连接。第一电源模块6用于为第一微控制器模块7、第一时钟模块9、第一存储模块8、第一通信模块10和信息采集单元3供电。
检测装置2包括第二中央处理器模块12、第二通信模块11、第二存储模块13和第二时钟模块14。第二通信模块11与第一通信模块10电连接，用于实现处理装置4与检测装置2之间的数据与指令的传输。其中，数据是指压缩之后的有效环境信息和/或压缩信息。
最后，本发明的方案仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种种子萌发过程中环境参数的检测系统，其特征在于，包括：采集装置、处理装置和检测装置；其中，
所述采集装置和所述处理装置均位于具有换气功能的密闭空间内；所述采集装置，用于采集所述密闭空间内的种子在萌发过程中的环境信息；所述处理装置，与所述采集装置电连接，用于剔除所述环境信息中的冗余信息以生成有效环境信息，压缩并存储所述有效环境信息；
所述检测装置，用于根据所述处理装置中存储的压缩之后的有效环境信息，获取所述种子在萌发过程中的环境参数；
所述环境信息包括温度信息、湿度信息、氧气浓度信息和二氧化碳浓度信息；所述环境参数包括温度参数、湿度参数、氧气浓度参数和二氧化碳浓度参数；
所述处理装置包括：第一微控制器模块、第一时钟模块、第一存储模块、第一电源模块和第一通信模块；
所述第一微处理器模块，用于以所述第一时钟模块中的时间间隔值作为提取周期，提取所述环境信息；剔除所述环境信息中的冗余信息以生成有效环境信息，并压缩所述有效环境信息；
所述第一存储模块，用于存储压缩之后的有效环境信息；
所述第一电源模块，用于给所述第一微控制器模块、所述第一时钟模块、所述第一存储模块、所述第一通信模块和所述采集装置供电；
所述第一通信模块，用于与所述检测装置建立传输所述压缩之后的有效环境信息的通信链路；
所述第一时钟模块，还用于为所述密闭空间提供系统时间；
相应地，所述第一微处理器模块，还用于将所述环境信息与对应的时间信息绑定并压缩以生成压缩信息，并将所述压缩信息存入所述第一存储模块中；
所述第一时钟模块，还用于提供计数功能，以调控提取所述环境信息的时间间隔；
所述检测装置包括：
第二中央处理器模块、第二通信模块和第二存储模块；
所述第二通信模块，用于与所述第一通信模块建立传输所述压缩之后的有效环境信息和/或所述压缩信息的通信链路；
所述第二中央处理模块，用于通过所述第二通信模块，提取所述第一存储模块中存储的压缩之后的有效环境信息，并根据所述压缩之后的有效环境信息，获取所述种子在萌发过程中的环境参数；或者，用于通过所述第二通信模块，提取所述第一存储模块中存储的压缩信息，并根据所述压缩信息，获取所述种子在萌发过程中的环境参数和对应的时间参数；
所述第二存储模块，用于存储并显示所述环境参数；或者，存储并显示所述环境参数和对应的时间参数；
所述检测装置还包括：第二时钟模块；
所述第二时钟模块，用于修改所述第一时钟模块为所述密闭空间提供的系统时间和所述第一时钟模块中的时间间隔值；
所述密闭空间还包括：
培养皿，用于对所述种子进行培育；
搅拌构件，用于搅拌所述密闭空间内的空气，以使得所述空气均匀分布；
换气构件，用于对所述密闭空间进行换气。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集装置包括：
二氧化碳传感器，用于采集所述密闭空间内的二氧化碳浓度信息；
氧气传感器，用于采集所述密闭空间内的氧气浓度信息；
温度传感器，用于采集所述密闭空间内的温度信息；
湿度传感器，用于采集所述密闭空间内的湿度信息。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一时钟模块为DS1302芯片，用于对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，并具有闰年补偿功能。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述密闭空间还包括：报警模块；
当所述第一存储模块中的存储空间达到预设存储上限时，所述报警模块报警。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一电源模块包括：具有充电功能的锂电池、稳压电路、电源监测电路和电源开关充电电路；其中，
所述稳压电路，用于将所述锂电池提供的电压进行降压；
所述电源监测电路为DS2780芯片，用于监测所述锂电池的电压、电流，并预测所述锂电池的剩余电量；
所述电源开关充电电路为三极管电路，用于为所述锂电池充电。
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