CN111337647A - 植被生长状况监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种植被生长状况监测系统，包括控制器、数据采集器以及分别与该数据采集器连接的空气温湿度传感器、摄像头和土壤水分传感装置，所述空气温湿度传感器用于检测植被所处环境的温度和湿度并将该温度和湿度信息发送给该数据采集器，摄像头用于将采集到的植被生长状况图片发送给数据采集器；土壤水分传感装置用于将植被之下土壤的水分信息发送给该数据采集器；该数据采集器将采集到的温度和湿度信息、植被生长状况图片以及土壤水分信息发送给该控制器，该控制器通过无线传输模块将该温度和湿度信息、植被生长状况图片以及土壤水分信息发送给远程管理平台，该远程管理平台对植被在对应的温湿度环境和对应水分的土壤中的生长状况进行监测。

Description

植被生长状况监测系统

技术领域

本发明属于植被生长监测领域，具体涉及一种植被生长状况监测系统。

背景技术

空气温湿度以及土壤水分对植被在生长过程中的影响至关重要。目前，在对植被生长状况进行监测时，只是对植被的生长状况进行拍摄，无法实时得知植被所处的环境温湿度以及土壤的水分，并且无法得出对应环境温湿度以及土壤水分对植被生长的影响。

发明内容

本发明提供一种植被生长状况监测系统，以解决目前植被生长状态监测过程中无法实时得知植被所处的环境温湿度以及土壤的水分，并且无法得出对应环境温湿度以及土壤水分对植被生长影响的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种植被生长状况监测系统，包括控制器、数据采集器以及分别与该数据采集器连接的空气温湿度传感器、摄像头和土壤水分传感装置，所述空气温湿度传感器用于检测植被所处环境的温度和湿度并将该温度和湿度信息发送给该数据采集器，所述摄像头用于将采集到的植被生长状况图片发送给数据采集器；所述土壤水分传感装置用于将植被之下土壤的水分信息发送给该数据采集器；

该数据采集器将采集到的温度和湿度信息、植被生长状况图片以及土壤水分信息发送给该控制器，该控制器通过无线传输模块将该温度和湿度信息、植被生长状况图片以及土壤水分信息发送给远程管理平台，该远程管理平台对植被在对应的温湿度环境和对应水分的土壤中的生长状况进行监测。

在一种可选的实现方式中，所述土壤水分传感装置包括横向设置的方型钢管以及可上下伸缩的第一电动伸缩杆，所述方型钢管的左端与该第一电动伸缩杆的伸缩端固定连接，多个竖直设置的螺杆的顶端与该方型钢管的下表面固定连接，针对每个螺杆，其都套装在一个螺套内，该螺套的上端端面上设置有土壤水分传感器，且该螺杆的底端设置有底面直径与该螺套直径相等的倒立的圆锥体；该第一电动伸缩杆与该控制器连接，各个土壤水分传感器均与该数据采集器连接，该数据采集器对各个土壤水分传感器检测到的土壤水分信息进行采集并发送给该控制器；在将各个螺杆的底端处的圆锥体插入土壤中，向下按压方型钢管，直至各个螺杆的上端均埋入土壤中后，在进行土壤水分检测时，该控制器控制该第一电动伸缩杆间断向上伸长，针对每个螺杆，通过调节对应螺套在该螺杆上的位置以及该第一电动伸缩杆在检测过程中的伸长总长，来对该螺杆对应位置处的纵向检测范围进行调节，通过调节该第一电动伸缩杆在检测过程中的每次伸长的长度，来对各个螺杆对应位置处的纵向检测精度进行调节。

在另一种可选的实现方式中，针对每个螺杆，该螺杆对应位置处的纵向检测范围的下限值为与土壤表面距离L的向下位置处，上限值为从该下限值向上移动L’的位置处，其中L表示对应螺套上土壤水分传感器与方型钢管之间的距离，L’表示该第一电动伸缩杆在检测过程中的伸长总长。

在另一种可选的实现方式中，在对该土壤水分传感装置进行安装时，首先保持第一电动伸缩杆位于地面之上，向控制器输入收缩指令，控制器控制该第一电动伸缩杆匀速收缩，带动该方型钢管的左端均匀下移，直至该第一电动伸缩杆收缩至最短，与此同时，向该方型钢管的右侧施加垂直向下的力，以使该方型钢管的左右两端同步匀速下移，从而将各个螺杆的下部埋入土壤内，然后向该方型钢管的左右两端施加相同的力，以同时推动第一电动伸缩杆和方型钢管下移，直至该方型钢管的下表面与土壤接触。

在另一种可选的实现方式中，针对每个螺杆，在该螺杆上设置有用于表示不同位置的标识线。

在另一种可选的实现方式中，针对每个螺杆，用户在调节对应螺套在该螺杆上的位置时，首先根据螺杆上的该标识线，将螺套旋转至对应位置处，与其中一条标识线重叠，然后将重叠的标识线的标号信息输入该控制器中，以使该控制器获知该螺套在该螺杆上的位置，从而获知对应土壤水分传感器的位置信息，确定该土壤水分传感器与方型钢管之间的距离L，此时该纵向检测范围的下限值为与土壤表面之间的距离为L的位置处，该纵向检测范围的上限值为该下限值向上移动L’的位置处，L’为该第一电动伸缩杆的伸长总长度。

本发明的有益效果是：

1、本发明可以远程获得植被所处环境的温湿度信息、土壤水分信息以及植被的生长状况图片，在温室栽培中，可以通过调节植被所处环境的温湿度以及土壤中的水分，监测植被在对应温湿度和土壤水分条件下的生长状况，从而可以确定植被生长所需的空气温湿度和土壤水分设为最佳值，以保证植被的产量最大化；

2、本发明设计了一种全新的土壤水分传感装置，该土壤水分传感装置中通过将第一电动伸缩杆和土壤水传感器相结合，由第一电动伸缩杆杆同时带动多个水平布置的土壤水分传感器上下移动，可以实现较宽横纵向范围内的土壤水分检测，此外，本发明通过设置多个螺杆，将每个螺杆套装在螺套外，通过调节对应螺套在该螺杆上的位置以及该第一电动伸缩杆的伸缩总长，可以对该螺杆对应位置处的纵向检测范围进行调节，通过调节该第一电动伸缩杆的每次伸缩的长度，可以对各个螺杆对应位置处的纵向检测精度进行调节；

3、本发明在对土壤水分传感装置进行安装时，首先控制第一电动伸缩杆收缩至最短，将各个螺杆的下部埋入土壤中，由此可以利用螺杆埋入土壤的部分稳固装置，为第一电动伸缩杆和螺杆的进一步下移提供稳定的基础，因此本发明土壤水分传感装置的埋入安装过程更加稳定；

4、本发明通过在螺杆上设置用于表示不同位置的标识线，可以方便用户对螺套在螺杆上的位置进行调节。

附图说明

图1是本发明植被生长状况监测系统的一个实施例电路方框图；

图2是本发明土壤水分传感装置的一个实施例结构示意图；

图3是土壤水分传感装置的一个安装过程示意图；

图4是本发明土壤水分传感装置的另一个安装状态结构示意图；

图5是图4中土壤水分传感装置工作过程的状态示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图1，为本发明植被生长状况监测系统的一个实施例电路方框图。该植被生长状况监测系统，包括包括控制器、数据采集器以及分别与该数据采集器连接的空气温湿度传感器、摄像头和土壤水分传感装置，所述空气温湿度传感器用于检测植被所处环境的温度和湿度并将该温度和湿度信息发送给该数据采集器，该摄像头用于将采集到的植被生长状况图片发送给数据采集器；所述土壤水分传感装置用于将植被之下土壤的水分信息发送给该数据采集器；该数据采集器将采集到的温度和湿度信息、植被生长状况图片以及土壤水分信息发送给该控制器，该控制器通过无线传输模块将该温度和湿度信息、植被生长状况图片以及土壤水分信息发送给远程管理平台，该远程管理平台对植被在对应的温湿度环境和对应水分的土壤中的生长状况进行监测。

由上述实施例可见，本发明可以远程获得植被所处环境的温湿度信息、土壤水分信息以及植被的生长状况图片，在温室栽培中，可以通过调节植被所处环境的温湿度以及土壤中的水分，监测植被在对应温湿度和土壤水分条件下的生长状况，从而可以确定植被生长所需的空气温湿度和土壤水分设为最佳值，以保证植被的产量最大化。

由于空气具有流通性和广泛扩散性，在监测植被生长所需的空气温湿度时，只需要对植被上方任意一处的温湿度进行检测，即可准确地反映出植被所处的环境温湿度。与空气温湿度检测不同，土壤水分传感器只能对土壤中的一点进行检测，植被在土壤中的根茎盘根错节，依据土壤中一点的水分含量很难准确反映出植被所处土壤中的实际水分含量。为此，本发明设计出了一种全新的土壤水分传感装置。

参见图2所示，所述土壤水分传感装置包括横向设置的方型钢管1以及可上下伸缩的第一电动伸缩杆2，所述方型钢管1的左端与该第一电动伸缩杆2的伸缩端固定连接，多个竖直设置的螺杆3的顶端与该方型钢管1的下表面固定连接，针对每个螺杆3，其都套装在一个螺套4内，该螺套4的上端端面上设置有土壤水分传感器5，且该螺杆3的底端设置有底面直径与该螺套直径相等的倒立的圆锥体6；该第一电动伸缩杆2与该控制器连接，各个土壤水分传感器5均与该数据采集器连接，该数据采集器对各个土壤水分传感器5检测到的土壤水分信息进行采集并发送给该控制器；在将各个螺杆3的底端处的圆锥体6插入土壤中，向下按压方型钢管1，直至各个螺杆3的上端埋入土壤中后，在进行土壤水分检测时，该控制器控制该第一电动伸缩杆2间断向上伸长，针对每个螺杆3，通过调节对应螺套4在该螺杆3上的位置以及该第一电动伸缩杆2在检测过程中的伸长总长，来对该螺杆3对应位置处的纵向检测范围进行调节，通过调节该第一电动伸缩杆2在检测过程中的每次伸长的长度，来对各个螺杆3对应位置处的纵向检测精度进行调节。其中，针对每个螺杆3，该螺杆3对应位置处的纵向检测范围的下限值为与土壤表面距离L的向下位置处，上限值为从该下限值向上移动L’的位置处，其中L表示对应螺套4上土壤水分传感器5与方型钢管1之间的距离，L’表示该第一电动伸缩杆2在检测过程中的伸长总长。

本实施例中，初始状态下，该第一电动伸缩杆2处于伸长状态，每个螺杆3底端的倒立圆锥体6都与地面7接触。在对该土壤水分传感装置进行安装时，结合图3所示，首先保持第一电动伸缩杆2位于地面7之上，向控制器输入收缩指令，控制器控制该第一电动伸缩杆2匀速收缩，带动该方型钢管1的左端均匀下移，直至该第一电动伸缩杆2收缩至最短，与此同时，向该方型钢管1的右侧施加垂直向下的力，以使该方型钢管1的左右两端同步匀速下移，从而将各个螺杆3的下部埋入土壤内，然后向该方型钢管1的左右两端施加相同的力，以同时推动第一电动伸缩杆2和方型钢管1下移，直至该方型钢管1的下表面与土壤接触。现有技术中，在对植被所处土壤的水分进行检测时，如果需要对植被根部所处较大横纵向范围土壤的水分进行检测，则需要将多列土壤水分传感器埋设于土壤中，通常将一列一列的土壤水分传感器单独依次埋设到土壤中，操作比较复杂，本发明将多个螺杆固定在方型钢管上，且在每个螺杆上设置一个土壤水分传感器，在安装时只需要对方型钢管的左右两端同时施力，就可以使多个土壤水分传感器同步埋设到土壤中，从而可以简化多列土壤水分传感器的安装埋入操作；此外，本发明在对同一位置处纵向的多个点进行测量时，不必设置同属一列的多个土壤水分传感器，只需要设置一个土壤水分传感器，通过该第一电动伸缩杆可以带动该一个土壤水分传感器移动到纵向方向的各个位置处，因而可以减少土壤水分传感器的设置数量。本发明在对土壤水分传感装置进行安装时，首先控制第一电动伸缩杆收缩至最短，将各个螺杆的下部埋入土壤中，由此可以利用螺杆埋入土壤的部分稳固装置，为第一电动伸缩杆和螺杆的进一步下移提供稳定的基础，因此本发明土壤水分传感装置的埋入安装过程更加稳定。

其中，在对螺杆3对应位置处的纵向检测范围进行调节时，结合图3中最后一张图所示，对于第三个螺杆3，其出现上移，在检测时，第一电动伸缩杆2伸长，通过方型钢管1带动螺杆3上的土壤水分传感器5上移，当该土壤水分传感器5露出土壤表面时，无法检测到土壤水分，因此对于第三个螺杆3，其最大的纵向检测范围是从图中该土壤水分传感器5当前所处位置到土壤表面。当然，第一电动伸缩杆2还可以不将第三个螺杆3上的土壤水分传感器5带到土壤之外，而只将该土壤水分传感器5带动A所示位置处，此时该螺杆3对应位置处的纵向检测范围是从图中该土壤水分传感器5当前所处位置到A位置处。可见，通过调节对应螺套在该螺杆上的位置以及该第一电动伸缩杆的伸缩总长，可以对该螺杆对应位置处的纵向检测范围进行调节。此外，在进行土壤水分检测过程中，第一电动伸缩杆2间断向上伸长，每伸长一次，各个土壤水分传感器5就对对应位置处的土壤水分检测一次，因而第一电动伸缩杆2的每次伸长的长度决定了纵向检测的精度。

由上述实施例可见，本发明通过将第一电动伸缩杆和土壤水传感器相结合，由第一电动伸缩杆杆同时带动多个水平布置的土壤水分传感器上下移动，可以实现较宽横纵向范围内的土壤水分检测，此外，本发明通过设置多个螺杆，将每个螺杆套装在螺套外，通过调节对应螺套在该螺杆上的位置以及该第一电动伸缩杆的伸缩总长，可以对该螺杆对应位置处的纵向检测范围进行调节，通过调节该第一电动伸缩杆的每次伸缩的长度，可以对各个螺杆对应位置处的纵向检测精度进行调节。

为了便于了解螺套4在螺杆3上的位置，针对每个螺杆3，在该螺杆3上设置有用于表示不同位置的标识线。针对每个螺杆3，用户在调节对应螺套4在该螺杆3上的位置时，可以首先根据螺杆3上的标识线，将螺套4旋转至对应位置处，与其中一条标识线重叠，然后将重叠的标识线的标号信息输入该控制器中，以使该控制器获知该螺套4在该螺杆3上的位置，从而获知对应土壤水分传感器5的位置信息，确定该土壤水分传感器与方型钢管之间的距离L，此时该纵向检测范围的下限值为与土壤表面之间的距离为L的位置处，该纵向检测范围的上限值为该下限值向上移动L’的位置处，L’为该第一电动伸缩杆的伸长总长度。

虽然上述实施例可以实现较宽横纵向范围内的土壤水分检测，且可以对各个检测位置处的纵向检测范围和纵向检测精度进行调节，但是在对正方形的横纵向区域内进行检测时，各个螺杆3上的土壤水分传感器5需要位于同一水平面上，为了提高纵向检测精度，通常会想到缩小第一电动伸缩杆每次伸长的距离，如此在纵向检测范围一定的情况下，第一电动伸缩杆需要进行多次伸缩，且第一电动伸缩杆的伸长的总长需要等于该纵向检测范围的纵向长度，即图5中H’。为了进一步提高纵向检测精度，本发明中通过针对每个螺杆3，调节对应螺套4在该螺杆3上的位置，以使从左到右的各个螺套4与该方型钢管1的距离逐渐增大或者减小，测得各个螺套4上土壤水分传感器5在对应纵向检测范围内的土壤水分数据，各个土壤水分传感器的纵向检测范围呈梯形变化。结合图4所示，第一电动伸缩杆2带动各个土壤水分传感器上升的过程中，从左到右的第一个土壤水分传感器对应的纵向检测范围为区域1，第二个土壤水分传感器对应的纵向检测范围为区域2，第三个土壤水分传感器对应的纵向检测范围为区域3，第四个土壤水分传感器对应的纵向检测范围为区域4，从图中也可以看出，各个土壤水分传感器的纵向检测范围呈梯形变化。

其中，以最左侧土壤水分传感器为左侧边界，最右侧土壤水分传感器为右侧边界，以初始状态下，距离该方型钢管最远的土壤水分传感器所处位置作为下侧边界，将距离该方型钢管最近的土壤水分传感器随着该第一电动伸缩杆上移，所能达到的最高高度作为上侧边界，在检测由该左侧边界、右侧边界、下侧边界和上侧边界构成的方形区域内的土壤水分时，在测得各个土壤水分传感器在对应纵向检测范围内的土壤水分数据后，在此基础上，对该方型区域内未检测到土壤水分数据的部分进行计算填充。由于土壤水分传感装置会进行多次测量，因而可以根据各个土壤水分传感器在对应纵向检测范围内的土壤水分历史数据，沿着梯形变化方向，采用插值法逐层计算该方形区域内待填充的各个土壤水分数据，直至该方形区域内的各个土壤水分数据填充完成。例如图5中，沿着梯形变化方向，首先对网状区域进行计算填充，然后对灰色区域进行计算填充，最后对黑色区域进行计算填充。本发明在计算待填充的各个土壤水分数据时沿着梯形变化方向，采用插值法逐层计算，可以保证土壤水分数据计算的准确度。在采用插值法计算一个待填充土壤水分数据时，首先将与该待填充土壤水分数据横向相邻的一个土壤水分数据作为第一参考土壤水分数据，将与该第一参考土壤水分数据竖向相邻的一个土壤水分数据作为第二参考土壤数据，将与该待填充土壤水分数据竖向相邻的当前检测到的一个土壤水分数据作为比较土壤水分数据a1，从该第二参考土壤数据的历史纪录中查找到与该比较土壤水分数据a1所处的区间(a2，a3)，从该第一参考土壤水分数据的历史纪录中查找到与该a2和a3对应的x2和x3，设定当前未知的该待填充土壤水分为x1，则根据公式(a2-a3)/(x2-x3)＝(a2-a1)/(x2-x1)，即可计算得出该待填充土壤水分x1。

从图5中可以看出，现有技术中若各个土壤水分传感器与方型钢管之间的距离均相等，则在设定的方形检测区域内，第一电动伸缩杆的伸长长度为H’，而当采用本专利方法对方形区域进行检测时，第一电动伸缩杆的伸长长度为H，显然H小于H’，因此采用本专利方法进行方形区域检测时可以缩短第一电动伸缩杆的伸长总长度，降低能耗，提高检测效率。此外，本专利中第一电动伸缩杆伸长次数为七次，若按照现有技术伸长七次，那么由于H’较长，因此每次伸长的长度较大，因而纵向检测精度较低；而本专利中伸缩七次达到总长度H，显然每次伸缩的长度较短，因而纵向检测精度较高。由此，本发明在对方形区域进行检测时，使从左到右的各个螺套与该方型钢管的距离逐渐增大或者减小，各个土壤水分传感器的纵向检测范围呈梯形变化，并且在测得各个土壤水分传感器在对应纵向检测范围内的土壤水分数据后，在此基础上，对该区域内未检测到土壤水分数据的部分进行计算填充，由此不仅可以获得方形区域内的所有土壤水分数据，而且可以缩短第一电动伸缩杆的伸长总长度，降低能耗，提高检测效率和纵向检测精度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来管制。

Claims (6)

1.一种植被生长状况监测系统，其特征在于，包括控制器、数据采集器以及分别与该数据采集器连接的空气温湿度传感器、摄像头和土壤水分传感装置，所述空气温湿度传感器用于检测植被所处环境的温度和湿度并将该温度和湿度信息发送给该数据采集器，所述摄像头用于将采集到的植被生长状况图片发送给数据采集器；所述土壤水分传感装置用于将植被之下土壤的水分信息发送给该数据采集器；

该数据采集器将采集到的温度和湿度信息、植被生长状况图片以及土壤水分信息发送给该控制器，该控制器通过无线传输模块将该温度和湿度信息、植被生长状况图片以及土壤水分信息发送给远程管理平台，该远程管理平台对植被在对应的温湿度环境和对应水分的土壤中的生长状况进行监测。

2.根据权利要求1所述的植被生长状况监测系统，其特征在于，所述土壤水分传感装置包括横向设置的方型钢管以及可上下伸缩的第一电动伸缩杆，所述方型钢管的左端与该第一电动伸缩杆的伸缩端固定连接，多个竖直设置的螺杆的顶端与该方型钢管的下表面固定连接，针对每个螺杆，其都套装在一个螺套内，该螺套的上端端面上设置有土壤水分传感器，且该螺杆的底端设置有底面直径与该螺套直径相等的倒立的圆锥体；该第一电动伸缩杆与该控制器连接，各个土壤水分传感器均与该数据采集器连接，该数据采集器对各个土壤水分传感器检测到的土壤水分信息进行采集并发送给该控制器；在将各个螺杆的底端处的圆锥体插入土壤中，向下按压方型钢管，直至各个螺杆的上端均埋入土壤中后，在进行土壤水分检测时，该控制器控制该第一电动伸缩杆间断向上伸长，针对每个螺杆，通过调节对应螺套在该螺杆上的位置以及该第一电动伸缩杆在检测过程中的伸长总长，来对该螺杆对应位置处的纵向检测范围进行调节，通过调节该第一电动伸缩杆在检测过程中的每次伸长的长度，来对各个螺杆对应位置处的纵向检测精度进行调节。

3.根据权利要求2所述的植被生长状况监测系统，其特征在于，针对每个螺杆，该螺杆对应位置处的纵向检测范围的下限值为与土壤表面距离L的向下位置处，上限值为从该下限值向上移动L’的位置处，其中L表示对应螺套上土壤水分传感器与方型钢管之间的距离，L’表示该第一电动伸缩杆在检测过程中的伸长总长。

4.根据权利要求2所述的植被生长状况监测系统，其特征在于，在对该土壤水分传感装置进行安装时，首先保持第一电动伸缩杆位于地面之上，向控制器输入收缩指令，控制器控制该第一电动伸缩杆匀速收缩，带动该方型钢管的左端均匀下移，直至该第一电动伸缩杆收缩至最短，与此同时，向该方型钢管的右侧施加垂直向下的力，以使该方型钢管的左右两端同步匀速下移，从而将各个螺杆的下部埋入土壤内，然后向该方型钢管的左右两端施加相同的力，以同时推动第一电动伸缩杆和方型钢管下移，直至该方型钢管的下表面与土壤接触。

5.根据权利要求3所述的植被生长状况监测系统，其特征在于，针对每个螺杆，在该螺杆上设置有用于表示不同位置的标识线。

6.根据权利要求3所述的植被生长状况监测系统，其特征在于，针对每个螺杆，用户在调节对应螺套在该螺杆上的位置时，首先根据螺杆上的该标识线，将螺套旋转至对应位置处，与其中一条标识线重叠，然后将重叠的标识线的标号信息输入该控制器中，以使该控制器获知该螺套在该螺杆上的位置，从而获知对应土壤水分传感器的位置信息，确定该土壤水分传感器与方型钢管之间的距离L，此时该纵向检测范围的下限值为与土壤表面之间的距离为L的位置处，该纵向检测范围的上限值为该下限值向上移动L’的位置处，L’为该第一电动伸缩杆的伸长总长度。

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