CN109917084B - 大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统及测定方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统及测定方法，包括气体采集装置，气体采集装置包括多通口气排，多通口气排的每个进气端均连接一电磁阀，多通口气排的进气端与电磁阀的出气端相连通，电磁阀的进气端通过一采集通道连接至气体采集区域；多通口气排的出气端连接一抽气泵，抽气泵的出气端与气体分析装置的进气端相连通；电磁阀和抽气泵均与一控制器电连接。气体采集装置可以通过多通道气排对大田作物同一时间进行二氧化碳气体采集，通过电磁阀控制每次只有一路的气体进入到抽气泵中，经抽气泵进入气体分析装置，进行二氧化碳浓度分析。而且通过采集通道避免了外界因素对气体浓度的影响，进而提高了检测结果的准确性。

Description

大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统及测定方法

技术领域

本申请涉及二氧化碳浓度测定技术领域，具体涉及一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统及测定方法。

背景技术

二氧化碳是作物进行光合作用的原料，也是作物进行呼吸作用的产物。群体内二氧化碳的浓度常用来反应作物光合性能的高低，准确测定群体内的二氧化碳浓度对于探究作物群体光合能力具有重要意义。

传统技术中二氧化碳测定系统多数是以单一气路二氧化碳测定仪或者区域人工抽气送检的形式进行测定，即将待测区域内的气体以气泵或者人工抽取送至一台或多台二氧化碳分析仪进行浓度测定。

但是，由于仪器误差的存在，采用多台单一气路二氧化碳分析仪同时测定不同试验处理的二氧化碳浓度，必然增大了测定的误差，造成结果不准确。用一台分析仪器采用人工抽气送检的方式进行测定可减小系统误差，但大大增加了劳动强度，同时人自身呼吸又不可避免的改变了区域内二氧化碳的浓度，造成检测结果不准确。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统，包括气体采集装置，所述气体采集装置包括多通口气排，所述多通口气排的每个进气端均连接一电磁阀，所述多通口气排的进气端与所述电磁阀的出气端相连通，所述电磁阀的进气端通过一采集通道连接至气体采集区域；所述多通口气排的出气端连接一抽气泵，所述多通口气排的出气端与所述抽气泵的进气端相连通，所述抽气泵的出气端与气体分析装置的进气端相连通；所述电磁阀和所述抽气泵均与一控制器电连接，所述控制器用于控制所述电磁阀和所述抽气泵。

采用上述实现方式，气体采集装置可以通过多通道气排对大田作物同一时间进行二氧化碳气体采集，通过电磁阀控制每次只有一路的气体进入到抽气泵中，经抽气泵进入气体分析装置，进行二氧化碳浓度分析。由于是同一时间对大田作物进行不同位置的气体采集，而且通过采集通道避免了外界因素对气体浓度的影响，进而提高了检测结果的准确性。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述采集通道设置在所述采集区域的一端设置有气体缓冲瓶，所述气体缓冲瓶与所述采集通道的进气端相连通。

结合第一方面，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述电磁阀的进气端设置一进气短管，所述进气短管分别连通所述电磁阀的进气端和所述采集通道的出气端。

结合第一方面，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述抽气泵的出气端与气体分析装置的进气端之间设置有T管路接件，所述T型管路接件(9) 的进气端与所述抽气泵的出气端相连通，所述T型管路接件(9)的第一出气端与所述气体分析装置的进气端相连通，所述T型管路接件(9)的第二出气端与外界相连通。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述T型管路接件(9)与所述气体分析装置之间设置一空气粉尘过滤器，所述空气粉尘过滤器分别与所述T型管路接件(9)的第一出气端和所述气体分析装置的进气端相连通。

结合第一方面或第一方面第一至四种任一可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述气体分析装置包括有自动数据记录功能的红外二氧化碳分析仪。

结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述采集通道包括透明PVC软管。

结合第一方面第六种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，还包括一电源，所述电源与所述控制器电连接。

结合第一方面第七种可能的实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述气体采集装置外侧还设置有一电源开关，所述电源开关与所述控制器电连接。

结合第一方面第八种可能的实现方式，在第一方面第九种可能的实现方式中，所述控制器包括单片机控制器。

第二方面，本申请实施例提供了一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定方法，利用第一方面或第一方面任一可能实现的系统，所述方法包括：启动气体采集装置对待测大田作物群体区域的气体进行采集；通过控制器依次控制预设时间间隔打开不同的电磁阀，其中当第一电磁阀关闭后，再控制第二电磁阀打开，以使得在不同时间段对不同采集通道采集的气体进行测定；通过抽气泵将采集到的气体输送到气体分析装置，获得气体的二氧化碳浓度；当所有电磁阀开闭结束后，所述控制器重新依次控制所述电磁阀打开，进行下一轮的测定。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述通过控制器依次控制预设时间间隔打开不同的电磁阀，包括：所述控制器控制第一电磁阀打开进行通气4-5分钟；然后将第一电磁阀关闭1-1.5分钟后，将第二电磁阀开通。

第三方面，本申请实施例提供了一种大田作物群体内气体采集方法，所述方法包括：所述控制器控制第一电磁阀导通并控制抽气泵开始工作；所述控制器控制所述抽气泵将所述第一电磁阀对应的采集通道内的气体送入到气体分析装置内；经过第一预设时间段后，所述控制器控制所述第一电磁阀关闭；所述第一电磁阀关闭后，再经过第二预设时间段后，所述控制器控制所述第二电磁阀导通；所述控制器控制所述抽气泵将所述第二电磁阀对应的采集通道内的气体送入到气体分析装置内。

第四方面，本申请实施例提供了一种控制器包括：处理器；存储器，用于存储计算机可执行指令；当所述处理器执行所述计算机可执行指令时，所述处理器执行上述第三方面的方法，控制气体的采集。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种气体采集装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种大田作物群体内气体采集方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种控制器的结构示意图；

图1-5中，符号表示为：

1-多通口气排，2-电磁阀，3-采集通道，4-抽气泵，5-气体分析装置，6- 控制器，7-气体缓冲瓶，8-进气短管，9-T型管路接件，10-空气粉尘过滤器，11-电源，12-电源开关。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本申请实施例提供的一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统的结构示意图，图2为本申请实施例提供的一种气体采集装置的结构示意图。

参见图1和图2，本发明实施例提供的一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统，包括气体采集装置。所述气体采集装置包括多通口气排1，所述多通口气排1的每个进气端均连接一电磁阀2，所述多通口气排1 的进气端与所述电磁阀2的出气端相连通，所述电磁阀2的进气端通过一采集通道3连接至气体采集区域，所述采集通道3包括透明PVC软管。电磁阀 2用于控制采集通道3中的气体进入到多通口气排1中，在同一时刻，只有一个电磁阀2控制对应的采集通道3与多通口气排1导通。所述电磁阀2的进气端设置一进气短管8，所述进气短管8分别连通所述电磁阀2的进气端和所述采集通道3的出气端，进气短管8与所述采集通道3连接放入一端伸出所述采集装置的壳体，方便后续更换采集通道3。由于多路采集的气体无法同时处理，为防止雨露水滴进入气路，因此所述采集通道3设置在所述采集区域的一端设置有气体缓冲瓶7，用于缓存采集的气体，所述气体缓冲瓶7 与所述采集通道3的进气端相连通。

所述多通口气排1的出气端连接一抽气泵4，所述多通口气排1的出气端与所述抽气泵4的进气端相连通，所述抽气泵4的出气端与气体分析装置 5的进气端相连通，本实施例中所述气体分析装置5包括有自动数据记录功能的红外二氧化碳分析仪。所述电磁阀2和所述抽气泵4均与一控制器6电连接，所述控制器6用于控制所述电磁阀2和所述抽气泵4，具体地，控制器6用于控制电磁阀开通或关闭，当检测完一个采集通道3采集的气体后，将当前采集通道3对应的电磁阀2关闭。然后控制另一个采集通道3对应的电磁阀2打开，同时控制抽气泵4工作，将气体送入气体分析装置5。

气体分析装置5对气体二氧化碳浓度分析时，只需要少量的气体，而每个采集通道3中采集的气体量可能过多，为了避免对气体分析装置5带来的高压伤害，则会所述抽气泵4的出气端与气体分析装置5的进气端之间设置有T型管路接件9，所述T型管路接件9的进气端与所述抽气泵4的出气端相连通，所述T型管路接件9的第一出气端与所述气体分析装置5的进气端相连通，所述T型管路接件9的第二出气端与外界相连通。通过T型管路接件9的第二出气端可以将采集的过去气体排出。

进一步地，采集的气体中可能存在粉尘杂质，进入到气体分析装置5后会对气体分析装置5造成不必要的损害，因此在所述T型管路接件9与所述气体分析装置5之间设置一空气粉尘过滤器10，滤除掉采集气体中的粉尘杂质。所述空气粉尘过滤器10分别与所述T型管路接件9的第一出气端和所述气体分析装置5的进气端相连通。

本实施例提供的大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统还包括一电源11，所述电源11与所述控制器6电连接。所述气体采集装置外侧还设置有一电源开关12，所述电源开关12与所述控制器6电连接。本实施例中的所述控制器6包括单片机控制器。

进一步地，本实施例提供的大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统的气体采集装置所用抽气泵4的气流量(1升/分钟)远大于气体分析装置内置气泵的气流量(300毫升/分钟)，这样在采集装置采样时可以在较短的时间内排空管路内的原有气体，同时多余的气体可以通过加装的T型管路接件 9的第二出气端排出，同时在采样单元不工作时，气体分析装置可以自T型管路接件9的第二出气端吸入空气，有效的避免了气体分析装置的高压和负压伤害。

由上述实施例可知，本实施例提供了一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统，包括气体采集装置，所述气体采集装置包括多通口气排1，所述多通口气排1的每个进气端均连接一电磁阀2，所述多通口气排的进气端与所述电磁阀2的出气端相连通，所述电磁阀2的进气端通过一采集通道 3连接至气体采集区域。所述多通口气排1的出气端连接一抽气泵4，所述多通口气排1的出气端与所述抽气泵4的进气端相连通，所述抽气泵4的出气端与气体分析装置5的进气端相连通。所述电磁阀2和所述抽气泵4均与一控制器6电连接，所述控制器6用于控制所述电磁阀2和所述抽气泵4。气体采集装置可以通过多通道气排对大田作物同一时间进行二氧化碳气体采集，通过电磁阀控制每次只有一路的气体进入到抽气泵中，经抽气泵进入气体分析装置，进行二氧化碳浓度分析。由于是同一时间对大田作物进行不同位置的气体采集，而且通过采集通道避免了外界因素对气体浓度的影响，进而提高了检测结果的准确性。

与上述实施例提供的一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统相对应，本申请还提供了一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定方法的实施例，参见图3，所述方法包括：

S101，启动气体采集装置对待测大田作物群体区域的气体进行采集。

进行气体采集前，需要完成系统的组装的工作。分别连接电磁阀的出气端，电磁阀的进气端分别连接进气短管的一端，进气短管的另一端与采集通道的一端连通，将采集通道的另一端延伸至大田作物群体的气体待采集区域，并在采集通道进气端安装气体缓冲瓶。

然后将多通口气排的出气端连接抽气泵的进气端，抽气泵出气端连接气体分析装置，电磁阀和抽气泵用导线分别连接控制器。上述连接完毕后，打开气体采集装置的电源开关，启动气体采集工作。

S102，通过控制器依次控制预设时间间隔打开不同的电磁阀，其中当第一电磁阀关闭后，再控制第二电磁阀打开，以使得在不同时间段对不同采集通道采集的气体进行测定。

本实施例中，以气体采集装置开机时间为0时间点，控制器控制电磁阀依次开通，单个电磁阀的开通时间为4-5分钟，间隔1-1.5分钟后下一电磁阀开通，所有电磁阀开闭结束后自最初开启的电磁阀重新循环上述过程。同时，控制器在有电磁阀通气时控制抽气泵开始工作，电磁阀全部关闭时抽气泵停止工作，以达到依次分别抽气的目的。

本实施例提供的大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定方法可以在短时间内对不同试验处理的作物群体，或者同一作物群体内不同部位的二氧化碳浓度进行长时间实时测定。本系统组装完成后可置于防雨箱中长时间运行，控制器6所控制的采样四分钟间隔一分钟的设计可有效缓解抽气泵4长时间工作时的生热问题，为长时间连续测定提供了保障。

S103，通过抽气泵将采集到的气体输送到气体分析装置，获得气体的二氧化碳浓度。

气体采集装置所采气体经空气粉尘过滤器进行粉尘过滤后送至气体分析装置进行浓度测定，并自动存储数据。本实施例中气体采集装置包括有自动数据记录功能的红外二氧化碳分析仪。

S104，当所有电磁阀开闭结束后，所述控制器重新依次控制所述电磁阀打开，进行下一轮的测定。

本申请实施例还提供了一种大田作物群体内气体采集方法的实施例，参见图4，所述方法包括：

S201，所述控制器控制第一电磁阀导通并控制抽气泵开始工作。

S202，所述控制器控制所述抽气泵将所述第一电磁阀对应的采集通道内的气体送入到气体分析装置内。

S203，经过第一预设时间段后，所述控制器控制所述第一电磁阀关闭。

本实施例中第一预设时间段为4-5分钟。

S204，所述第一电磁阀关闭后，再经过第二预设时间段后，所述控制器控制所述第二电磁阀导通。

本实施例中从控制第一电磁阀关闭到控制第二电磁阀导通，第二预设时间间隔为1-1.5分钟。

S205，所述控制器控制所述抽气泵将所述第二电磁阀对应的采集通道内的气体送入到气体分析装置内。

本实施例中抽气泵的气流量(1升/分钟)远大于气体分析装置内置气泵的气流量(300毫升/分钟)，这样可以在较短的时间内排空管路内的原有气体。

本申请实施例还提供了一种控制器，参见图5，所述控制器30包括：处理器301、存储器302和通信接口303。

在图5中，处理器301、存储器302和通信接口303可以通过总线相互连接；总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5 中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

处理器301通常是控制控制器30的整体功能，例如控制器的启动、以及控制器启动后对抽气泵和电磁阀的控制。此外，处理器301可以是通用处理器，例如，中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。处理器也可以是微处理器(MCU)。处理器还可以包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(ASIC)，可编程逻辑器件(PLD)或其组合。上述PLD 可以是复杂可编程逻辑器件(CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(FPGA)等。

存储器302被配置为存储计算机可执行指令以支持控制器30数据的操作。存储器301可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器 (ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

启动控制器30后，处理器301和存储器302上电，处理器301读取并执行存储在存储器302内的计算机可执行指令，以完成上述的大田作物群体内气体采集方法实施例中的全部或部分步骤。

通信接口303用于控制器30传输数据，例如实现与抽气泵和电磁阀等之间的数据通信。通信接口303包括有线通信接口，还可以包括无线通信接口。其中，有线通信接口包括USB接口、Micro USB接口，还可以包括以太网接口。无线通信接口可以为WLAN接口，蜂窝网络通信接口或其组合等。

在一个示意性实施例中，本申请实施例提供的控制器30还包括电源组件，电源组件为控制器30的各种组件提供电力。电源组件可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为控制器30生成、管理和分配电力相关联的组件。

通信组件，通信组件被配置为便于控制器30和其他设备之间有线或无线方式的通信。控制器30可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或 3G，或它们的组合。通信组件经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。通信组件还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA) 技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。

在一个示意性实施例中，控制器30可以被一个或多个应用专用集成电路 (ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、处理器或其他电子元件实现。

本申请说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于方法实施例而言，由于其中利用的系统部件结构基本相似于系统的实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例中的说明即可。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统，包括气体采集装置，其特征在于，所述气体采集装置包括多通口气排（1），所述多通口气排（1）的每个进气端均连接一电磁阀（2），所述多通口气排（1）的进气端与所述电磁阀（2）的出气端相连通，所述电磁阀（2）的进气端通过一采集通道（3）连接至气体采集区域；所述多通口气排（1）的出气端连接一抽气泵（4），所述多通口气排（1）的出气端与所述抽气泵（4）的进气端相连通，所述抽气泵（4）的出气端与气体分析装置（5）的进气端相连通；所述电磁阀（2）和所述抽气泵（4）均与一控制器（6）电连接，所述控制器（6）用于控制所述电磁阀（2）和所述抽气泵（4）；

所述电磁阀（2）的进气端设置一进气短管（8），所述进气短管（8）分别连通所述电磁阀（2）的进气端和所述采集通道（3）的出气端；

所述抽气泵（4）的出气端与气体分析装置（5）的进气端之间设置有T型管路接件（9），所述T型管路接件（9）的进气端与所述抽气泵（4）的出气端相连通，所述T型管路接件（9）的第一出气端与所述气体分析装置（5）的进气端相连通，所述T型管路接件（9）的第二出气端与外界相连通；

所述T型管路接件（9）与所述气体分析装置（5）之间设置一空气粉尘过滤器（10），所述空气粉尘过滤器（10）分别与所述T型管路接件（9）的第一出气端和所述气体分析装置（5）的进气端相连通。

2.根据权利要求1所述的大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统，其特征在于，所述采集通道（3）设置在所述气体采集区域的一端设置有气体缓冲瓶（7），所述气体缓冲瓶（7）与所述采集通道（3）的进气端相连通。

3.根据权利要求1或2所述的大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统，其特征在于，所述气体分析装置（5）包括有自动数据记录功能的红外二氧化碳分析仪。

4.根据权利要求3所述的大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统，其特征在于，所述采集通道（3）包括透明PVC软管。

5.根据权利要求4所述的大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定系统，其特征在于，还包括一电源（11），所述电源（11）与所述控制器（6）电连接。

6.一种大田作物群体内二氧化碳浓度自动测定方法，其特征在于，利用如权利要求1-5任一项所述的系统，所述方法包括：

启动气体采集装置对待测大田作物群体区域的气体进行采集；

通过控制器依次控制预设时间间隔打开不同的电磁阀，其中当第一电磁阀关闭后，再控制第二电磁阀打开，以使得在不同时间段对不同采集通道采集的气体进行测定；

通过抽气泵将采集到的气体输送到气体分析装置，获得气体的二氧化碳浓度；

当所有电磁阀开闭结束后，所述控制器重新依次控制所述电磁阀打开，进行下一轮的测定。