CN220455287U - 在体玉米果穗水分监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供一种在体玉米果穗水分监测系统，包括：采集模块和网络模块，采集模块包括主控芯片和水分传感器，并且网络模块包括Lora终端，Lora终端通过第一总线与主控芯片的第一串口连接，水分传感器通过第二总线与主控芯片的第二串口连接，并且水分传感器基于边缘场效应对在体玉米果穗的水分进行监测。

Description

在体玉米果穗水分监测系统

技术领域

本实用新型涉及植物生理监测领域。

背景技术

玉米籽粒含水率是指导玉米机械化收获的重要指标，然而，由于玉米收割机械装备普及率低，种植玉米的农田类型复杂以及收获时玉米籽粒含水率未知等问题，玉米机械化收割受到限制。其中，玉米籽粒含水率未知作为玉米本身对机械化收割的限制因素，当籽粒含水率过高或者过低时收割，都会造成收割浪费，且其所造成的收割浪费不会因为其他约束条件的改善而被克服。根据本领域的一般标准，当玉米进入完熟期后，籽粒水分低25％可以进行机械收割作业，而过于干燥的玉米果穗会严重下垂，又会影响机械作业。

针对已知玉米籽粒水分的获取手段，通常需要摘取果穗测量，而这存在损伤玉米果穗、时效性差、无法及时判断成熟期玉米果穗脱水程度等问题。此外，一般野外连续测量传感器易受到恶劣气象条件干扰。

实用新型内容

本实用新型提供一种在体玉米果穗水分监测系统，旨在解决现有技术中存在的无法实现对大面积田间种植的成熟期玉米籽粒水分进行实时监测的问题以及在实际测量中造成果穗损伤和时效性差等问题，实现在田间直接测量和在线传输玉米籽粒水分数据，从而进一步实现更加高效且无损的机械化收割。

具体地，本实用新型的实施例提供了以下技术方案：

第一方面，本实用新型的实施例提供一种在体玉米果穗水分监测系统，包括：采集模块和网络模块，

所述采集模块包括主控芯片和水分传感器，并且所述网络模块包括Lora终端，

所述Lora终端通过第一总线与所述主控芯片的第一串口连接，

所述水分传感器通过第二总线与所述主控芯片的第二串口连接，并且所述水分传感器基于边缘场效应对在体玉米果穗的水分进行监测。

进一步地，该在体玉米果穗水分监测系统，还包括：所述采集模块进一步包括：温湿度传感器、光照传感器、风力传感器和定位模块。

进一步地，该在体玉米果穗水分监测系统，还包括：所述网络模块进一步包括：Lora网关和服务器。

进一步地，该在体玉米果穗水分监测系统，还包括：所述光照传感器的工作电流小于0.8mA，所述光照传感器包括寄存器和数据存储单元，所述光照传感器的光照强度的测量范围为0至200000Lux。

进一步地，该在体玉米果穗水分监测系统，还包括：所述风力传感器包括直流有刷电机与三杯式旋转风杯。

进一步地，该在体玉米果穗水分监测系统，还包括：所述定位模块与所述主控芯片的第三串口连接，并且所述定位模块通过天线接收北斗定位信号和GPS定位信号中的至少一种。

进一步地，该在体玉米果穗水分监测系统，还包括：所述Lora网关通过Lora信号与Lora终端连接，并且所述Lora网关通过4G信号与所述服务器连接。

进一步地，该在体玉米果穗水分监测系统，还包括：所述采集模块进一步包括电源电路。

进一步地，该在体玉米果穗水分监测系统，还包括：所述电源电路通过采集太阳能和执行能源转换，为所述采集模块和所述Lora终端供应电力。

进一步地，该在体玉米果穗水分监测系统，还包括：所述采集模块还包括：存储电路、晶振电路、复位电路。

由上面技术方案可知，本实用新型的实施例提供的一种在体玉米果穗水分监测系统，旨在解决现有技术中存在的无法实现对大面积田间种植的成熟期玉米籽粒水分进行实时监测的问题以及在实际测量中造成果穗损伤和时效性差等问题，实现在田间直接测量和在线传输玉米籽粒水分数据，从而进一步实现更加高效且无损的机械化收割。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型一实施例提供的在体玉米果穗水分监测系统之中各个组件之间的连接关系框图；

图2为本实用新型另一实施例提供的在体玉米果穗水分监测系统之中各个组件之间的连接关系框图；

图3是本实用新型一实施例提供的单采集节点的水分传感器的连接关系框图；以及

图4为本实用新型一实施例提供的主控芯片主程序中断图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型使用的各种术语或短语具有本领域普通技术人员公知的一般含义，即便如此，本实用新型仍然希望在此对这些术语或短语作更详尽的说明和解释。如果本文涉及的术语和短语有与公知含义不一致的，则以本实用新型所表述的含义为准；并且如果在本申请中没有定义，则其具有本领域普通技术人员通常理解的含义。

在现有技术中，针对已知玉米籽粒水分的获取装置，通常需要摘取果穗测量，而这存在损伤玉米果穗、时效性差、无法及时判断成熟期玉米果穗脱水程度等问题。此外，一般野外连续测量传感器易受到恶劣气象条件干扰。

针对于此，第一方面，本实用新型的一实施例提出一种在体玉米果穗水分监测系统。

下面结合图1描述本实用新型的在体玉米果穗水分监测系统。

图1为本实用新型一实施例提供的在体玉米果穗水分监测系统之中各个组件之间的连接关系框图。

在本实施例中，需要说明的是，该在体玉米果穗水分监测系统10可以包括：采集模块100和网络模块200，

采集模块100包括主控芯片110和水分传感器120，并且网络模块200包括Lora终端210，

Lora终端210通过第一总线150与主控芯片110的第一串口160连接，水分传感器120通过第二总线130与主控芯片110的第二串口140连接，并且水分传感器120基于边缘场效应对在体玉米果穗的水分进行监测。

具体地，主控芯片110可以为STM32F103C8T6单片机。

具体地，第一总线150和第二总线130可以包括例如但不限于信号采样差模传输的RS485总线。

更具体地，水分传感器120可以为玉米籽粒水分传感器，其是基于边缘场效应的玉米穗在体籽粒水分无损检测传感器，通过RS485总线与采集模块100的主控芯片110的第二串口140连接，根据环形电极内激励信号经玉米果穗后的电压损耗来检测玉米籽粒含水量，无损伤，速度快，精度高，范围广。

进一步地，该RS485总线(第二总线130)可以连接多路玉米籽粒水分传感器(水分传感器120)。

下面结合图2描述本实用新型的另一在体玉米果穗水分监测系统。

图2为本实用新型另一实施例提供的在体玉米果穗水分监测系统之中各个组件之间的连接关系框图。

在本实施例中，需要说明的是，该在体玉米果穗水分监测系统10可以包括：采集模块100和网络模块200，采集模块100包括主控芯片110和水分传感器120，并且网络模块200包括Lora终端210，Lora终端210通过第一总线150与主控芯片110的第一串口160连接，水分传感器120通过第二总线130与主控芯片110的第二串口140连接，并且且水分传感器120基于边缘场效应对在体玉米果穗的水分进行监测。

此外，在本实施例中，采集模块100可以进一步包括：光照传感器1010、温湿度传感器1020、风力传感器1030、定位模块1040、电源电路1050、晶振电路1060、复位电路1070、存储电路1080。网络模块200可以进一步包括：Lora网关2110和服务器2120。

此外，在本实施例中，定位模块1040可以与主控芯片110的第三串口170连接，并且定位模块1040可以通过天线接收北斗定位信号和GPS定位信号中的至少一种。

具体地，定位模块1040可以包括GPS/北斗定位模块，例如ATGM332D-5N 3X，其可同时接受GPS和北斗两种导航系统的定位信号，外连SMA天线，通过主控芯片的第三串口与主控芯片相连，不需要额外的硬件串口电路，电路复杂度低，精度高，跟踪灵敏。

此外，在本实施例中，Lora网关2110可以通过Lora信号与Lora终端210连接，并且Lora网关2110可以通过例如但不限于4G信号与服务器2120连接。

具体地，Lora远程终端和Lora网关之间可以通过例如Lora信号连接，采集节点电路(即采集模块)可以通过例如RS485总线连接Lora远程终端，Lora网关可以通过例如4G网络与服务器连接。

进一步地，在本实施例中，在体玉米果穗水分监测系统10可以由多路采集节点构成，每路采集节点可以通过RS485总线与Lora采集节点相连，经过Lora网关将采集节点的数据通过4G信号上传至服务器。此外，可以通过扩充Lora网关数量来满足终端组网布置的要求，这种增加Lora网关来扩充终端的数量的方式是为了提高信号质量而非受限于网关接入终端的容量，Lora远程终端会与通讯信号质量最好的Lora网关连接。

此外，在本实施例中，电源电路1050可以通过采集例如但不限于太阳能和执行能源转换，为采集模块100和Lora终端210供应电力。

此外，在本实施例中，光照传感器1010的工作电流可以小于0.8mA，光照传感器1010可以包括寄存器和数据存储单元，光照传感器1010的光照强度的测量范围可以为0至200000Lux。

具体地，光照传感器可以为B-LUX-V30B，B-LUX-V30B环境光传感器提供数字输出，可较理想地用于农业、仪器仪表、工业传感器等产品，器件工作电流小于0.8m A，低功耗的环境光传感器，具有32位光照值寄存器和112字节EEPROM数据存储单元，可以测量0至200000Lux光照强度值。

此外，在本实施例中，风力传感器1030可以包括但不限于直流有刷电机与三杯式旋转风杯。

具体地，风力通过三杯式旋转风杯，以驱动直流有刷电机产生与风力的大小成正比的电压，主控芯片对电压进行模数转换，以换算得到风力的大小。更具体地，风力传感器采用小型直流有刷电机与三杯式旋转风杯组装而成，利用风力带动旋转风杯进而带动小型电机产生电压，其电压与旋转速度成正比，利用主控芯片自带的ADC采集模块将采集电压转换为数字量，进一步经过计算可以得到风力值，该风力传感器结构简单，稳定可靠，成本低。

具体地，存储电路1080可以包括W25Q64芯片以及SPI总线，W25Q64芯片通过SPI总线与主控芯片连接。

具体地，温湿度传感器1020可以是AM2301，AM2301是具有单总线接口的全校准数字式相对湿度和温度传感器，该传感器采用独特的MEMS技术，具有数字式输出、免标定、高精度，响应速度快，抗干扰能力强，免外围电路及全互换的特点。

结合上述组件的功能及连接关系，本实用新型的实施例提供的在体玉米果穗水分监测系统可以实现以下功能：采集节点电路的主控芯片通过各种与之相连的传感器获取到玉米籽粒水分信息和周围环境的气象、位置参数。主控芯片对数据进行处理，然后通过RS485总线将处理后的数据传送至Lora远程终端，Lora远程终端通过Lora组网将接收到的处理后的数据进一步传送至Lora网关，Lora网关通过4G信号将接收到的处理后的数据传送至服务器。服务器程序可以设置采集节点的数量以及数据采集指令间隔，服务器指令沿前述网络向下传送。采集节点收到数据采集和上传指令后经上述网络将数据上传至服务器软件MYSQL数据库保存起来，方便调用与分析，实现对远程大面积田地的玉米籽粒水分的实时监测，为精细农业标准化提供坚实基础，综上本实用新型的监测系统具有范围广、成本低、时效快的有益效果。

图3是本实用新型一实施例提供的单采集节点的水分传感器的连接关系框图。

如图3所示，一个采集节点上可以连接5路玉米籽粒水分传感器，组成玉米籽粒水分采集模块。RS485总线上虽然可以连接更多的传感器，但考虑到电源的带负载能力和采集节点的体积，本实施例的每个采集节点预留5路玉米籽粒水分传感器接口。通过四芯信号线与采集节点电路板相连，依次为地线、电源线、RS485A、RS485B。

图4为本实用新型一实施例提供的主控芯片主程序中断图。

如图4所示，主控芯片接入玉米籽粒水分传感器，GPS/北斗定位模块和Lora远程终端接口三个外部中断，中断优先级由高到低依次为Lora远程终端接口即第一串口中断，其优先级大于玉米籽粒水分传感器接口即第二串口中断，其优先级则大于GPS/北斗定位模块接口即第三串口中断。对于利用HAL库编写的STM32中断程序，需要编写包括设置中断优先级，使能中断，清除中断标志，中断服务程序等内容。

对于主控芯片STM32F103C8T6，其中断优先级可分为抢占优先级和响应优先级，优先级更高的外部中断可以打断优先级低的中断。主控芯片的第一串口与Lora远程中断相连，其作用是接收服务器指令并返回采集到的数据，故令第三串口接收中断为最高抢断优先级，其执行过程不能被打断，中断发生后进入中断处理函数。

多个玉米籽粒水分传感器通过RS485总线经第二串口接入主控芯片，其工作机制为主控芯片作为主机，通过RS485总线根据自定义的协议向作为从机的玉米籽粒水分传感器发送指令，发送指令的条数根据从机的个数而定，从机接收到指令后根据协议规定向主机返回数据。第二串口接收数据后进入中断处理函数，其进入中断处理的次数也因从机个数而定。上述过程被放置在第一串口的中断处理函数内，其目的在于防止重复进入第二串口的接收中断，进而卡死主程序。

由于GPS/北斗定位模块接入主控芯片第三串口后会一直向主控芯片传送信息数据，主控芯片第三串口需要引入接收中断机制来接收、处理和保存有用数据，这可能会造成第三串口一直进入接受中断，进而卡死程序主循环，故须将第三串口接收中断同样放入第一串口的中断处理函数当中。具体做法是将第三串口的接收中断使能放入第一串口的中断服务程序中，在第三串口的中断服务程序结束时关闭第三串口接收中断使能。这样只有在进入第一串口的中断服务程序时，才能打开第三串口中断，且这中打开是一次性的，只有再次进入第一串口中断服务时，串口三中断才能被打开。

结合上述组件的功能及连接关系，本实用新型的实施例提供的在体玉米果穗水分监测系统可以实现以下功能：采集节点电路的主控芯片通过各种与之相连的传感器获取到玉米籽粒水分信息和周围环境的气象、位置参数。主控芯片对数据进行处理，然后通过RS485总线将处理后的数据传送至Lora远程终端，Lora远程终端通过Lora组网将接收到的处理后的数据进一步传送至Lora网关，Lora网关通过4G信号将接收到的处理后的数据传送至服务器。服务器程序可以设置采集节点的数量以及数据采集指令间隔，服务器指令沿前述网络向下传送。采集节点收到数据采集和上传指令后经上述网络将数据上传至服务器软件MYSQL数据库保存起来，方便调用与分析，实现对远程大面积田地的玉米籽粒水分的实时监测，为精细农业标准化提供坚实基础，综上本实用新型的监测系统具有范围广、成本低、时效快的有益效果。通过综合考量气象地理数据和在体玉米果穗水分数据，为精细农业标准化提供坚实基础，结合中国农业发展现状，降低粮食生产收割的浪费。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块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模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。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。

此外，在本实用新型中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在本实用新型中，参考术语“实施例”、“本实施例”、“又一实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种在体玉米果穗水分监测系统，其特征在于，所述在体玉米果穗水分监测系统包括采集模块和网络模块，

所述采集模块包括主控芯片和水分传感器，并且所述网络模块包括Lora终端，

所述Lora终端通过第一总线与所述主控芯片的第一串口连接，

所述水分传感器通过第二总线与所述主控芯片的第二串口连接，并且所述水分传感器基于边缘场效应对在体玉米果穗的水分进行监测。

2.根据权利要求1所述的在体玉米果穗水分监测系统，其特征在于，所述采集模块进一步包括：温湿度传感器、光照传感器、风力传感器和定位模块。

3.根据权利要求1所述的在体玉米果穗水分监测系统，其特征在于，所述网络模块进一步包括：Lora网关和服务器。

4.根据权利要求2所述的在体玉米果穗水分监测系统，其特征在于，所述光照传感器的工作电流小于0.8mA，所述光照传感器包括寄存器和数据存储单元，所述光照传感器的光照强度的测量范围为0至200000Lux。

5.根据权利要求2所述的在体玉米果穗水分监测系统，其特征在于，所述风力传感器包括直流有刷电机与三杯式旋转风杯。

6.根据权利要求2所述的在体玉米果穗水分监测系统，其特征在于，所述定位模块与所述主控芯片的第三串口连接，并且所述定位模块通过天线接收北斗定位信号和GPS定位信号中的至少一种。

7.根据权利要求3所述的在体玉米果穗水分监测系统，其特征在于，所述Lora网关通过Lora信号与Lora终端连接，并且所述Lora网关通过4G信号与所述服务器连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的在体玉米果穗水分监测系统，其特征在于，所述采集模块进一步包括电源电路。

9.根据权利要求8所述的在体玉米果穗水分监测系统，其特征在于，所述电源电路通过采集太阳能和执行能源转换，为所述采集模块和所述Lora终端供应电力。

10.根据权利要求1至7任一项所述的在体玉米果穗水分监测系统，其特征在于，所述采集模块还包括：存储电路、晶振电路、复位电路。