一種植物臨界凍害溫度檢測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種植物臨界凍害溫度檢測儀，屬于農業氣象災害監測與控制領域。所述檢測儀包括以功耗微控制器為核心的檢測儀主機與植物臨界凍害溫度無線傳感器，檢測儀主機與植物臨界凍害無線傳感器通過無線傳輸通信協議進行無線通信。本實用新型實現植物臨界凍害溫度的便捷與有效測量，結構簡單、成本低，且無線傳感器與檢測儀進行數據無線傳輸，實現植物臨界凍害溫度的多點監測。
【專利說明】
一種植物臨界凍害溫度檢測儀
技術領域
[0001]本實用新型涉及農業氣象災害監測與控制領域，具體涉及一種植物臨界凍害溫度檢測儀技術。
【背景技術】
[0002]早春晚霜凍害，對植物生長和發育造成嚴重傷害。近年來國外開發了機械化防霜裝備與技術，專利號為201310539973.8的中國專利，公開了一種植物自動噴灌防霜系統及方法；專利號為JP2006238767的日本專利，公開了一種霜凍害防止裝置；專利號為201410620814.5的中國專利公開了一種小型無人直升機防除植物霜凍害的飛行方法;專利號為US20110247263的美國專利，提出了基于臨界低溫逆溫差控制和反逆溫延停控制，這兩種控制方式都是以茶樹發生凍害的臨界溫度為必要條件;臨界凍害溫度是機械化防霜的重要控制參數之一；專利號為201410405693.2的中國專利，公開了一種植物臨界凍害溫度測試方法及系統，可以有效測試臨界凍害溫度，但是測試系統復雜繁瑣，不能有效用于多點監測;專利號為201310683539.7的中國專利，公開了一種熱電偶溫度測量儀及其調試裝置，利用溫度校驗數據建立分段數據表，平時溫度測量時采用查表計算方法實現非線性糾正和誤差補償，并通過步進電機實現每次多臺熱電偶溫度測量儀的出廠調試，但這個測量儀不能用于測量植物的凍害溫度；專利號為201420438236.9的中國專利，公開了一種非接觸式溫度測量儀，用于以非接觸的方式測量目標物體溫度，但不能有效用于測試植物臨界凍害溫度。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種植物臨界凍害溫度檢測儀，以實現植物臨界凍害溫度的便捷、有效和多點監測。
[0004]為實現上述目的，本實用新型公開了一種植物臨界凍害溫度檢測儀，包括低功耗微控制器為核心的檢測儀主機(I)和植物臨界凍害溫度無線傳感器(2)，其特征在于，所述低功耗微控制器為核心的檢測儀主機(I)包括:低功耗微控制器(11)、主機無線模塊(12)、主機電源模塊(13)、按鍵模塊(14)和LCD顯示模塊(15)，低功耗微控制器(11)的數據接收端與主機無線模塊(12)的數據發送端相連，主機電源模塊(13)的電壓輸出端與低功耗微控制器(11)的供電端相連，按鍵模塊(14)與低功耗微控制器(11)的控制位相連，LCD顯示模塊
(15)顯示數據發送端與低功耗微控制器(11)的顯示數據接收端相連;所述植物臨界凍害溫度無線傳感器(2)包括電容測量模塊(21)、溫度測量模塊(22)、傳感器電源模塊(23)和傳感器無線模塊(24)，傳感器無線模塊(24)的信號接收端與電容測量模塊(21)和溫度測量模塊
(22)的信號發送端相連，傳感器無線模塊(24)通過無線通信協議與主機無線模塊(12)通訊，傳感器電源模塊(2 3)電壓輸出端與傳感器無線模塊(24 )、電容測量模塊(21)和溫度測量模塊(22)的供電端相連;低功耗微控制器為核心的檢測儀主機(I)通過無線傳輸通信協議與植物臨界凍害溫度無線傳感器(2)進行數據傳輸。
[0005]所述植物臨界凍害溫度無線傳感器(2)中的電容測量模塊(21)用以檢測植物的電容信號，溫度測量模塊(22)用以檢測植物溫度信號;所述低功耗微控制器為核心的檢測儀主機(I)中的低功耗微控制器(I I)用以對接收主機無線模塊(12)發送的數據進行A/D轉換和電容的尖峰判定，識別有效電容尖峰點，通過將電容出現尖峰時刻與此刻葉片溫度比對，由此得到電容出現尖峰時的溫度，此溫度為植物臨界凍害溫度。
[0006]本實用新型的工作原理。電容測量模塊檢測植物的電容，溫度測量模塊檢測植物的溫度，經過傳感器無線模塊轉換為電壓信號傳送給低功耗微控制器，低功耗微控制器對采集的信號進行A/D轉換，轉換成數字信號，對電容的尖峰進行判定，識別有效電容尖峰點，通過將電容出現尖峰時刻與此刻葉片環境溫度比對，由此得到電容出現尖峰時的溫度，此溫度可用于表征茶樹葉片的臨界凍害溫度，并輸出顯示臨界凍害溫度。
[0007]本實用新型具有的有益效果。本實用新型通過對植物電容的檢測和有效識別臨界凍害溫度，并采用無線傳感技術，從而實現植物臨界凍害溫度的便捷與有效測量，結構簡單、成本低，且無線傳感器與檢測儀進行數據無線傳輸，實現植物臨界凍害溫度的多點監測。
【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0009]圖中:I低功耗微控制器為核心的檢測儀主機，2植物臨界凍害溫度無線傳感器，11低功耗微控制器，12主機無線模塊，13主機電源模塊，14按鍵模塊，15IXD顯示模塊，21電容測量模塊，22溫度測量模塊，23傳感器電源模塊，24傳感器無線模塊;虛線代表無線傳輸協議。
[0010]圖2為本實用新型檢測儀結構示意圖；
[0011 ]圖3為本實用新型檢測儀主程序流程圖；
[0012]圖4為本實用新型臨界凍害判定程序流程圖；
[0013]圖5為本實用新型數據記錄程序流程；
[0014]圖6為本實用新型參數測量流程圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖，對本實用新型的技術方案做進一步詳細說明。
[0016]以茶園中茶樹為例。
[0017]基于茶樹葉片電容在低溫脅迫下的典型響應特征，及其與臨界凍害度之間的相關性，可選擇葉片電容和溫度作為主測參數，開發一套集成的茶樹葉片臨界凍害檢測儀，便于實驗室和田間茶樹葉片臨界凍害溫度的多點監測，也可為茶園防霜裝備控制提供實時的主控參數。
[0018]本實用新型結構組成如圖1所示，包括:低功耗微控制器為核心的檢測儀主機I和植物臨界凍害溫度無線傳感器2，低功耗微控制器為核心的檢測儀主機I通過無線傳輸通信協議與植物臨界凍害溫度無線傳感器2進行數據傳輸;檢測儀主機I包括:低功耗微控制器
11、主機無線模塊12、主機電源模塊13、按鍵模塊14和LCD顯示模塊15;植物臨界凍害溫度無線傳感器2包括:電容測量模塊21、溫度測量模塊22、傳感器電源模塊23和傳感器無線模塊24。
[0019]檢測儀設計思路如圖2所示，首先對茶樹葉片的電容參數和葉片溫度進行測試，對電容的尖峰進行判定，識別有效電容尖峰點，通過將電容出現尖峰時刻與此刻葉片環境溫度比對，由此得到電容出現尖峰時的溫度，此溫度可用于表征茶樹葉片臨界凍害溫度。
[0020]本實用新型的傳感器無線模塊24的信號接收端與電容測量模塊21和溫度測量模塊22的信號發送端相連，傳感器無線模塊24通過無線通信協議與主機無線模塊24通訊，傳感器電源模塊23電壓輸出端與傳感器無線模塊24、電容測量模塊21和溫度測量模塊22的供電端相連;低功耗微控制器11的數據接收端與主機無線模塊12的數據發送端相連，主機電源模塊13的電壓輸出端與低功耗微控制器11的供電端相連，按鍵模塊14與低功耗微控制器11的控制位相連，LCD顯示模塊15顯示數據發送端與低功耗微控制器11的顯示數據接收端相連。
[0021]本實施例中，低功耗微控制器為核心的檢測儀主機I中的低功耗微控制器11的主控芯片選用TI公司研制的MSP430F149單片機。它是一種十六位超低功耗單片機，其內部有5個低功耗模塊，最大程度上保護電池的壽命，適合在便攜式儀器上使用。單片機采用16位精簡指令系統，集成16位寄存器和常數發生器，發揮最大的代碼效率，具有87個I/O口，256ΚΒ的閃存，16ΚΒ的RAM，高速12位A/D轉換器。單片機供電電壓為3.3V。IXD顯示模塊15采用11^1932(^^1'帶背光1^0)觸摸顯示屏，供電電壓為3.3￥。主要接口有400-407、1?/1、1?』1?38和RST等，其電壓由單片機供給。
[0022]按鍵模塊14分別為Ρ2.0、Ρ2.1、P2.2和P2.3 JSP430F149單片機通過P6.0和P6.1采集主機無線模塊12的電壓信號。LCD顯示模塊15的數據段AD0-AD7與低功耗微控制器11的I/O 口 P9.0-P9.7相連，其他控制位分別連接P4.1-P4.6 JSP430F149單片機為各個模塊的連接提供豐富的I/O 口資源。
[0023]檢測儀工作原理:電容測量模塊21用以檢測茶樹葉片的電容信號，溫度測量模塊22用以檢測茶樹葉片溫度信號;低功耗微控制器11通過主機無線模塊12接收傳感器無線模塊24發送的數據，進行A/D轉換和電容的尖峰判定，識別有效電容尖峰點，通過將電容出現尖峰時刻與此刻葉片溫度比對，由此得到電容出現尖峰時的溫度，此溫度為茶樹葉片臨界凍害溫度。
[0024]圖3為檢測儀主程序流程圖，檢測儀主程序分三個主要模塊:參數測量、數據查詢和數據刪除。用戶通過按鍵模塊14進行選擇。
[0025]圖4為臨界凍害判定程序流程圖，讀取已存電容數據，并查找出電容最大值，當最大值大于10nF時，輸出對應的溫度，S卩為茶樹臨界凍害溫度；當最大值小于或者等于10nF時，輸出未知。
[0026]圖5為參數測量流程圖，啟動測量參數模塊時，電容測量模塊21采集茶樹葉片的電容的電壓信號，溫度測量模塊22采集茶樹葉片溫度的電壓信號，把信號通過傳感器無線模塊12和主機無線模塊24送入低功耗微控制器11，通過單低功耗微控制器11自身的A/D轉換，把模擬信號轉換成數字信號，然后再進行計算和顯示。
[0027]圖6為數據記錄程序流程，數據顯示采用連續型刷新模式，用戶可隨時記錄數據。
【主權項】
1.一種植物臨界凍害溫度檢測儀，包括低功耗微控制器為核心的檢測儀主機(I)和植物臨界凍害溫度無線傳感器(2)，其特征在于:所述低功耗微控制器為核心的檢測儀主機(1)包括:低功耗微控制器(11)、主機無線模塊(12)、主機電源模塊(13)、按鍵模塊(14)和LCD顯示模塊(15)，低功耗微控制器(11)的數據接收端與主機無線模塊(12)的數據發送端相連，主機電源模塊(13)的電壓輸出端與低功耗微控制器(11)的供電端相連，按鍵模塊(14)與低功耗微控制器(11)的控制位相連，LCD顯示模塊(15)顯示數據發送端與低功耗微控制器(11)的顯示數據接收端相連;所述植物臨界凍害溫度無線傳感器(2)包括電容測量模塊(21)、溫度測量模塊(22)、傳感器電源模塊(23)和傳感器無線模塊(24)，傳感器無線模塊(24)的信號接收端與電容測量模塊(21)和溫度測量模塊(22)的信號發送端相連，傳感器無線模塊(24)通過無線通信協議與主機無線模塊(12)通訊，傳感器電源模塊(23)電壓輸出端與傳感器無線模塊(24)、電容測量模塊(21)和溫度測量模塊(22)的供電端相連;低功耗微控制器為核心的檢測儀主機(I)通過無線傳輸通信協議與植物臨界凍害溫度無線傳感器(2)進行數據傳輸。2.根據權利要求1所述一種植物臨界凍害溫度檢測儀，其特征在于:所述植物臨界凍害溫度無線傳感器(2)中的電容測量模塊(21)用以檢測植物的電容信號，溫度測量模塊(22)用以檢測植物溫度信號;所述低功耗微控制器為核心的檢測儀主機(I)中的低功耗微控制器(11)用以對接收主機無線模塊(12)發送的數據進行A/D轉換和電容的尖峰判定，識別有效電容尖峰點，通過將電容出現尖峰時刻與此刻葉片溫度比對，由此得到電容出現尖峰時的溫度，此溫度為植物臨界凍害溫度。
【文檔編號】G01K13/00GK205538793SQ201620197362
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月15日
【發明人】鹿永宗, 胡永光, 李萍萍, 田金濤, 江豐, 王升, 劉建鋒
【申請人】江蘇大學