[实用新型]基于无线传感器网络的植株茎直径微变化自动检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种植物检测装置，尤其是检测植株茎直径微变化的自动测量装置。

背景技术

农业水资源利用效率低，短缺与浪费现象并存，是当前中国灌溉农业发展面临的主要问题。解决这个问题的根本出路是大力发展和推广精量灌溉，即根据作物需水信息适时、适量地进行科学灌溉，达到节水增产的目的。因此，对作物水分状况进行实时监测与诊断是精量灌溉的基础与保障。

从植物生理学角度讲，植物器官(茎、叶、果实等)体积微变化动态与其体内的水分状况密切相关；当根系吸水充足时茎杆微膨胀，水分亏缺时茎杆微收缩。这就为使用茎直径微变化诊断方法指导植物灌溉提供了可能。

利用植株茎直径变化监测作物水分状况的相关试验研究从20世纪60年代后期就已经开始。随着研究工作的不断深入，人们对茎直径变化规律的认识也不断增强，并开始逐步尝试将取得的研究成果应用于田间灌溉管理上，也取得一些进展。

植株茎直径变化法与其它作物水分监测诊断方法如湿度计法、压力室法、蒸散法和叶片相对含水量法等相比，显示出其简单易行、对植株不具破坏性、可连续监测和自动记录的特点，有望成为精量灌溉自动控制系统的最佳配套技术。但是，从所发表的成果来看，现有系统还存在明显不足：(1)通信技术主要采用串行总线技术和现场总线技术等有线通信技术。虽然具有设备互操作性好、抗干扰能力强等优点，但是实际应用时，由于设施内环境长期高温、潮湿且土壤及空气具有较高的酸碱性，极容易导致通信电缆的老化，从而降低系统的可靠性。(2)传感器工作在有线方式。在实际的农业生产应用时，需要密布传感器节点，才能实现对监测区域的有效覆盖，这将导致农业设施内部线缆纵横交错，系统安装及维护成本急剧增加。这两个因素，极大地限制了已有成果在生产实际中的推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种植株茎直径变化检测装置的改进，该装置应具有功耗低、可靠性强、安装及维护便利等特点，并且成本较低。

本实用新型采用的技术方案是：包括随机部署在田间各处的一组无线传感器网络节点，每个节点包括线形位移传感器(LVDT)和配套模块；所述的无线传感器网络节点通过一个或数个网关、基站与远程数据库服务器通信；数据传送的过程是每个无线传感器网络节点所采集的数据通过相邻节点接力传送的方式传送回网关，网关将数据处理后转发给基站，通过基站以卫星信道或者有线网络连接的方式传送给远程数据库服务器；其特征在于所述的每个线形位移传感器安装在植株茎部，以直接感知、测量植株茎直径的微变化信息。

所述的配套模块包括数据处理模块、无线通信模块及能量供应模块。

所述的每个线形位移传感器固定在支架上，支架再定位在植株茎部。

所述的支架通过弹性材料定位在植株茎部。

所述的线形位移传感器的探测头贴合在植株茎部表面，并与植株茎部表面保持垂直状态。

所述的线形位移传感器的探测头与植株茎部表面之间夹有一弹性垫圈。

本实用新型的工作原理是(如图1)：线形位移传感器1定时检测植株茎直径的变化信息，测得的数据依次通过网关2及基站3发送(以卫星信道或者有线网络连接的方式)给远程数据库服务器4，中央计算机或研究人员根据获取的据进行计算，从而得出是否需要灌溉的决策。如需灌溉，则启动具有控制功能的无线传感器网络节点5，控制不同功率(中小功率)的直流电磁阀，实施精量灌溉。

本实用新型的有益效果是：

1、能够实时感知、采样和存档数据，并将采集到的数据进行有效的管理，以及时传送到研究人员手中进行在线或离线的数据挖掘和分析。

2、数据的访问与控制便利；研究人员可以在现场通过PDA(掌上电脑)直接查询系统中的每一个传感器、调整运行参数以及其他调试工作。在系统运行期间不需要到现场进行维护和管理，远程控制站点能够通过Internet或Intranet对传感器进行访问和控制。

3、能耗低；根据作物的生长周期，监测系统能够连续运行至少1个月以上。在此期间，系统能够依靠自身的电池工作，完成正常工作。

4、能够实施控制操作；具有简单控制功能的无线传感器网络节点，采用电池供电，通过相关的电源处理可以控制不同功率的直流电磁阀(电动水动电磁阀、减压阀、调压阀、安全阀及流量控制阀等)。使人们可以随时、随地、远程、精确获取作物需水信息，并且实施精量灌溉。