CN110926664A - 植物生长监测设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种植物生长监测设备，上述植物生长监测设备包括：压力传感器阵列、螺旋弹性件、数据处理电路板；螺旋弹性件套设于待测植物上，压力传感器阵列设置于螺旋弹性件内，数据处理电路板与所述压力传感器电连接，数据处理电路板用于采集和传输压力传感器产生的压力信号。上述植物生长监测设备可直接反应植物的生长情况，灵敏度较高，且安装简单，尺寸适应性好，对植物无侵入性伤害。

Description

植物生长监测设备及系统

【技术领域】

本发明涉及植物生长监测技术领域，尤其涉及一种植物生长监测设备及系统。

【背景技术】

在既有工业区改造、新建社区绿化、城市生态恢复的各项工作中，植被的种植生长和发育情况监测是一项重要和长期的工作，对实时掌握区域植物特别是难以成活的木本植物的实时监测，对于研究区域生态恢复状况，土壤环境适应性变化，以及园区植被管理有着重要意义。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：当前各类植物生成监测系统较多，但这些监测仪灵敏度低，尺寸适应性小，阻碍植物茎部生长或者安装是对植物具有侵入性。

【发明内容】

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种直接反应植物的生长情况，灵敏度较高的植物生长监测设备及系统。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：一种植物生长监测设备，所述植物生长监测设备包括：压力传感器阵列、螺旋弹性件、数据处理电路板；

所述螺旋弹性件套设于待测植物上；

所述压力传感器阵列设置于所述螺旋弹性件内；

所述数据处理电路板与所述压力传感器电连接，所述数据处理电路板用于采集和传输所述压力传感器产生的压力信号。

可选地，所述螺旋弹性件呈螺旋环状。

可选地，所述螺旋弹性件为螺旋弹性橡胶棒。

可选地，所述压力传感器阵列包括多个压力传感器，多个所述压力传感器沿所述螺旋弹性件的螺旋中心线均匀设置于所述螺旋弹性件内。

可选地，多个所述压力传感器相互串联并呈螺旋环状排布于所述螺旋弹性件内。

可选地，所述植物生长监测设备还包括太阳能电池板，所述压力传感器及所述数据处理电路板分别与所述太阳能电池板连接。

可选地，所述太阳能电池板为柔性太阳能电池薄膜，所述柔性太阳能电池薄膜沿所述螺旋弹性件的螺旋延伸方向设置于所述螺旋弹性件的外表面。

可选地，所述太阳能电池板包括多个多晶硅太阳能电池，多个所述多晶硅太阳能电池相互串联；

多个所述多晶硅太阳能电池依次沿所述螺旋延伸方向设置于所述螺旋弹性件的外表面。

可选地，所述数据处理电路板包括数据采集模块和数据传输模块；

所述数据采集模块用于采集所述压力信号；

所述数据传输单元用于传输所述压力信号至云端服务器，以使所述云端服务器根据所述压力信号对植物生长进行监测。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供以下技术方案：一种植物生长监测系统。所述植物生长监测系统包括：如上所述的植物生长监测设备及云端服务器；

所述云端服务器与所述植物生长监测设备通信连接。

可选地，所述云端服务器包括数据接收模块和数据分析模块；

所述接收单元用于接收所述植物生长监测设备发送的压力信号；

所述分析单元用于根据所述压力信号对植物生长进行监测。

与现有技术相比较，本发明实施例的提供植物生长监测设备包括压力传感器阵列、螺旋弹性件、数据处理电路板；螺旋弹性件套设于待测植物上，所述螺旋弹性件安装方便，可适应多种植物茎部尺寸，无浸入性，安装后不阻碍植物正常生长；压力传感器阵列设置于螺旋弹性件内，分布在螺旋中心线方向的压力传感器阵列，由于螺旋结构，大大增加了传感器的安装数量，相比一般的监测仪，显著增加了传感器的信噪比，提高了监测的灵敏度；数据处理电路板与所述压力传感器电连接，数据处理电路板用于采集和传输压力传感器产生的压力信号。上述植物生长监测设备可直接反应植物的生长情况，灵敏度较高，且安装简单，对植物无伤害。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明实施例提供的植物生长监测设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的植物生长监测设备的另一角度的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的植物生长监测系统的结构示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，本发明提供一种植物生长监测设备10，所述植物生长监测设备10包括压力传感器阵列12、螺旋弹性件14、数据处理电路板16及太阳能电池板18。

所述螺旋弹性件14套设于待测植物上；所述压力传感器阵列12设置于所述螺旋弹性件14内；所述数据处理电路板16与所述压力传感器122电连接，所述数据处理电路板16用于采集和传输所述压力传感器122产生的压力信号。所述压力传感器122及所述数据处理电路板16分别与所述太阳能电池板18连接，所述太阳能电池板18可用于给所述压力传感器122和所述数据处理电路板16充电。

所述螺旋弹性件14呈螺旋环状，所述螺旋弹性件14的螺旋环状结构在满足安装固定条件下，还可以提供更大的形变区间，使其更加方便地安装在所述待测植物上，同时可适应多种植物茎部尺寸，无浸入性，安装后不阻碍植物正常生长。

所述螺旋弹性件14为螺旋弹性橡胶棒。螺旋弹性橡胶棒是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料制备而成，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。所述的螺旋弹性橡胶棒由以下组分按质量份数组成：天然橡胶30-40份，丁苯橡胶10-20份，丁腈橡胶5-12份，硅藻土5-10份，羟基硅油5-10份，乙二醇5-10份，白炭黑2-6份，聚氯乙烯树脂3-7份，高芳烃油2-5份，纤维2-5份，促进剂1-3份，防老剂2-4份。作为优选，所述的螺旋弹性橡胶棒由以下组分按质量份数组成：天然橡胶30份，丁苯橡胶10份，丁腈橡胶12份，硅藻土5份，羟基硅油5份，乙二醇5份，白炭黑2份，聚氯乙烯树脂3份，高芳烃油2份，纤维2份，促进剂1份，防老剂2份。作为优选，所述的螺旋弹性橡胶棒由以下组分按质量份数组成：天然橡胶35份，丁苯橡胶15份，丁腈橡胶9份，硅藻土8份，羟基硅油8份，乙二醇8份，白炭黑5份，聚氯乙烯树脂5份，高芳烃油3份，纤维3份，促进剂2份，防老剂2份。所述螺旋弹性橡胶棒弹性好，扯断强度高，抗老化性能佳，重量轻，降低了加工难度，适用于大量推广。在一些实施例中，所述螺旋弹性橡胶棒也可为一环或多环的高弹性EPDM橡胶。请一并参阅图2，所述压力传感器阵列12包括多个压力传感器122，多个所述压力传感器122沿所述螺旋弹性件14的螺旋中心线均匀设置于所述螺旋弹性件14内。使多个所述压力传感器122相互串联并呈螺旋环状排布于所述螺旋弹性件14内。由于多个所述压力传感器122按照螺旋排布串联而成，因此这种排布方式一方面可大大提高植物生长监测设备10的信噪比，提高监测灵敏度，另一方面，螺旋环状排布的传感器是通过切向测量径向的形变，测量灵敏度更高；且由于螺旋线长度大于待测植物茎周长，采用多个传感器组成的阵列，无需对测量对象施加过大的径向力，不会对植物茎部造成束缚伤害。同时分布在螺旋中心线方向的压力传感器阵列，由于螺旋结构，大大增加了传感器的安装数量，相比一般的监测仪，显著增加了传感器的信噪比，提高了监测的灵敏度。

在本实施例中，所述压力传感器122可为MEMS电阻应变传感器，与传统的压力传感器122相比，MEMS电阻应变传感器不仅体积小，而且具有较高的测量精度、较低的功耗和极低的成本。优先地，在本实施例中，所述压力传感器122为硅压阻式MEMS电阻应变传感器，所述硅压阻式MEMS电阻应变传感器采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥，利用半导体材料的压阻效应和良好的弹性来进行力电变换。制备的硅压阻式MEMS电阻应变传感器的标准流程如下：首先在抛光的硅衬底上经光刻注入生成四根电阻应变片，电阻应变片被设计在硅膜表面应力最大处，组成惠斯顿电桥。然后在圆片背面，从硅片中部刻蚀出一个应力杯。最后键合圆片背面。根据产品应用，即可以在应力杯中抽真空制成绝压MEMS电阻应变传感器，也可以维持应力杯和大气相通制成表压MEMS电阻应变传感器。产品封装后，当硅膜两边的压力差发生变化时，应力硅膜会发生弹性形变，破坏原先的惠斯顿电桥电路平衡，产生电桥输出与压力成正比的电压信号。

所述数据处理电路板16设置于所述所述螺旋弹性件14的中部，所述数据处理电路板16包括数据采集模块和数据传输模块，所述数据采集模块用于采集所述压力信号；所述数据传输单元用于传输所述压力信号至云端服务器，以使所述云端服务器根据所述压力信号对植物生长进行监测。植物生长监测设备10安装在待测植物茎部后，记录其压力传感器阵列12的初始压力值，当日间太阳能输出值达到一定功率时，植物树干直径的变化反映到压力传感器阵列12的电信号上，所述数据处理电路板16的数据采集模块采集所述电信号作为压力信号，并由所述数据传输模块上传到云端服务器，所述云端服务器将所述压力信号与初始压力值进行比较，并通过标定公式计算出植物树干当前直径值。

所述数据采集模块是光电耦合电路，光电耦合电路包括光电耦合器、隔离放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和二极管，所述光电耦合器内部二极管的负极同时与第二电容的一端和第四电阻的一端电连接并接电源，光电耦合器内部三极管的集电极与第四电阻的另一端电连接，光电耦合器内部三极管的发射极与第二电容的另一端电连接并接地，光电耦合器内部稳压二极管的正极同时与第一电阻的一端、第二电阻的一端、第三电阻的一端、二极管的负极和第一电容的一端电连接，光电耦合器内部稳压二极管的负极同时与第一电阻的一端、第三电阻的另一端、二极管的正极和第一电容的另一端电连接并与隔离放大器的第一连接端电连接，第二电阻的另一端和第三电阻的另一端均是数字数据连接端，第一电阻的另一端与控制处理模块相应的输入端电连接，隔离放大器的第二连接端接地。所述数据传输模块可为Zigbee传输模块。

所述植物生长监测设备10还包括太阳能电池板18，所述压力传感器122及所述数据处理电路板16分别与所述太阳能电池板18连接。

在本实施例中，所述太阳能电池板18可为柔性太阳能电池薄膜，所述柔性太阳能电池薄膜沿所述螺旋弹性件14的螺旋延伸方向设置于所述螺旋弹性件14的外表面，上述螺旋结构的太阳能电池板18的面积大大增加，更加适应长时间在线监测。

所述柔性太阳能电池薄膜层可以为铜铟硒(CIS)或铜铟镓硒(CIGS)电池薄膜。

在一些实施例中，所述太阳能电池板18包括多个多晶硅太阳能电池，多个所述多晶硅太阳能电池相互串联；多个所述多晶硅太阳能电池依次沿所述螺旋延伸方向设置于所述螺旋弹性件14的外表面，上述螺旋结构的太阳能电池板18的面积大大增加，更加适应长时间在线监测。

请参阅图3，本发明提供还一种植物生长监测系统，所述植物生长监测系统包括如上任一实施例所述的植物生长监测设备10及云端服务器20。所述云端服务器与所述植物生长监测设备10通信连接。

所述云端服务器20与所述植物生长监测设备10通信连接的方式可通过无线网络进行连接，所述无线网络可以是基于任何类型的数据传输原理，用于建立两个节点之间的数据传输信道的无线通信网络，例如位于不同信号频段的蓝牙网络、WiFi网络、无线蜂窝网络或者其结合。

所述云端服务器20可以是任何类型，用以与植物生长监测设备10建立通信连接的智能装置，例如手机、平板电脑或者智能遥控器等。该智能终端可以装配有一种或者多种不同的用户交互装置，用以向用户展示和反馈信息。这些交互装置包括但不限于：按键、显示屏、触摸屏、扬声器以及遥控操作杆。

所述云端服务器包括数据接收模块和数据分析模块；所述接收单元用于接收所述植物生长监测设备发送的压力信号；所述分析单元用于根据所述压力信号对植物生长进行监测。植物生长监测设备10安装在待测植物茎部后，植物生长监测设备10记录其压力传感器阵列12的初始压力值，当日间太阳能输出值达到一定功率时，植物树干直径的变化反映到压力传感器阵列12的电信号上，所述数据处理电路板16的数据采集模块采集所述电信号作为压力信号，并由所述数据传输模块上传到云端服务器，所述云端服务器的数据接收模块接收所述压力信号，并将所述压力信号传输至数据分析模块，所述数据分析模块将将所述压力信号与初始压力值进行比较，并通过标定公式计算出植物树干当前直径值。

与现有技术相比较，本发明提供了一种植物生长监测设备，所述植物生长监测设备包括压力传感器阵列、螺旋弹性件、数据处理电路板；螺旋弹性件套设于待测植物上，所述螺旋弹性件安装方便，可适应多种植物茎部尺寸，无浸入性，安装后不阻碍植物正常生长；压力传感器阵列设置于螺旋弹性件内，分布在螺旋中心线方向的压力传感器阵列，由于螺旋结构，大大增加了传感器的安装数量，相比一般的监测仪，显著增加了传感器的信噪比，提高了监测的灵敏度；数据处理电路板与所述压力传感器电连接，数据处理电路板用于采集和传输压力传感器产生的压力信号。上述植物生长监测设备可直接反应植物的生长情况，灵敏度较高，且安装简单，对植物无伤害。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种植物生长监测设备，其特征在于，包括：压力传感器阵列、螺旋弹性件、数据处理电路板；

所述螺旋弹性件套设于待测植物上；

所述压力传感器阵列设置于所述螺旋弹性件内；

所述数据处理电路板与所述压力传感器电连接，所述数据处理电路板用于采集和传输所述压力传感器阵列产生的压力信号。

2.根据权利要求1所述的植物生长监测设备，其特征在于，

所述螺旋弹性件呈螺旋环状。

3.根据权利要求1所述的植物生长监测设备，其特征在于，

所述螺旋弹性件为螺旋弹性橡胶棒。

4.根据权利要求1所述的植物生长监测设备，其特征在于，

所述压力传感器阵列包括多个压力传感器，多个所述压力传感器沿所述螺旋弹性件的螺旋中心线均匀设置于所述螺旋弹性件内。

5.根据权利要求4所述的植物生长监测设备，其特征在于，

多个所述压力传感器相互串联并呈螺旋环状设置于所述螺旋弹性件内。

6.根据权利要求1-5任一项所述的植物生长监测设备，其特征在于，所述植物生长监测设备还包括太阳能电池板，所述压力传感器及所述数据处理电路板分别与所述太阳能电池板连接。

7.根据权利要求6所述的植物生长监测设备，其特征在于，

所述太阳能电池板为柔性太阳能电池薄膜，所述柔性太阳能电池薄膜沿所述螺旋弹性件的螺旋延伸方向设置于所述螺旋弹性件的外表面。

8.根据权利要求6所述的植物生长监测设备，其特征在于，

所述太阳能电池板包括多个多晶硅太阳能电池，多个所述多晶硅太阳能电池相互串联；

多个所述多晶硅太阳能电池依次沿所述螺旋延伸方向设置于所述螺旋弹性件的外表面。

9.根据权利要求1-5任一项所述的植物生长监测设备，其特征在于，所述数据处理电路板包括数据采集模块和数据传输模块；

所述数据采集模块用于采集所述压力信号；

所述数据传输单元用于传输所述压力信号至云端服务器，以使所述云端服务器根据所述压力信号对植物生长进行监测。

10.一种植物生长监测系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-9任一项所述的植物生长监测设备及云端服务器；

所述云端服务器与所述植物生长监测设备通信连接。

11.根据权利要求10所述的植物生长监测系统，其特征在于，

所述云端服务器包括数据接收模块和数据分析模块；

所述接收单元用于接收所述植物生长监测设备发送的压力信号；

所述分析单元用于根据所述压力信号对植物生长进行监测。

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