CN113916375B - 一种全波段高光谱物联监测终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全波段高光谱物联监测终端，包括：中心控制器、无线传输模块、光谱仪、信号采集装置、散热器和温湿度传感器；中心控制器控制信号采集装置在设定时间采集近地表上行辐亮度光信号和太阳光下行辐照度光信号；中心控制器控制光谱仪在设定时间接收上行辐亮度光信号和下行辐照度光信号；光谱仪用于将光信号转换为光谱信号，并将光谱信号传输到中心控制器。本发明通过采用中心控制器控制光谱仪和双通道切换开关工作，使得辐亮度采集器和辐照度采集器的光谱信号通过光谱仪转换为光谱信号传输给中心控制器然后传输到物联网平台，从而实现了中心控制器控制光路双通道切换开关按设定时间进行数据采集并自动将参数上传。
Description
技术领域
本发明涉及监测领域，特别是涉及一种全波段高光谱物联监测终端。
背景技术
传统的光谱信号采集设备是在现场进行数据采集，通过优盘或者其他可携式存储设备将传统的光谱信号采集设备采集到的原始数据从现场设备中导出，然后将导出的数据通过优盘或者其他可携式存储设备移动到进行数据运算的计算机中。所以，采集现场的PC机只完成对采集的数据的存储，而无法实现采集的数据的传输，使得利用光谱信息实时性差，而且还要定时释放原先存储在PC机中的数据。因此，传统的光谱信号采集设备自动化程度低，实时性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种全波段高光谱物联监测终端，能够实现光谱信号采集的自动化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种全波段高光谱物联监测终端，包括：数据分析装置、信号采集装置、散热器和温湿度传感器；
所述散热器用来为所述数据分析装置和所述信号采集装置进行散热；
所述数据分析装置包括中心控制器和无线传输模块；所述中心控制器分别与所述信号采集装置和所述无线传输模块控制连接；所述中心控制器用于控制所述信号采集装置在设定时间采集近地表上行辐亮度光信号和太阳光下行辐照度光信号并将所述光信号传输到所述中心控制器；
所述温湿度传感器将采集的温湿度数据传输给所述中心控制器，所述中心控制器根据所述温湿度数据控制所述散热器工作。
所述信号采集装置包括光谱仪、双通道切换开关、分叉光纤、辐亮度采集器和辐照度采集器；所述双通道切换开关包括第一通道和第二通道，所述分叉光纤的分叉端包括第一分叉光纤和第二分叉光纤；所述第一通道的输出端与所述第一分叉光纤连接，所述第二通道的输出端与所述第二分叉光纤连接；所述分叉光纤的公共端与所述光谱仪连接；所述第一通道的输入端与所述辐亮度采集器连通；所述第二通道的输入端与所述辐照度采集器连通；所述双通道切换开关的控制端与所述中心控制器连接；所述中心控制器控制所述双通道切换开关在所述设定时间打开设定光路通道；所述设定光路通道为按照所述中心控制器设定的开通顺序打开所述第一通道或所述第二通道；所述辐亮度采集器用来采集近地表上行辐亮度光信号；所述辐照度采集器用来采集太阳光下行辐照度光信号；
所述中心控制器与所述光谱仪控制连接；所述中心控制器控制所述光谱仪在所述设定时间接收所述上行辐亮度光信号和所述下行辐照度光信号；所述光谱仪用于将所述光信号转换为光谱信号，并将所述光谱信号传输到所述中心控制器；
所述温湿度传感器将采集的温湿度数据传输给所述中心控制器，所述中心控制器根据所述温湿度数据控制所述散热器工作。
可选的，所述辐亮度采集器包括第一反射探头和第一外接光纤；所述第一反射探头通过所述第一外接光纤与所述双通道切换开关连接。
可选的，所述辐照度采集器包括第二反射探头和第二外接光纤；所述第二反射探头通过所述第二外接光纤与所述双通道切换开关连接。
可选的，所述双通道切换开关为FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关。
可选的，所述全波段高光谱物联监测终端还包括光照度传感器；所述光照度传感器与所述中心控制器连接。
可选的，所述光照度传感器为MAX44009光照度传感器。
可选的，所述温湿度传感器为STH20温湿度传感器。
可选的，所述全波段高光谱物联监测终端还包括供电设备，所述供电设备用来为所述数据分析装置、所述信号采集装置和所述散热器供电。
可选的，所述全波段高光谱物联监测终端还包括变压器，所述供电设备与所述变压器电连接，所述变压器分别与所述数据分析装置、所述信号采集装置和所述散热器电连接。
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：
本发明提供了一种全波段高光谱物联监测终端，包括：数据分析装置、信号采集装置、散热器和温湿度传感器；散热器用来为数据分析装置进行散热；数据分析装置包括中心控制器和无线传输模块；中心控制器分别与信号采集装置和无线传输模块控制连接；中心控制器控制信号采集装置在设定时间采集近地表上行辐亮度光信号和太阳光下行辐照度光信号并将所述光信号传输到所述中心控制器；温湿度传感器将采集的温湿度数据传输给中心控制器，中心控制器根据温湿度数据控制散热器工作。本发明通过采用中心控制器控制光谱仪和双通道切换开关按中心控制器设定时间开始工作，使得辐亮度采集器和辐照度采集器的采集的光信号传输给光谱仪，光谱仪将光信号转换为光谱信号传输给中心控制器，中心控制器能够将数据传输到物联网平台，从而实现了中心控制器控制光谱仪和光路双通道切换开关按设定时间进行数据采集并自动将数据上传，因此实现了光谱信号采集的自动化和实时性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为全波段高光谱物联监测终端器件连接框图；
图2为全波段高光谱物联监测终端工作流程图。
符号说明：
供电设备—1，MAX44009光照度传感器—2，STH20温湿度传感器—3，变压器—4，树莓派4B—5，QE Pro光谱仪—6，FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关—7，Y光纤—8，第一外接光纤—9，第二外接光纤—10，散热器—11。
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。
本发明的目的是提供一种全波段高光谱物联监测终端，能够实现光谱信号采集的自动化。
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。
如图1所示，本发明全波段高光谱物联监测终端，包括：数据分析装置、信号采集装置、散热器11和温湿度传感器。
具体的，全波段高光谱物联监测终端还包括光照度传感器；光照度传感器与中心控制器连接。
进一步的，光照度传感器为MAX44009光照度传感器2。
散热器11用来为数据分析装置进行散热。
数据分析装置包括中心控制器和无线传输模块；中心控制器分别与信号采集装置和无线传输模块控制连接；中心控制器用于控制信号采集装置在设定时间采集近地表上行辐亮度光信号和太阳光下行辐照度光信号并将所述光信号传输到所述中心控制器。
具体的，中心控制器为基于linux的工控机或小型电脑；中心控制器可以控制无线传输模块与物联网平台进行数据交换；无线传输模块为wifi模块、4G模块或者5G模块。
进一步的，中心控制器为树莓派4B5；温湿度传感器采集到的温度数据、湿度数据与MAX44009光照度传感器2采集到的光照度数据可以在树莓派4B5上进行可视化显示；中心控制器可以将接收的温度数据、湿度数据和光照度数据上传到物联网平台。
信号采集装置包括光谱仪、双通道切换开关、分叉光纤、辐亮度采集器和辐照度采集器；双通道切换开关包括第一通道和第二通道，分叉光纤的分叉端包括第一分叉光纤和第二分叉光纤；第一通道的输出端与第一分叉光纤连接，第二通道的输出端与第二分叉光纤连接；分叉光纤的公共端与光谱仪连接；第一通道的输入端与辐亮度采集器连通；第二通道的输入端与辐照度采集器连通；双通道切换开关的控制端与中心控制器连接；中心控制器控制双通道切换开关在设定时间打开设定光路通道；设定光路通道为按照中心控制器设定的开通顺序打开第一通道或第二通道；辐亮度采集器用来采集近地表上行辐亮度光信号；辐照度采集器用来采集太阳光下行辐照度光信号。
中心控制器与光谱仪控制连接；中心控制器控制光谱仪在设定时间接收上行辐亮度光信号和下行辐照度光信号；光谱仪用于将光信号转换为光谱信号，并将光谱信号传输到中心控制器。
具体的，光谱仪为海洋光学全系列光谱仪；辐亮度采集器包括第一反射探头和第一外接光纤9；第一反射探头通过第一外接光纤9与双通道切换开关连接；辐照度采集器包括第二反射探头和第二外接光纤10；第二反射探头通过第二外接光纤10与双通道切换开关连接；双通道切换开关为FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关7。
进一步的，光谱仪为QE Pro光谱仪6；第一反射探头和第二反射探头为SMA905光纤连接头；FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关7能够根据中心控制器发送的高低电平实现按设定的间隔时间自动开关光路通道。第一外接光纤9连通的辐亮度采集器和第二外接光纤10连通的辐照度采集器与FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关7的左右通道连接，构成两个独立的光路通道；分叉光纤为Y光纤8；光谱仪通过Y光纤8与FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关7连接；Y光纤8的公共端连接在光谱仪上，Y光纤8的分叉端分别连接在FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关7的两路输出端上；在FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关7对光路切换时，获取各独立的光路通道的光信号。树莓派4B5与FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关7通过GPIO口进行连接，树莓派4B5控制FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关7在规定的时间进行光路的切换；树莓派4B5与QE Pro光谱仪6通过USB接口进行连接，负责读取QE Pro光谱仪6获得的数据；中心控制器控制无线传输模块将接收的光谱信号上传到物联网平台。
温湿度传感器将采集的温湿度数据传输给中心控制器，中心控制器根据温湿度数据控制散热器11工作。
具体的，温湿度传感器为STH20温湿度传感器3；STH20温湿度传感器3的数据传输给中心控制器，中心控制器控制外围散热器11工作，使温度维持在25℃，湿度维持在50％以下。
进一步的，全波段高光谱物联监测终端还包括恒温恒湿工作箱，散热器和温湿度传感器设置在恒温恒湿工作箱上。
全波段高光谱物联监测终端还包括供电设备1；供电设备1用来为数据分析装置、信号采集装置和散热器11供电；全波段高光谱物联监测终端还包括变压器4，供电设备1与变压器4电连接，变压器4分别与数据分析装置、信号采集装置和散热器11电连接。
如图2所示，本实施例提供的一种全波段高光谱物联监测终端的工作流程如下所述。
步骤101：开始。
步骤102：树莓派4B首先加载用户交互界面。
步骤103：判断是否进行数据采集；若否，继续进行判断；若是，则进行下一步。
步骤104：到达设定时间，启动光谱仪和FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关。具体的，根据采集数据的性质对设定时间进行设置，例如，根据天气情况对设定时间进行设置。进一步的，树莓派4B的GPIO15和GPIO18控制FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关7进行光路的切换。
步骤105：按照设定通道的打开顺序打开第一外接光纤和第二外接光纤。
步骤106：打开第一外接光纤。
步骤107：第一外接光纤采集上行辐亮度；具体的，第一外接光纤采集547nm至928nm波段的上行辐亮度的光信号。
步骤108：打开第二外接光纤。
步骤109：第二外接光纤采集下行辐照度；具体的，第二外接光纤采集547nm至928nm波段的下行辐照度的光信号。
步骤110：将采集的光信号经由Y光纤传输给QE Pro光谱仪。
步骤111：QE Pro光谱仪将光信号转换为光谱信号。
步骤112：中心控制器树莓派4B接收QE Pro光谱仪发送的光谱信号。
步骤113：对接收到的光谱进行计算。具体的，将QE Pro光谱仪获取到的DN值和由DN值计算出的用户待求参数，将运算结果显示在树莓派4B的用户交互界面上；进一步的，将QE Pro光谱仪获取到的各波长下的上行辐亮度的DN值与下行辐照度的DN值相除，得到547nm至928nm波段的反射率，对该波段下的反射率曲线分析，将反射率曲线突变部分(峰值和峰谷)定为特征波段，对特征波段下的上行辐亮度的DN值与下行辐照度的DN值进行夫琅禾费暗线反演，得到该时刻下的日光诱导叶绿素荧光(SIF)，将其显示在树莓派4B的用户交互界面上。
步骤114：中心控制器获取MAX44009光照度传感器与STH20温湿度传感器的数据并根据STH20温湿度传感器的数据控制散热器工作；控制器控制无线传输模块将接收到的光谱信号、温度数据、湿度数据和光照度数据上传到物联网平台。
步骤115：判断是否结束程序；若否，返回步骤103；若是，结束程序。
全波段高光谱物联监测终端还可以包括温湿度控制器和太阳能发电系统；STH20温湿度传感器的数据传递给控制外围散热器11的温湿度控制器，温湿度控制器控制散热器11工作，使数据分析装置的温度维持在25℃，湿度维持在50％以下。MAX44009光照度传感器2的数据还可以传输给太阳能发电系统，使太阳能发电系统根据当前天气状况调整工作状态。
本发明提供的全波段高光谱物联监测终端的优势在于优化了数据采集的流程，将采集到的数据发送到物联网平台，并将全波段高光谱物联监测终端内的数据进行释放，有效地防止了传统数据采集方式导致的内存溢出问题，提高了自动化数据采集的可持续性，经估算可连续运行三年及以上时间，大大降低维护成本；而且全波段高光谱物联监测终端的集成度较高，将多个模块的控制集成于一个可视化UI界面上，方便工作人员对终端的操作；全波段高光谱物联监测终端的可以迅速完成对采集到的数据进行多种方式的处理，例如，卡尔曼滤波、特征波段选择和夫琅禾费暗线反演等，用户可选择导入自定义的数学模型，完成对自定义参数的即时运算，提高了可扩展性、实时性和运算效率；因为全波段高光谱物联监测终端的供电设备1、MAX44009光照度传感器2、辐照度采集器和辐亮度采集器没有集成在全波段高光谱物联监测终端的内部，而是位于数据采集位置，便于对全波段高光谱物联监测终端进行长期维护。
本发明通过采用中心控制器控制光谱仪和双通道切换开关按中心控制器设定时间开始工作，使得辐亮度采集器和辐照度采集器的采集的光信号传输给光谱仪，光谱仪将光信号转换为光谱信号传输给中心控制器，中心控制器能够将数据传输到物联网平台，从而实现了中心控制器控制光路双通道切换开关按设定时间进行数据采集并自动将数据上传，因此实现了光谱信号采集的自动化。
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 (9)
1.一种全波段高光谱物联监测终端，其特征在于，所述全波段高光谱物联监测终端包括：数据分析装置、信号采集装置、散热器和温湿度传感器；
所述散热器用来为所述数据分析装置和所述信号采集装置进行散热；
所述数据分析装置包括中心控制器和所述无线传输模块；所述中心控制器分别与所述信号采集装置和和所述无线传输模块控制连接；所述中心控制器控制所述信号采集装置在设定时间采集近地表上行辐亮度光信号和太阳光下行辐照度光信号并将所述光信号传输到所述中心控制器；
所述信号采集装置包括光谱仪、双通道切换开关、分叉光纤、辐亮度采集器和辐照度采集器；所述双通道切换开关包括第一通道和第二通道，所述分叉光纤的分叉端包括第一分叉光纤和第二分叉光纤；所述第一通道的输出端与所述第一分叉光纤连接，所述第二通道的输出端与所述第二分叉光纤连接；所述分叉光纤的公共端与所述光谱仪连接；所述第一通道的输入端与所述辐亮度采集器连通；所述第二通道的输入端与所述辐照度采集器连通；所述双通道切换开关的控制端与所述中心控制器连接；所述中心控制器控制所述双通道切换开关在所述设定时间打开设定光路通道；所述设定光路通道为按照所述中心控制器设定的开通顺序打开所述第一通道或所述第二通道；所述辐亮度采集器用来采集近地表上行辐亮度光信号；所述辐照度采集器用来采集太阳光下行辐照度光信号；
所述中心控制器与所述光谱仪控制连接；所述中心控制器控制所述光谱仪在所述设定时间接收所述上行辐亮度光信号和所述下行辐照度光信号；所述光谱仪用于将所述光信号转换为光谱信号，并将所述光谱信号传输到所述中心控制器；
所述温湿度传感器将采集的温湿度数据传输给所述中心控制器，所述中心控制器根据所述温湿度数据控制所述散热器工作。
2.根据权利要求1所述的全波段高光谱物联监测终端，其特征在于，所述辐亮度采集器包括第一反射探头和第一外接光纤；所述第一反射探头通过所述第一外接光纤与所述双通道切换开关连接。
3.根据权利要求1所述的全波段高光谱物联监测终端，其特征在于，所述辐照度采集器包括第二反射探头和第二外接光纤；所述第二反射探头通过所述第二外接光纤与所述双通道切换开关连接。
4.根据权利要求1所述的全波段高光谱物联监测终端，其特征在于，所述双通道切换开关为FOS-2X2-TTL双通道光路切换开关。
5.根据权利要求1所述的全波段高光谱物联监测终端，其特征在于，所述全波段高光谱物联监测终端还包括光照度传感器；所述光照度传感器与所述中心控制器连接。
6.根据权利要求5所述的全波段高光谱物联监测终端，其特征在于，所述光照度传感器为MAX44009光照度传感器。
7.根据权利要求1所述的全波段高光谱物联监测终端，其特征在于，所述温湿度传感器为STH20温湿度传感器。
8.根据权利要求1所述的全波段高光谱物联监测终端，其特征在于，所述全波段高光谱物联监测终端还包括供电设备，所述供电设备用来为所述数据分析装置、所述信号采集装置和所述散热器供电。
9.根据权利要求8所述的全波段高光谱物联监测终端，其特征在于，所述全波段高光谱物联监测终端还包括变压器，所述供电设备与所述变压器电连接，所述变压器分别与所述数据分析装置、所述信号采集装置和所述散热器电连接。
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|---|---|---|---|---|
| JPS62245124A (ja) * | 1986-04-08 | 1987-10-26 | シ−ヴイ、テクナラジ、インコ−パレイテイド | 光学的温度測定法及び光学的温度測定装置 |
| CN110865040A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-06 | 深圳航天智慧城市系统技术研究院有限公司 | 天空地一体化高光谱水质监测分析方法 |
| CN113008372A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-22 | 西北农林科技大学 | 一种多角度日光诱导叶绿素荧光自动观测系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于S2000光谱仪的小型海面高光谱辐射计的研制;陈永华;李思忍;;海洋科学(03);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113916375A (zh) | 2022-01-11 |
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Legal Events
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