CN220455207U - 一种基于气体传感器的配套检测装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及植物病虫害监测领域，具体涉及一种基于气体传感器的配套检测装置及系统，本实用新型的基于气体传感器的配套检测系统包括基于气体传感器的配套检测装置、云平台和移动终端，本实用新型的基于气体传感器的配套检测装置包括数据处理器和外接于数据处理器的气体探测模块，数据处理器包括壳体，壳体内设有MCU主控模块，气体探测模块通过电路穿过壳体与MCU主控模块连接，MCU主控模块用于处理从气体探测模块接收到的数据，MCU主控模块通过电路连接有显示模块、无线通信模块；气体探测模块包括气体传感器，气体传感器采用PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器。本实用新型实现了对早期黄龙病的及早检测和诊断，准确率高、效率高、便携。
Description
技术领域
本实用新型涉及植物病虫害监测领域，具体涉及一种基于气体传感器的配套检测装置及系统。
背景技术
黄龙病是一种由快速繁殖的细菌引起的植物病害，主要影响柑橘类作物，会导致果实的产量和品质下降，最终造成导致树体死亡。但是早期的黄龙病症状不明显，因此，及早检测和诊断非常重要，以便后续采取及时的控制措施来减轻病害的影响。
而传统的黄龙病检测方法主要依赖于症状观察和生化检测，症状观察通常是通过人眼对叶片进行观察，根据经验判断，存在主观因素主导、准确率低、效率低的缺点；生化检测只能在实验室内对叶片进行处理、检测，操作流程复杂，而且需要昂贵的试剂和设备，存在操作烦琐、检测成本高的缺点；申请号为202210190583.3的专利公开申请了一种PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器及其制备与应用，该气体传感器在室温下就能对柑橘树在患柑橘黄龙病或早期黄龙病时释放的VOC(挥发性有机化合物)达到快速、良好的响应，通过检测该传感器的实时阻抗成功区分出健康柑橘和患黄龙病柑橘，但该气体传感器检测技术需要在实验室进行实验，并且不能直观地收到检测数据结果。
基于上述的气体传感器技术，提出一种配套检测装置及系统，利用PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器来探测由植物病原体，以提高检测装置的准确性和实用性能。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的第一个目的是：提供了一种基于气体传感器的配套检测装置，通过该装置可以将黄龙病的检测过程和检测结果可视化，提高效率和准确率。
本实用新型的第二个目的是：提供了一种基于气体传感器的配套检测系统，通过该系统用户可以实时地监控检测数据，方便用户远程操控检测过程。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于气体传感器的配套检测装置，包括数据处理器和外接于数据处理器的气体探测模块，数据处理器包括壳体，壳体内设有MCU主控模块，气体探测模块通过电路穿过壳体与MCU主控模块连接，气体探测模块用于探测受测植株散发出来的VOC浓度，MCU主控模块用于处理从气体探测模块接收到的数据，MCU主控模块通过电路连接有显示模块、无线通信模块，显示模块用于将MCU主控模块处理后的数据可视化，无线通信模块用于将MCU主控模块处理后的数据传输至云平台；气体探测模块包括气体传感器，气体传感器采用PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器。
进一步地，VOC为芳樟醇、苯乙醛、乙基己醇或水杨酸甲酯。
进一步地，气体探测模块还包括传感器外壳，传感器外壳上开设有传感器安装槽，气体传感器置于传感器安装槽内。
进一步地，传感器外壳还包括保护罩，保护罩设置在传感器安装槽的一端。
进一步地，MCU主控模块通过通用接口连接气体传感器，通用接口设置在传感器外壳的顶部且与传感器安装槽相通。
进一步地，还包括电源开关和控制按钮，电源开关和控制按钮均与MCU主控模块电连接，且固设于壳体的表面。
进一步地，显示模块包括液晶显示屏，液晶显示屏设置在壳体的表面。
进一步地，无线通信模块采用NB-IoT模块。
一种基于气体传感器的配套检测系统，包括基于气体传感器的配套检测装置，还包括云平台和移动终端，云平台通过无线通信模块与MCU主控模块信号连接，云平台用于对气体数据计算和分析；移动终端与配套检测装置信号连接，移动终端用于向配套检测装置下发指令，以及显示云平台的计算、分析结果。
进一步地，基于气体传感器的配套检测装置还包括温湿度传感器，温湿度传感器与MCU主控模块连接。
总的说来，本实用新型具有如下优点：
一、本实用新型通过PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器探测植株的VOC浓度，去判断受测植株的感染黄龙病的结果，实现了对早期黄龙病的及早检测和诊断，减轻病害对植株的影响，无需人工判断，准确率高、效率高；无需要昂贵的试剂和设备即可检测，操作简单、检测成本低。
二、本实用新型通过传感器外壳将气体传感器固定在受测植株上，不受场地限制，便携方便。
三、本实用新型通过液晶显示屏将检测结果显示，实现对黄龙病的检测的可视化和实时显示，保证了数据的可读性以及直观性。
四、本实用新型通过NB-IoT无线通信模块与云平台连接，通讯受环境干扰较小，无通讯距离的困扰，用户随时随地都可以通过移动终端从云平台中获取数据，实时监测受测植株的变化。
附图说明
图1是本实用新型的基于气体传感器的配套检测装置的结构示意图；
图2是本实用新型的基于气体传感器的配套检测装置的工作流程图；
图3是本实用新型的气体传感器的结构示意图；
图4是本实用新型的基于气体传感器的配套检测系统的工作流程图；
图5是本实用新型的基于气体传感器的配套检测系统的使用流程图；
其中：1：气体探测模块，11：气体传感器，12：传感器外壳，13：传感器安装槽，14：保护罩，15：保护罩安装孔，16：保护罩安装柱，17：通用接口，2：壳体，21：电源插口，3：MCU主控模块，31：ADC模块，4：显示模块，41：液晶显示屏，5：无线通信模块，6：电源开关和控制按钮，7：指示灯，8：云平台，9：移动终端，10：温湿度传感器。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种基于气体传感器的配套检测装置，包括数据处理器和外接于数据处理器的气体探测模块，数据处理器包括壳体，壳体内设有MCU主控模块，气体探测模块通过电路穿过壳体与MCU主控模块连接，气体探测模块用于探测受测植株散发出来的VOC浓度，MCU主控模块用于处理从气体探测模块接收到的数据，MCU主控模块通过电路连接有显示模块、无线通信模块，显示模块用于将MCU主控模块处理后的数据可视化，无线通信模块用于将MCU主控模块处理后的数据传输至云平台；气体探测模块包括气体传感器，气体传感器采用PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器。
在本实施例中，该气体传感器包括PEI修饰的多壁碳纳米管和电阻检测仪器，PEI修饰的多壁碳纳米管用于吸附VOC，电阻检测仪器用于检测PEI修饰的多壁碳纳米管的电阻值，该气体传感器可对健康柑橘叶片VOC与患黄龙病柑橘叶片VOC在不同的气体环境中展现出不同的阻抗响应，通过检测该气体传感器的实时阻抗可以区分出健康柑橘和患黄龙病柑橘。PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器在室温下就能够准确且快速地检测出，柑橘树在患任何阶段的黄龙病时所释放出来的VOC，并且具有成本低，可重复使用的优点。
在本实施例中，壳体通过3D打印技术制得，可以将MCU主控模块、显示模块等硬件设备都包裹固定在内，有效保护地数据处理器；壳体的外侧设有电源接口，电源接口可以插入电源线，通过电源线和电源连接，为装置的运行提供电能。通电后，气体传感器探测受测柑橘树的VOC浓度，MCU主控模块采集气体传感器的数据判断检测结果，显示模块显示检测结果，无线通信模块传输检测结果至云平台，实现了对黄龙病检测的可视化和实时监测。
在本实施例中，VOC为芳樟醇、苯乙醛、乙基己醇或水杨酸甲酯。对比健康的柑橘树来说，柑橘树在感染黄龙病后，叶片挥发的气体中有三种VOC会发生较为明显的浓度变化：在黄龙病无症状阶段，乙基己醇的浓度显著性下降，芳樟醇和苯乙醛的浓度会显著性上升；在黄龙病感染严重阶段，水杨酸甲酯的浓度也会显著性上升。气体探测模块通过探测这三种VOC的浓度，再通过MCU主控模块对所得数据进行处理，以判断柑橘树是否感染黄龙病以及黄龙病感染的阶段。
如图3所示，气体探测模块还包括传感器外壳，传感器外壳上开设有传感器安装槽，气体传感器置于传感器安装槽内。传感器外壳通过3D打印技术制得，将气体传感器固定在受测植株上，同时可以有效保护地气体传感器，传感器安装槽的尺寸与气体传感器相对应，气体传感器通过传感器安装槽插入传感器外壳内。
如图3所示，传感器外壳还包括保护罩，保护罩设置在传感器安装槽的一端。保护罩通过保护罩安装孔安装在传感器外壳上，保护罩的底部设有保护罩安装柱，保护罩安装柱插设在保护罩安装孔内，传感器安装槽的一端设置保护罩，气体传感器从传感器安装槽的另一端插入，保护罩用于保护气体传感器，防止气体传感器从传感器外壳内滑出；保护罩上开设有多个进气孔，进气孔可使VOC更容易地穿过保护罩与气体传感器接触，灵敏性更高。
如图1所示，MCU主控模块通过通用接口连接气体传感器，通用接口设置在传感器外壳的顶部且与传感器安装槽相通。在本实施例中，MCU主控模块采用STM32单片机，位于传感器安装槽内的气体传感器，采用杜邦线穿过通用接口与STM32单片机的引脚相连，实现STM32单片机与气体传感器之间的通信，STM32单片机中的ADC模块通过对气体传感器两端的电压进行测量，进而生成对VOC浓度的阻抗响应。
如图1所示，显示模块包括液晶显示屏，液晶显示屏设置在壳体的表面。STM32单片机得到气体传感器的数据后将其转化为阻抗响应，并通过液晶显示屏将阻抗响应显示，实现本装置对阻抗响应数据的可视化和实时显示，该液晶显示屏实时提供阻抗响应数据的显示，保证了阻抗响应数据的可读性以及直观性。
如图1所示，基于气体传感器的配套检测装置还包括电源开关和控制按钮，电源开关和控制按钮均与MCU主控模块电连接，且固设于壳体的表面。本装置通过电源开关控制电源的通断，通过控制按钮下达数据归零、数据查询等指令。
在本实施例中，无线通信模块采用NB-IoT模块。STM32单片机通过NB-IoT模块与云平台相连接，该无线通信模块其与云平台的通讯受环境干扰较小，无通讯距离的困扰，只要基站覆盖到的地方都可以通讯，用户随时随地都可以通过移动终端从云平台中获取数据，实时监测受测植株的变化。
如图1所示，基于气体传感器的配套检测装置还包括指示灯组，指示灯组与MCU主控模块电连接，指示灯组固设于壳体的表面，指示灯组包括多粒不同颜色的LED灯，比如红、黄、绿灯等，VOC经过气体传感器检测后生成数据，数据传到STM32单片机中，STM32单片机把数据与历史数据进行对比后得出结果，用红、黄、绿灯来分别表示VOC的浓度值。
如图4所示，一种基于气体传感器的配套检测系统，包括基于气体传感器的配套检测装置，还包括云平台和移动终端，云平台通过无线通信模块与MCU主控模块信号连接，云平台用于对数据进行计算和分析；移动终端与配套检测装置信号连接，移动终端用于向配套检测装置下发指令，以及显示云平台的计算、分析结果。
在本实施例中，云平台可以实现对数据的云储存和云分析等功能，帮助用户对受测植株的健康状况进行分析，并且数据不会丢失，通过基于气体传感器的配套检测装置所搭载的NB-IoT模块，用户的移动终端无论何时都可以通过NB-IoT基站与云平台连接，从云平台中查询到受测植株的气体数据。移动终端通过Andorid Studio开发的App建立与云平台的连接，云平台接收和分析的数据可以实时显示在App所设置的UI界面中，用户也可以通过App所设置的按键向云平台发送指令，云平台将指令通过NB-IoT基站和NB-IoT模块向STM32单片机传输指令，从而实现对配套检测装置的操控，实现用户远程实时查看数据和远程控制配套检测装置的功能。
在本实施例中，云平台包括直连设备和NB设备，直连设备为通过Andorid Studio开发的App，直连设备和云平台采用Socket TCP协议直接接入云平台，在谷雨云平台上注册账号，创建应用，获取应用的App Key和App Secret，在App中添加谷雨云平台的SDK，并在代码中实现连接谷雨云平台的功能，设备消息不经过第三方服务器转发，NB设备和云平台使用CoAP协议接入。直连设备和NB设备以一对一的方式接入到同一个透传分组中，实现在同一个透传分组中的设备可以相互透传；App中还建立有数据库，数据库用于存储接收到的数据和结果，并集中显示，使得用户查看统计数据和获取结果更加便捷。
移动终端和云平台建立通信连接，可以获取云平台传递的消息、向云平台发送消息，还可以显示从云平台中获取的信息，实现对黄龙病的实时监控。
如图1、图2和图4所示，基于气体传感器的配套检测装置还包括温湿度传感器，温湿度传感器与MCU主控模块连接。在本实施例中，温湿度传感器通过螺丝固定在壳体上，温湿度传感器用于检测受测植株所处空间的温湿度数据，STM32单片机将从气体传感器收到的数据，与温湿度传感器输出的温湿度数据结合，可更准确地判断出受测植株的健康状况。
如图5所示，一种利用上述的基于气体传感器的配套检测系统监测柑橘树黄龙病的方法，包括如下步骤：
S1：将传感器外壳和温湿度传感器覆盖在受测柑橘树的叶片上，使受测的柑橘叶片散发出来的VOC被多壁碳纳米管吸附，并使受测柑橘树所处的环境温湿度被温湿度传感器采集，确保采集数据的精准度；
S2：打开STM32单片机、App，使基于气体传感器的配套检测装置、App运行；
S3：建立基于气体传感器的配套检测装置和移动终端之间的连接，等待检测结果。
本实用新型的工作原理：
PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器探测受测柑橘树的VOC浓度，温湿度传感器探测受测柑橘树所处的环境温湿度，STM32单片机测量PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器两端的电压生成阻抗响应，结合温湿度传感器采集的环境温湿度判断检测结果，液晶显示屏显示检测结果，NB-IoT模块传输检测结果至云平台，云平台储存检测结果，并将检测结果传输至移动终端。
总的说来，本实用新型通过PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器探测植株的VOC浓度，去判断受测植株的感染黄龙病的结果，实现了对早期黄龙病的及早检测和诊断，减轻病害对植株的影响，无需人工判断，准确率高、效率高；无需要昂贵的试剂和设备即可检测，操作简单、检测成本低。本实用新型通过传感器外壳将气体传感器固定在受测植株上，不受场地限制，便携方便。本实用新型通过液晶显示屏将检测结果显示，实现对黄龙病的检测的可视化和实时显示，保证了数据的可读性以及直观性。本实用新型通过NB-IoT无线通信模块与云平台连接，通讯受环境干扰较小，无通讯距离的困扰，用户随时随地都可以通过移动终端从云平台中获取数据，实时监测受测植株的变化。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于气体传感器的配套检测装置，其特征在于：包括数据处理器和外接于数据处理器的气体探测模块，数据处理器包括壳体，壳体内设有MCU主控模块，气体探测模块通过电路穿过壳体与MCU主控模块连接，气体探测模块用于探测受测植株散发出来的VOC浓度，MCU主控模块用于处理从气体探测模块接收到的数据，MCU主控模块通过电路连接有显示模块、无线通信模块，显示模块用于将MCU主控模块处理后的数据可视化，无线通信模块用于将MCU主控模块处理后的数据传输至云平台；气体探测模块包括气体传感器，气体传感器采用PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器。
2.根据权利要求1所述的一种基于气体传感器的配套检测装置，其特征在于：VOC为芳樟醇、苯乙醛、乙基己醇或水杨酸甲酯。
3.根据权利要求1所述的一种基于气体传感器的配套检测装置，其特征在于：气体探测模块还包括传感器外壳，传感器外壳上开设有传感器安装槽，气体传感器置于传感器安装槽内。
4.根据权利要求3所述的一种基于气体传感器的配套检测装置，其特征在于：传感器外壳还包括保护罩，保护罩设置在传感器安装槽的一端。
5.根据权利要求1所述的一种基于气体传感器的配套检测装置，其特征在于：MCU主控模块通过通用接口连接气体传感器，通用接口设置在传感器外壳的顶部且与传感器安装槽相通。
6.根据权利要求1所述的一种基于气体传感器的配套检测装置，其特征在于：还包括电源开关和控制按钮，电源开关和控制按钮均与MCU主控模块电连接，且固设于壳体的表面。
7.根据权利要求1所述的一种基于气体传感器的配套检测装置，其特征在于：显示模块包括液晶显示屏，液晶显示屏设置在壳体的表面。
8.根据权利要求1所述的一种基于气体传感器的配套检测装置，其特征在于：无线通信模块采用NB-IoT模块。
9.一种基于气体传感器的配套检测系统，其特征在于：包括权利要求1至8任一项所述的一种基于气体传感器的配套检测装置，还包括云平台和移动终端，云平台通过无线通信模块与MCU主控模块信号连接，云平台用于对气体数据计算和分析；移动终端与配套检测装置信号连接，移动终端用于向配套检测装置下发指令，以及显示云平台的计算、分析结果。
10.根据权利要求9所述的一种基于气体传感器的配套检测系统，其特征在于：基于气体传感器的配套检测装置还包括温湿度传感器，温湿度传感器与MCU主控模块连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |