CN111307215A - 一种苹果生产监测管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种苹果生产监测管理系统。包括:服务器以及分布于果园之中的多个多模传感信息监测节点。多模传感信息监测节点包括:为各模块供电的电源模块和依次连接的感知模块、信号处理电路模块、微处理器模块、通信模块;感知模块包括VOC传感器、乙烯传感器、二氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器和光照传感器;服务器与多模传感信息监测节点中进行通信,并根据感知模块的感知信息,结合苹果生产管理模型,提供最佳采摘时期建议、生长措施建议和异常预警信息;其中,苹果生产管理模型为感知信息与苹果品质以及成熟时间之间的关系模型。本发明能够对苹果的生长状态进行自主化评判,并提供最佳采摘时期建议、生长措施建议和异常预警信息。
Description
技术领域
本发明涉及农业信息技术/传感器技术领域,特别是涉及一种苹果生产监测管理系统。
背景技术
当前苹果生长过程中无法准确评判苹果的预期品质,只能通过技术人员的经验或有限的经验参数来指导生产,依赖于人工操作,成本较高,且难以实现高品质果品的稳定生产和供应。同时,果园的智能化程度较低,果园监测管理系统的监测内容主要为温度、湿度等环境参数,苹果果实信息获取不足,果园内监测点获取数据反馈程度低,预判预警功能缺失,难以对苹果生产过程提供有效管理建议。
发明内容
本发明的目的是提供一种苹果生产监测管理系统,能够对苹果生长过程中的状态进行自主化评判。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种苹果生产监测管理系统,包括:服务器以及分布于果园之中的多个多模传感信息监测节点;
所述多模传感信息监测节点,包括:感知模块、信号处理电路模块、微处理器模块、通信模块和电源模块;所述感知模块包括VOC传感器、乙烯传感器、二氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器和光照传感器,所述信号处理电路模块与所述感知模块的信号输出端连接,所述微处理器模块与所述信号处理电路模块的输出端连接,所述通信模块与所述微处理器模块的通信信号端连接,所述电源模块为所述感知模块、所述信号处理电路模块、所述微处理器模块以及所述通信模块供电;
所述服务器,与所述多模传感信息监测节点中的通信模块进行通信,根据所述感知模块的感知信息,结合苹果生产管理模型,提供最佳采摘时期建议、生长措施建议和异常预警信息;所述苹果生产管理模型为所述感知信息与苹果品质以及成熟时间之间的关系模型。
可选的,所述VOC传感器、所述乙烯传感器和所述二氧化碳传感器均为气体信号-电信号转换型传感器。
可选的,所述苹果生产管理模型包括:最佳采摘时期关系模型、生长措施关系模型和生长异常关系模型,所述最佳采摘时期关系模型为所述感知信息与最佳采摘时期之间的关系模型,所述生长措施关系模型为所述感知信息与各管理措施之间的关系模型,所述生长异常关系模型为所述感知信息与生长异常之间的关系模型。
可选的,所述通信模块为NB-IOT模块,所述NB-IOT模块通过透传云将所述感知模块的感知信息传输至所述服务器。
可选的,所述信号处理电路模块包括:信号放大电路和模数转换电路。
可选的,所述信号处理电路模块还包括:滤波器,所述信号放大电路通过所述滤波器与所述模数转换电路连接。
可选的,所述VOC传感器、所述乙烯传感器以及所述二氧化碳传感器中包括温度补偿模块,所述温度传感器和所述湿度传感器为所述温度补偿模块提供实时的温度信息和湿度信息。
可选的,所述电源模块包括供电单元及电源管理电路,所述供电单元包括锂离子电池,所述电源管理电路包括稳压电路和电压转换电路。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:本发明提供的苹果生产监测管理系统通过对果园中气体信息以及环境信息的采集,结合气体信息、环境信息与苹果品质、成熟时期的关系模型,实现对苹果生长状态的自主化评判,进而给出最佳采摘时期建议、生长措施建议和异常预警信息,实现对苹果生产的有效管理。由于避免了技术人员的评判和指导,降低了成本的同时,保障了品质果品的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中苹果生产监测管理系统的结构示意图;
图2为本发明实施例中多模传感信息监测节点的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种苹果生产监测管理系统,如图1所示,该苹果生产监测管理系统包括:服务器以及分布于果园之中的多个多模传感信息监测节点;
如图2所示,所述多模传感信息监测节点包括:感知模块、信号处理电路模块、微处理器模块、通信模块和电源模块。所述感知模块包括VOC传感器、乙烯传感器、二氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器和光照传感器。所述信号处理电路模块分别与所述感知模块的信号输出端连接,所述微处理器模块与所述信号处理电路模块的输出端连接,所述通信模块与所述微处理器模块的通信信号端连接,所述电源模块为所述感知模块、所述信号处理电路模块、所述微处理器模块以及所述通信模块供电。
所述服务器,与所述多模传感信息监测节点中的通信模块进行通信,根据苹果生产管理模型以及所述感知模块的感知信息,提供最佳采摘时期建议、生长措施建议和异常预警信息,所述苹果生产管理模型为所述感知信息与苹果品质以及成熟时间之间的关系模型。
在实施例中,多模传感信息监测节点内部集成了挥发性有机化合物、乙烯、二氧化碳三种气体传感器及温度、湿度、光照传感器,实时监测苹果生长过程中释放出的气体信息,以及苹果生长过程中的湿度、温度与光照。感知模块获得的数据经过信号处理电路模块进行处理,处理后的信号由微处理器模块收集并做初步处理,处理后的数据送入通信模块。通信模块将感知信息传输至服务器,服务器根据感知信息,结合苹果生产管理模型确定最佳采摘时间、生长措施以及确定是否存在异常,并给出相应的信息推送。本实施例实现了苹果生长状态的自主化评判,无需人工操作,可大幅度降低人工成本,同时确保评判的稳定性。
在实施例中,苹果生产管理模型可以包括:最佳采摘时期关系模型、生长措施关系模型和生长异常关系模型,所述最佳采摘时期关系模型为所述感知信息与最佳采摘时期之间的关系模型,所述生长措施关系模型为所述感知信息与各管理措施之间的关系模型,所述生长异常关系模型为所述感知信息与生长异常之间的关系模型。当然,苹果生产管理模型还可以包括其他关系模型,并不仅限于上述模型。当然,还可以采用本系统采集的气体信息和环境信息建立用于构建苹果生产管理模型的数据库。
在实施例中,所述服务器中的管理模块根据感知信息以及苹果生产管理模型,提供最佳采摘时期建议、生长措施建议和异常预警信息。比如:通过乙烯浓度和VOC浓度监测获取最佳采摘时间,通过检测乙烯和二氧化碳释放浓度调控光照和水肥措施,检测到气体浓度异常时立即发出预警信息。还可以根据成熟时间和苹果品质与温湿度、光照、二氧化碳浓度变化规律之间的关系模型,给出合理的温度、光照建议。
由于苹果是跃变型果实,在成熟阶段乙烯和二氧化碳浓度逐渐上升并达到顶峰,在顶峰后苹果果实逐渐进入衰老阶段,管理模块在检测乙烯和二氧化碳浓度变化过程中,计算处理获取乙烯和二氧化碳产生速率,当检测到二者产生速率下降时,提醒果农对苹果果实进行采摘,当检测到乙烯和二氧化碳浓度下降时,立即发出预警提示,提醒果农尽快采摘。苹果果实的损伤、病害侵袭会加速乙烯合成,管理模块获取乙烯信息后,一旦发现乙烯速率产生异常(急剧增大)时发出损伤和病害预警提示。管理模块在苹果成熟阶段检测到苹果香气物质(挥发性有机化合物)、乙烯和二氧化碳速率提前下降时,提示果农施加光照和水肥管理措施。
在上述实施例中,所述VOC传感器、所述乙烯传感器和所述二氧化碳传感器均为气体信号-电信号转换型传感器。相较于现有技术中苹果品质相关的挥发性有机化合物、乙烯、二氧化碳三类气体的常规检测仪器,本发明采用的传感器易于集成、成本低、检测复杂度低。
在实施例中,所述通信模块可以采用支持多个频段、体积小、功耗低的全频段NB-IOT模块,每个节点的NB-IOT模块将所处节点的传感信息通过运营商提供的透传云传输至控制室服务器数据库。
在实施例中,所述信号处理电路模块包括:信号放大电路和模数转换电路。
在实施例中,所述信号处理电路模块还包括:滤波器,所述信号放大电路通过所述滤波器与所述模数转换电路连接。
所述信号处理电路模块用于分析处理三种气体传感器采集到的电学信号,信号放大电路可采用互阻或互容式放大器电路设计,选取低偏置电流的运算放大器,将电流信号放大并转换为电压信号,可实现微弱电流信号的检测以实现低浓度气体或小范围温湿度变化的精确监测;模数转换电路拟使用高精度、高分辨率、低功耗模数转换器芯片,对信号放大电路输出的电压信号进行模拟-数字转换,数字结果通过总线协议传输至微处理器。其中,为了降低噪声,在模数-转换芯片的每个差分输入端均使用共模和差分滤波器。此外,温度传感器、湿度传感器、光传感器采用传统产品,输出为数字信号,无须通过此信号处理模块进行信号调制。
在实施例中,所述VOC传感器、所述乙烯传感器以及所述二氧化碳传感器中可以包括温度补偿模块,所述温度传感器和所述湿度传感器为所述温度补偿模块提供实时的温度信息和湿度信息,以提高所述VOC传感器、所述乙烯传感器以及所述二氧化碳传感器的准确性和可靠性。
在实施例中,所述电源模块可以包括供电单元及电源管理电路,采用锂离子电池、无线充电技术等供电方式,电源管理电路用于实现不同电位的转换及稳压。
在上述实施例中,所述微处理器采用低成本增强型内核单片机,主要用于读取模数转换器的输出数字信号,对电压信号进行处理,以及通过总线协议读取温度传感器、湿度传感器、光照传感器获取的数据,以固定格式编码输出对应的气体浓度、湿度、温度、光照强度等数据至通信模块。
所述有机化合物传感器为醇类、酯类、醛类、酮类物质半导体传感器组成的传感器阵列构成,可采用本领域常规产品;乙烯和二氧化碳传感器可采用电化学或半导体传感器结构,温度、湿度和光电传感器采用本领域常用传感器结构。每一种传感器组成各自的传感与数据通道,采集到的数据传至后续对应的信号处理电路模块进行分析处理。
本发明基于多模传感技术,通过挥发性有机化合物传感器、乙烯传感器、二氧化碳传感器对苹果生长过程中的挥发性有机化合物、乙烯、二氧化碳浓度进行实时检测,并通过温度传感器、湿度传感器和光电传感器对苹果生长过程中湿度、温度和光照强度信息进行实时记录,可解决目前常用色谱技术无法实时在线监测、成本高、操作复杂等缺点,并提供苹果气味与生长环境、以及挥发性有机化合物、乙烯、二氧化碳三种气体之间的相互关联,建立以温度、光照为主要驱动因子的发育进程模拟模型,为提高苹果品质提供理论依据,监测过程中,通过对监测获得气体信息管理,为果农提供最佳采摘时间、生长管理措施建议和预警提示。同时,采用本发明所提供的多模传感信息监测节点,可根据苹果生长规模和环境实际需求合理布点,对不同地区、不同环境、不同种类的苹果果园或仓储进行布点监测,提高样本数目与种类并开发相应的智能算法,以实现苹果生产管理的精确性与普适性,为提升苹果质量提供有效科学支撑,为智慧果园提供解决方案。本发明可以实时、简单、便捷、精确监测苹果品质的气味信息及生长环境信息,且具有低成本、低功耗、使用寿命长、体积小、易推广等优点,适合智慧果园发展需求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种苹果生产监测管理系统,其特征在于,包括:服务器以及分布于果园之中的多个多模传感信息监测节点;
所述多模传感信息监测节点,包括:感知模块、信号处理电路模块、微处理器模块、通信模块和电源模块;所述感知模块包括VOC传感器、乙烯传感器、二氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器和光照传感器,所述信号处理电路模块与所述感知模块的信号输出端连接,所述微处理器模块与所述信号处理电路模块的输出端连接,所述通信模块与所述微处理器模块的通信信号端连接,所述电源模块为所述感知模块、所述信号处理电路模块、所述微处理器模块以及所述通信模块供电;
所述服务器,与所述多模传感信息监测节点中的通信模块进行通信,根据所述感知模块的感知信息,结合苹果生产管理模型,提供最佳采摘时期建议、生长措施建议和异常预警信息;所述苹果生产管理模型为所述感知信息与苹果品质以及成熟时间之间的关系模型。
2.根据权利要求1所述的苹果生产监测管理系统,其特征在于,所述VOC传感器、所述乙烯传感器和所述二氧化碳传感器均为气体信号-电信号转换型传感器。
3.根据权利要求1所述的苹果生产监测管理系统,其特征在于,所述苹果生产管理模型包括:最佳采摘时期关系模型、生长措施关系模型和生长异常关系模型,所述最佳采摘时期关系模型为所述感知信息与最佳采摘时期之间的关系模型,所述生长措施关系模型为所述感知信息与各管理措施之间的关系模型,所述生长异常关系模型为所述感知信息与生长异常之间的关系模型。
4.根据权利要求1所述的苹果生产监测管理系统,其特征在于,所述通信模块为NB-IOT模块,所述NB-IOT模块通过透传云将所述感知模块的感知信息传输至所述服务器。
5.根据权利要求1所述的苹果生产监测管理系统,其特征在于,所述信号处理电路模块包括:信号放大电路和模数转换电路。
6.根据权利要求5所述的苹果生产监测管理系统,其特征在于,所述信号处理电路模块还包括:滤波器,所述信号放大电路通过所述滤波器与所述模数转换电路连接。
7.根据权利要求1所述的苹果生产监测管理系统,其特征在于,所述VOC传感器、所述乙烯传感器以及所述二氧化碳传感器中包括温度补偿模块,所述温度传感器和所述湿度传感器为所述温度补偿模块提供实时的温度信息和湿度信息。
8.根据权利要求1所述的苹果生产监测管理系统,其特征在于,所述电源模块包括供电单元及电源管理电路,所述供电单元包括锂离子电池,所述电源管理电路包括稳压电路和电压转换电路。
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