CN116222661A - 作物环境信息采集装置和干旱监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种作物环境信息采集装置和作物干旱监测系统，作物环境信息采集装置包括：温度传感器、温湿度传感器、处理器和通信模块。温度传感器，用于采集作物冠层顶部的第一温度值；温湿度传感器，用于采集大气环境中的第二温度值以及湿度值；处理器，用于对采集的各项数据进行格式转换，并将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给通信模块；通信模块，用于将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送至目标设备。可以看出，采用发明提供的作物环境信息采集装置，可以同时采集作物冠层顶部的第一温度值以及大气环境中的第二温度值以及湿度值，这样可以对作物的生长环境进行更加精确的监控。
Description
技术领域
本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种作物环境信息采集装置和作物干旱监测系统。
背景技术
科学种田对农业生产领域具有重要的推进作用，随着科学种田技术和物联网技术的发展，实时监控作物的生长状态可以为科学种田提供数据支持。
现有技术中，为了科学的监控作物的生长状态，就需要对作物的生长环境进行持续性监测，以获取作物生长环境中重要的环境指标，从而使得技术人员及时的了解作物生长的环境状态，进行对应的措施处理，以保证作物的生长情况。现有技术中，目前的作物环境信息采集装置一般只包括一个温湿度传感器，仅仅可以采集植物生长环境中的温度和湿度信息，这样采集的信息单一，无法直接反映出作物当前的叶表温度，因此对于植物监测领域来说，现有的作物环境信息采集装置功能过于单一，无法满足农业生产监控的需求。
发明内容
本发明提供一种作物环境信息采集装置和作物干旱监测系统，用以解决现有技术中作物环境信息采集装置功能过于单一的技术问题。
一方面，本发明提供一种作物环境信息采集装置，包括：温度传感器、温湿度传感器、处理器和通信模块；
所述温度传感器，用于采集作物冠层顶部的第一温度值；所述温湿度传感器，用于采集大气环境中的第二温度值以及湿度值；
所述处理器，用于对所述第一温度值、第二温度值以及湿度值进行格式转换，并将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给所述通信模块；所述通信模块，用于将所述转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送至目标设备。
根据本发明提供的一种作物环境信息采集装置，还包括太阳辐射传感器；所述太阳辐射传感器，用于获取当前环境中的太阳辐射信息；
所述处理器，还用于接收所述太阳辐射信息，并将所述太阳辐射信息发送给所述通信模块；所述通信模块，还用于将所述太阳辐射信息发送至所述目标设备。
根据本发明提供的一种作物环境信息采集装置，所述处理器，还用于根据
确定作物水分亏缺指数，并在作物水分亏缺指数大于作物水分亏缺指数阈值的情况下，确定所述作物的干旱状况；
其中，Sw表示所述作物水分亏缺指数，N表示所述作物水分亏缺指数达到作物水分亏缺指数阈值时的天数，Tc表示监测时段的第一温度值，Ta表示所述监测时段的第二温度值。
根据本发明提供的一种作物环境信息采集装置，所述通信模块为NB-IoT网络通信模块。
根据本发明提供的一种作物环境信息采集装置，所述温度传感器为红外测温点阵传感器。
根据本发明提供的一种作物环境信息采集装置，所述目标设备包括移动设备、服务器或者数据库中的一种或者多种。
根据本发明提供的一种作物环境信息采集装置，包括供电模块；
所述供电模块，用于向所述温度传感器、温湿度传感器、处理器和通信模块提供电能。
另一方面，本发明还提供一种作物干旱监测系统，包括：一种作物干旱监测系统，包括：上述任一项所述的作物环境信息采集装置和目标设备；
其中，所述作物环境信息采集装置，用于采集作物冠层顶部的第一温度值、大气环境中的第二温度值以及湿度值；并对所述第一温度值、第二温度值以及湿度值进行格式转换，并将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送至所述目标设备。
根据本发明提供的一种作物干旱监测系统，所述目标设备为服务器；
所述目标设备，还用于根据
确定作物水分亏缺指数，并在作物水分亏缺指数大于作物水分亏缺指数阈值的情况下，确定所述作物的干旱状况；
其中，Sw表示所述作物水分亏缺指数，N表示所述水分亏缺指数达到植物水分亏缺指数阈值时的天数，Tc表示监测时段的第一温度值，Ta表示所述监测时段的第二温度值。
根据本发明提供的一种作物干旱监测系统，所述作物干旱监测系统还包括网络设备；
所述网络设备，用于接收所述作物环境信息采集装置发送的转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值；并将所述转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给所述目标设备。
根据本发明提供的一种作物干旱监测系统，
所述作物干旱监测系统还包括用户端设备；
所述目标设备，还用于将所述转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给所述用户端设备；
所述用户端设备，用于显示所述转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值。
本发明提供的作物环境信息采集装置，包括：温度传感器、温湿度传感器、处理器和通信模块。温度传感器，用于采集作物冠层顶部的第一温度值；温湿度传感器，用于采集大气环境中的第二温度值以及湿度值；处理器，用于对第一温度值、第二温度值以及湿度值进行格式转换，并将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给通信模块；通信模块，用于将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送至目标设备。可以看出，采用发明提供的作物环境信息采集装置，可以同时采集作物冠层顶部的第一温度值以及大气环境中的第二温度值以及湿度值，这样可以对作物的生长环境进行更加精确的监控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的一种作物环境信息采集装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种作物干旱监测系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
在本发明的实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。在本发明的文字描述中，字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明实施例提供一种作物环境信息采集装置，其包括温度传感器、温湿度传感器、处理器和通信模块，通过温度传感器可以采集作物冠层顶部的第一温度值，通过温湿度传感器可以采集大气环境中的第二温度值以及湿度值。通过处理器对第一温度值、第二温度值以及湿度值进行格式转换；通信模块将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送至目标设备。实现了对作物生长环境中的多种信息进行采集。
进一步的，本发明实施例还提供一种作物干旱监测系统，其包括：环境信息采集装置和目标设备。环境信息采集装置，用于采集作物冠层顶部的第一温度值、大气环境中的第二温度值以及湿度值；并对第一温度值、第二温度值以及湿度值进行格式转换，并将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送至目标设备，目标设备可以对采集的数据进行处理或监测。
下面，将通过下述几个具体的实施例对本发明提供的作物环境信息采集装置进行详细地说明。可以理解的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明实施例提供的一种作物环境信息采集装置结构示意图，请参考图1，该作物环境信息采集装置10包括：温度传感器101、温湿度传感器102、处理器103、通信模块104和供电模块105。
其中，温度传感器101，用于设置在作物冠层顶部，以采集作物冠层顶部的第一温度值。
可选的，温度传感器101采用红外测温点阵传感器，红外测温点阵传感器设置在作物冠层上的10-20厘米的高度，使得红外测温点阵传感器可以对准作物的叶子表面的多个位置，以采集作物叶子表面的第一温度值。
其中，温湿度传感器102一般设置在作物冠层以上两米左右的距离处，用于采集作物生长的大气环境中的第二温度值以及湿度值。
可选的，作物环境信息采集装置还可以包括太阳辐射传感器106；太阳辐射传感器106，用于获取当前环境中的太阳辐射信息。处理器103，还用于接收太阳辐射信息，并将太阳辐射信息发送给通信模块104；通信模块104，还用于将太阳辐射信息发送至目标设备。
其中，处理器103，用于接收第一温度值、第二温度值以及湿度值，并将第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给通信模块104；具体的，处理器103还会对接收到的信息进行格式转换，例如一般传感器模块采集的数据格式和通信模块104中传输的数据格式不同，因此，在将第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给通信模块104之前，还需要对各种数据信号进行格式转换，以得到对应的格式的通信数据。
可选的，本实施例的处理器103可以采用型号为STC8H3K64S4的单片机芯片。
其中，通信模块104，用于将各个传感器采集的信息发送出去，例如，通信模块104用于第一温度值、第二温度值以及湿度值发送至目标设备，目标设备可以为互联网网络、基站、服务器或者移动设备，例如本实施例的通信模块104采用NB-iot(窄带物联网，NarrowBand Internet of Things)网络通信模块，可以直接将采集的信息发送至用户端的移动设备上，以方便技术人员查看和监测。
可选的，通信模块104发送给数据的频率可以根据需要设定，在不发送信号的时候，通信模块104处于休眠状态，可以节约电能。
其中，供电模块105，用于向温度传感器101、温湿度传感器102、处理器103和通信模块104提供电能。
可选的，供电模块105采用大容量的锂电池，可以提供给整个装置连续工作至少一年所需的电量。另外，依据本实施例提供的作物环境信息采集装置，还可以对作物的缺水状态进行评估。当作物受旱时，作物叶片气孔关闭以减少蒸腾作用，此时叶片温度升高，叶温与气温差增大。所以叶温和气温差能真实反映作物或植物的干旱状态。示例的，处理器103，还用于根据
确定作物水分亏缺指数，并在作物水分亏缺指数大于作物水分亏缺指数阈值的情况下，确定作物为缺水作物，即确定作物为缺水状态。其中，Sw表示作物水分亏缺指数，n表示作物冠层温度高于气温层的温度值的起始日期，N表示作物水分亏缺指数达到作物水分亏缺指数阈值时的天数，Tc表示监测时段的第一温度值，Ta表示监测时段的第二温度值。
一般的，当土壤水分减少到一定值时，第一温度值(即作物冠层温度)将会高于第二温度值(即气温),若连续N天缺水后，如果作物水分亏缺指数Sw大于作物水分亏缺指数阈值(即作物开始缺水的临界值)S0时，则确定作物发生干旱。且第一温度值和第二温度值的温差越大，蒸腾速率也越大，缺水越多，作物受旱程度越严重。示例的，作物环境信息采集装置还包括显示模块，显示模块用于显示缺水判断的结果，即显示作物是否缺水。
现有的技术中，通常是通过监测作物土壤水分含量，通过对土壤水分进行阈值划分确定作物受旱程度，但是，土壤水分含量往往难以实时表征作物叶片当前遭受水分胁迫的状态，而且，土壤水分含量只能反映作物根部水分状况，无法准确描述作物冠层受旱程度。基于本实施例提供的作物环境信息采集装置，可以通过采集作物冠层温度和气温层的温度值，根据作物冠层温度和气温层的温度值的差异确定作物的受旱程度，这样得到的作物的植物水分亏缺指数也可以更加精确的反映出作物叶片当前遭受水分胁迫的状态，对作物的冠层受旱程度具有更加精确的参考价值。
可以看出，采用本实施例提供的作物环境信息采集装置，安装在待监测环境中后，可以实时采集作物生长环境中的重要监测指标，并且通过通信模块将采集的数据实时发送至用户的移动设备，或者将数据发送至服务器中进行存储，方便了作物生长环境中多种数据的采集。供电模块可以满足一年以上的装置工作需求，使得采集装置可以长时间避免人工维护，减少了维护成本。
本实施例提供一种作物干旱监测系统，其包括如上述提供的作物环境信息采集装置和目标设备。
其中，作物环境信息采集装置，用于采集作物冠层顶部的第一温度值、大气环境中的第二温度值以及湿度值；并对第一温度值、第二温度值以及湿度值进行格式转换，并将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送至目标设备。
示例的，作物干旱监测系统还包括网络设备；网络设备，用于接收作物环境信息采集装置发送的转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值；并将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给目标设备。
可选的，目标设备可以为服务器，可选的，网络设备为基站。图2为本发明实施例提供的一种作物干旱监测系统的结构示意图，如图2所示，该作物干旱监测系统20包括：环境信息采集装置201、基站202和服务器203。其中，环境信息采集装置201用于设置在作物生长的环境中，以采集作物生长环境中的多种环境信息。然后环境信息采集装置201将采集的信息发送给基站202，基站202再通过互联网将采集的信息发送给服务器203。
其中，环境信息采集装置201可以包括：温度传感器、温湿度传感器、处理器、通信模块和供电模块；温度传感器，用于设置在作物冠层顶部，以采集作物冠层顶部的第一温度值；温湿度传感器，用于采集大气环境中的第二温度值以及湿度值；处理器，用于对第一温度值、第二温度值以及湿度值进行格式转换，并将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给通信模块；通信模块，用于将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送至目标设备；供电模块，用于向温度传感器、温湿度传感器、处理器和通信模块提供电能。
其中，基站202，用于将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给服务器203；服务器203，用于监测并存储第一温度值、第二温度值以及湿度值。
通过本实施例提供的作物干旱监测系统，可以实现对作物生长环境中的多种信息的进行远程监控，以及时的了解作物的生长环境变化情况，做出及时的应对措施，保障作物的生长健康。
可选的，环境信息采集装置还可以包括太阳辐射传感器；太阳辐射传感器，用于获取当前环境中的太阳辐射信息；处理器，还用于对太阳辐射信息进行格式转换，并将转换后的太阳辐射信息发送给通信模块；通信模块，还用于将太阳辐射信息发送至基站202。
示例的，如图2，该作物干旱监测系统还可以包括用户端设备204，该用户端设备204可以为手机、个人电脑、平板或者智能穿戴设备(智能手表或者手环)等。服务器203，还用于主动向用户端设备204发送第一温度值、第二温度值、湿度值以及太阳辐射信息；或者根据用户端设备204的请求，向用户端设备204发送第一温度值、第二温度值、湿度值以及太阳辐射信息。这样，使得用户通过用户端设备204可以及时查看作物的生长环境信息以及了解作物的生长状况。
示例的，服务器203包括数据监测模块；数据监测模块，用于采用训练好的数据监测模型对第一温度值、第二温度值、湿度值或太阳辐射信息进行监测。例如，数据监测模型监测到某个信息超过设定的阈值时，则发出告警信息，以提示技术人员注意到某个监测信息需要及时处理。
示例的，服务器203还用于根据采集的第一温度值和第二温度值确定作物是否缺水。例如，具体的，服务器203，用于：
首先获取每日预设时间段内的第一温度值和第二温度值；例如，获取每天的13：00～15：00时的第一温度值和第二温度值，第一温度值可以理解为作物冠层温度，第二温度值可以理解为气温层的温度值。
然后根据以下公式(1)计算植物水分亏缺指数；
最后确定作物水分亏缺指数是否大于作物水分亏缺指数阈值，若是则确定作物缺水；
上述公式(1)中，Sw表示植物水分亏缺指数，n表示作物冠层温度高于气温层的温度值的起始日期，N表示作物水分亏缺指数达到作物水分亏缺指数阈值时的天数，Tc表示预设时间段的第一温度值(即冠层温度)，Ta表示预设时间段第二温度值，例如Ta表示表示作物顶层以上2.0m处的气温。其中，预设时间段即为监测时段。当土壤含水量减小到某一值以下时，作为冠层温度就开始高于气温，连续N天的第一温度值和第二温度值的误差累积大于植物水分亏缺指数阈值时，则表示农田缺水。一般的，当土壤水分减少到一定值时，第一温度值(即作物冠层温度)将会高于第二温度值(即气温),若连续N天缺水后，如果作物水分亏缺指数Sw大于作物水分亏缺指数阈值(即作物开始缺水的临界值)S0时，则确定作物发生干旱。且第一温度值和第二温度值的温差越大，蒸腾速率也越大，缺水越多，作物受旱程度越严重。
采用本实施例的作物干旱监测系统，再结合现有的遥感技术，可以迅速而准确的测得大面积作物的冠层温度，对旱情进行精确监控和掌握，以便及时应对，保障农作物的生长。
现有的技术中，通常是通过监测作物土壤水分含量，通过对土壤水分进行阈值划分确定作物受旱程度，但是，土壤水分含量往往难以实时表征作物叶片当前遭受水分胁迫的状态，而且，土壤水分含量只能反映作物根部水分状况，无法准确描述作物冠层受旱程度。但是基于本实施例提供的作物干旱监测系统，可以通过采集作物冠层温度和气温层的温度值，根据作物冠层温度和气温层的温度值的差异确定作物的受旱程度，这样得到的作物的植物水分亏缺指数也可以更加精确的反映出作物叶片当前遭受水分胁迫的状态，对作物的冠层受旱程度具有更加精确的参考价值。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
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；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精神和范围。
Claims (10)
1.一种作物环境信息采集装置，其特征在于，包括：温度传感器、温湿度传感器、处理器和通信模块；
所述温度传感器，用于采集作物冠层顶部的第一温度值；所述温湿度传感器，用于采集大气环境中的第二温度值以及湿度值；
所述处理器，用于对所述第一温度值、第二温度值以及湿度值进行格式转换，并将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给所述通信模块；所述通信模块，用于将所述转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送至目标设备。
2.根据权利要求1所述的作物环境信息采集装置，其特征在于，所述处理器，还用于根据
确定作物水分亏缺指数，并在作物水分亏缺指数大于作物水分亏缺指数阈值的情况下，确定所述作物的干旱状况；
其中，Sw表示所述作物水分亏缺指数，N表示所述作物水分亏缺指数达到作物水分亏缺指数阈值时的天数，Tc表示监测时段的第一温度值，Ta表示所述监测时段的第二温度值。
3.根据权利要求1所述的作物环境信息采集装置，其特征在于，还包括太阳辐射传感器；所述太阳辐射传感器，用于获取当前环境中的太阳辐射信息；
所述处理器，还用于对所述太阳辐射信息进行格式转换，并将转换后的太阳辐射信息发送给所述通信模块；所述通信模块，还用于将所述转换后的太阳辐射信息发送至所述目标设备。
4.根据权利要求1所述的作物环境信息采集装置，其特征在于，所述通信模块为NB-IoT网络通信模块；
所述温度传感器为红外测温点阵传感器。
5.根据权利要求1所述的作物环境信息采集装置，其特征在于，还包括供电模块；
所述供电模块，用于向所述温度传感器、温湿度传感器、处理器和通信模块提供电能。
6.根据权利要求1所述的作物环境信息采集装置，其特征在于，所述目标设备包括移动设备、服务器或者数据库中的一种或者多种。
7.一种作物干旱监测系统，其特征在于，包括：上述权利要求1-6任一项所述的作物环境信息采集装置和目标设备；
其中，所述作物环境信息采集装置，用于采集作物冠层顶部的第一温度值、大气环境中的第二温度值以及湿度值；并对所述第一温度值、第二温度值以及湿度值进行格式转换，并将转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送至所述目标设备。
8.根据权利要求7所述的作物干旱监测系统，其特征在于，所述目标设备为服务器；
所述目标设备，还用于根据
确定作物水分亏缺指数，并在作物水分亏缺指数大于作物水分亏缺指数阈值的情况下，确定所述作物的干旱状况；
其中，Sw表示所述作物水分亏缺指数，N表示所述水分亏缺指数达到植物水分亏缺指数阈值时的天数，Tc表示监测时段的第一温度值，Ta表示所述监测时段的第二温度值。
9.根据权利要求7所述的作物干旱监测系统，其特征在于，所述作物干旱监测系统还包括网络设备；
所述网络设备，用于接收所述作物环境信息采集装置发送的转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值；并将所述转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给所述目标设备。
10.根据权利要求8所述的作物干旱监测系统，其特征在于，所述作物干旱监测系统还包括用户端设备；
所述目标设备，还用于将所述转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值发送给所述用户端设备；
所述用户端设备，用于显示所述转换后的第一温度值、第二温度值以及湿度值。
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| CN202310129811.0A CN116222661A (zh) | 2023-02-07 | 2023-02-07 | 作物环境信息采集装置和干旱监测系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN116222661A true CN116222661A (zh) | 2023-06-06 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310129811.0A Pending CN116222661A (zh) | 2023-02-07 | 2023-02-07 | 作物环境信息采集装置和干旱监测系统 |
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102368900A (zh) * | 2009-02-02 | 2012-03-07 | 普莱瓦公司 | 有机体空间环境内的气候的控制系统，与其相适应的空间环境，由此的控制系统和程序 |
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-
2023
- 2023-02-07 CN CN202310129811.0A patent/CN116222661A/zh active Pending
Patent Citations (6)
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