CN110248162A - 一种用于精细农业的农田生态环境监测***及方法 - Google Patents

一种用于精细农业的农田生态环境监测***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于精细农业的农田生态环境监测***及方法，属于农业技术领域，包括锚杆、第一外壳和监控器，第一外壳固定连接于锚杆的右端，监控器固定连接于锚杆的内底端，监控器包括中央处理器、无线通信模块、环境比对模块、水位比对模块、土壤酸碱度比对模块、土壤湿度比对模块和图像处理模块，无线通信模块、环境比对模块、水位比对模块、土壤酸碱度比对模块、土壤湿度比对模块和图像处理模块均电性连接于中央处理器，第一外壳的内顶端固定连接有无线发射器，无线通信模块信号连接有终端，终端信号连接有云端服务器，可实现生态环境监测的实时监控，效果好，同时提供了一种简单科学的监测方法。

Description

一种用于精细农业的农田生态环境监测***及方法
技术领域
本发明涉及农业技术领域，更具体地说，涉及一种用于精细农业的农田生态环境监测***及方法。
背景技术
农作物的生长、发育以及产量的高低，均受田间环境因素的影响和制约，环境因素包括空气温湿度、土壤温湿度、风速、风向、降雨量和光照度等，合理调节这些因素，可以有效地增加农作物的产量或减少自然灾害对作物的影响，对环境因素数据进行实时、准确地采集是实践精准农业和农田现代化管理的重要基础，但是由于农田环境信息具有多样性、多变性和分散性的特点，而且对它的釆集大多数是在广域空间内进行，这些都给农田环境信息的快速获取带来了困难。
传统的方法是到实地进行抽样抽点检测，然后手工记录数据，再对数据进行分析，这样的方式既费劳力又浪费时间，也不能对田间作物的生长进行实时地监测，以往的人工采集田间环境信息的方法往往具有实时性差、效率不高和耗费人力等缺点，同时现有技术不能实现对农作物长势的实时监测。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于精细农业的农田生态环境监测***及方法，它可实现生态环境监测的实时监控，效果好，同时提供了一种简单科学的监测方法。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
一种用于精细农业的农田生态环境监测***，包括锚杆、第一外壳和监控器，所述第一外壳固定连接于锚杆的右端，所述监控器固定连接于锚杆的内底端，所述监控器包括中央处理器、无线通信模块、环境比对模块、水位比对模块、土壤酸碱度比对模块、土壤湿度比对模块和图像处理模块，所述无线通信模块、环境比对模块、水位比对模块、土壤酸碱度比对模块、土壤湿度比对模块和图像处理模块均电性连接于中央处理器，所述第一外壳的内顶端固定连接有无线发射器，所述无线通信模块信号连接有终端，所述终端信号连接有云端服务器，且终端通过云端服务器与图像处理模块建立连接，锚杆的左端下部自上而下开设有一对安装槽，一对所述安装槽的槽底端分别固定连接有湿度传感器和PH传感器，且湿度传感器和PH传感器均电性连接于监控器，所述锚杆的左端固定连接有水位传感器，所述锚杆的左端固定连接有环境检测模块，且环境检测模块电性连接于监控器，所述锚杆的上端转动连接有转轴，所述转轴的上端固定连接有摄像头，且摄像头电性连接于监控器。
进一步的，一对所述安装槽的槽口处均插接有T形槽盖，且T形槽盖与安装槽之间为过盈配合，所述湿度传感器和PH传感器的检测头分别贯穿一对T形槽盖。
进一步的，所述水位传感器位于湿度传感器的上侧，且水位传感器位于地面上侧，所述水位传感器与地面之间的距离在-cm之间。
进一步的，所述环境检测模块位于水位传感器的上侧，所述环境检测模块包括噪音传感器、PM 2.5传感器、CO2浓度传感器和光照强度传感器
进一步的，所述锚杆的右端固定连接有第二外壳，且第二外壳位于第一外壳的上端，所述第二外壳的上端开设有轴孔，所述第二外壳的内底端固定连接有电机，且电机的输出端贯穿轴孔，所述电机的输出端固定连接有主动轮，所述转轴的圆周表面固定连接有从动轮，所述主动轮与从动轮之间传动连接有传动带。
进一步的，所述电机的输出端连接有密封轴承，且密封轴承位于轴孔内，所述密封轴承的内圈与电机的输出端之间为过盈配合，所述密封轴承的外圈与轴孔之间为间隙配合。
进一步的，所述第一外壳的右端固定连接有显示屏，且显示屏电性连接于监控器。
进一步的，所述终端为PC端或手机终端或平板。
一种用于精细农业的农田生态环境监测方法，包括以下步骤：
S1、设定参数：在监控器内设定相应的参考范围，设置环境参数参考范围，环境参数参考范围包括噪音范围、细颗粒参考范围、二氧化碳参考范围和光照强度参考范围，设置水位参考范围，设置土壤酸碱度参考范围和土壤湿度参考范围；
S2、模拟农作物长势：在终端上使用专业的农作物长势模拟软件模拟其农作物生长情况并绘制相应的图像，并将其上传至云端服务器；
S3、比对、反馈：环境比对模块、水位比对模块、土壤酸碱度比对模块、土壤湿度比对模块和图像处理模块分别对环境参数、水位参数、土壤酸碱度、土壤湿度和农作物长势情况进行比对，同时中央处理器给出相应的措施建议，将环境参数、水位参数、土壤酸碱度、土壤湿度、农作物长势情况异常的数据和措施建议通过无线发射器反馈个管理人员，管理人员及时处理。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本方案可实现生态环境监测的实时监控，效果好，同时提供了一种简单科学的监测方法。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A处的结构示意图；
图3为本发明的主要原理框图；
图4为环境检测模块处的框图。
图中标号说明：
1锚杆、2安装槽、3PH传感器、4湿度传感器、5水位传感器、6第一外壳、7监控器、71中央处理器、72无线通信模块、73环境比对模块、74水位比对模块、75土壤酸碱度比对模块、76土壤湿度比对模块、77图像处理模块、8无线发射器、9显示屏、10环境检测模块、101噪音传感器、102 PM 2.5传感器、103 CO2浓度传感器、104光照强度传感器、11第二外壳、12电机、13主动轮、14从动轮、15传动带、16摄像头、17终端、18云端服务器、19 T形槽盖、20转轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：
请参阅图1-4，一种用于精细农业的农田生态环境监测***及方法，包括锚杆1、第一外壳6和监控器7，第一外壳6固定连接于锚杆1的右端，第一外壳6主要起到良好的保护作用，监控器7固定连接于锚杆1的内底端，监控器7是本发明的核心所在，监控器7包括中央处理器71、无线通信模块72、环境比对模块73、水位比对模块74、土壤酸碱度比对模块75、土壤湿度比对模块76和图像处理模块77，无线通信模块72、环境比对模块73、水位比对模块74、土壤酸碱度比对模块75、土壤湿度比对模块76和图像处理模块77均电性连接于中央处理器71，中央处理器71具有智能处理、算法优化及可编程的功能等，是监控器7的智能大脑，无线通信模块72用于监控器7的无线网络传输，环境比对模块73用于环境参数的比对，水位比对模块74用于水位参数的比对，土壤酸碱度比对模块75是用于土壤酸碱度参数的比对，土壤湿度比对模块76是用于土壤湿度参数的比对，图像处理模块77用于采集到的图像与云端服务器18内存储的农作物长势情况图像的比对，同时中央处理器71可对上述异常的数据进行处理，同时给出相应的采取措施建议；
第一外壳6的内顶端固定连接有无线发射器8，通过无线发射器8可以将上述异常的数据和措施建议反馈给管理人员，由管理人员及时处理，无线通信模块72信号连接有终端17，终端17为PC端或手机终端或平板，终端17信号连接有云端服务器18，且终端17通过云端服务器18与图像处理模块77建立连接，管理人员在终端17上使用专业的软件模拟农作物的长势情况并绘制图像，上传至云端服务器18；
锚杆1的左端下部自上而下开设有一对安装槽2，一对安装槽2的槽底端分别固定连接有湿度传感器4和PH传感器3，且湿度传感器4和PH传感器3均电性连接于监控器7，湿度传感器4用于土壤湿度的检测，PH传感器3用于土壤酸碱度的检测，一对安装槽2的槽口处均插接有T形槽盖19，且T形槽盖19与安装槽2之间为过盈配合，湿度传感器4和PH传感器3的检测头分别贯穿一对T形槽盖19，T形槽盖19的设置是为了更好的保护湿度传感器4和PH传感器3，使其不易被腐蚀，锚杆1的左端固定连接有水位传感器5，水位传感器5位于湿度传感器4的上侧，且水位传感器5位于地面上侧，水位传感器5与地面之间的距离在8-13cm之间，水位传感器5用于水位的检测；
锚杆1的左端固定连接有环境检测模块10，且环境检测模块10电性连接于监控器7，环境检测模块10用于环境参数的检测，环境检测模块10位于水位传感器5的上侧，环境检测模块10包括噪音传感器101、PM 2.5传感器102、CO2浓度传感器103和光照强度传感器104，噪音传感器101用于噪音的检测，PM 2.5传感器102用于空气中细颗粒的检测，CO2浓度传感器103用于二氧化碳浓度的检测，CO2浓度传感器103用于光照强度的检测；
锚杆1的上端转动连接有转轴20，转轴20是可转动的，转轴20的上端固定连接有摄像头16，且摄像头16电性连接于监控器7，摄像头16是为了采集农作物的长势情况图像，锚杆1的右端固定连接有第二外壳11，且第二外壳11位于第一外壳6的上端，第二外壳11的上端开设有轴孔，第二外壳11的内底端固定连接有电机12，且电机12的输出端贯穿轴孔，电机12的输出端连接有密封轴承，且密封轴承位于轴孔内，密封轴承的内圈与电机12的输出端之间为过盈配合，密封轴承的外圈与轴孔之间为间隙配合，电机12的输出端固定连接有主动轮13，转轴20的圆周表面固定连接有从动轮14，主动轮13与从动轮14之间传动连接有传动带15，电机12的输出端转动带动主动轮13转动，主动轮13转动通过传动带15带动从动轮14转动，从而带动转轴20转动，最终带动摄像头16转动，进行360°的图像采集，第一外壳6的右端固定连接有显示屏9，且显示屏9电性连接于监控器7，需要说明的是，上述装置最好每隔20m在农田中设置一个。
一种用于精细农业的农田生态环境监测方法，包括以下步骤：
S1、设定参数：在监控器7内设定相应的参考范围，设置环境参数参考范围，环境参数参考范围包括噪音范围、细颗粒参考范围、二氧化碳参考范围和光照强度参考范围，设置水位参考范围，设置土壤酸碱度参考范围和土壤湿度参考范围；
S1、模拟农作物长势：在终端17上使用专业的农作物长势模拟软件模拟其农作物生长情况并绘制相应的图像，并将其上传至云端服务器18；
S3、比对、反馈：环境比对模块73、水位比对模块74、土壤酸碱度比对模块75、土壤湿度比对模块76和图像处理模块77分别对环境参数、水位参数、土壤酸碱度、土壤湿度和农作物长势情况进行比对，同时中央处理器71给出相应的措施建议，将环境参数、水位参数、土壤酸碱度、土壤湿度、农作物长势情况异常的数据和措施建议通过无线发射器8反馈个管理人员，管理人员及时处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于精细农业的农田生态环境监测***，包括锚杆(1)、第一外壳(6)和监控器(7)，其特征在于，所述第一外壳(6)固定连接于锚杆(1)的右端，所述监控器(7)固定连接于锚杆(1)的内底端，所述监控器(7)包括中央处理器(71)、无线通信模块(72)、环境比对模块(73)、水位比对模块(74)、土壤酸碱度比对模块(75)、土壤湿度比对模块(76)和图像处理模块(77)，所述无线通信模块(72)、环境比对模块(73)、水位比对模块(74)、土壤酸碱度比对模块(75)、土壤湿度比对模块(76)和图像处理模块(77)均电性连接于中央处理器(71)，所述第一外壳(6)的内顶端固定连接有无线发射器(8)，所述无线通信模块(72)信号连接有终端(17)，所述终端(17)信号连接有云端服务器(18)，且终端(17)通过云端服务器(18)与图像处理模块(77)建立连接，锚杆(1)的左端下部自上而下开设有一对安装槽(2)，一对所述安装槽(2)的槽底端分别固定连接有湿度传感器(4)和PH传感器(3)，且湿度传感器(4)和PH传感器(3)均电性连接于监控器(7)，所述锚杆(1)的左端固定连接有水位传感器(5)，所述锚杆(1)的左端固定连接有环境检测模块(10)，且环境检测模块(10)电性连接于监控器(7)，所述锚杆(1)的上端转动连接有转轴(20)，所述转轴(20)的上端固定连接有摄像头(16)，且摄像头(16)电性连接于监控器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测***，其特征在于，一对所述安装槽(2)的槽口处均插接有T形槽盖(19)，且T形槽盖(19)与安装槽(2)之间为过盈配合，所述湿度传感器(4)和PH传感器(3)的检测头分别贯穿一对T形槽盖(19)。
3.根据权利要求1所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测***，其特征在于，所述水位传感器(5)位于湿度传感器(4)的上侧，且水位传感器(5)位于地面上侧，所述水位传感器(5)与地面之间的距离在8-13cm之间。
4.根据权利要求1所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测***，其特征在于，所述环境检测模块(10)位于水位传感器(5)的上侧，所述环境检测模块(10)包括噪音传感器(101)、PM2.5传感器(102)、CO2浓度传感器(103)和光照强度传感器(104)。
5.根据权利要求1所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测***，其特征在于，所述锚杆(1)的右端固定连接有第二外壳(11)，且第二外壳(11)位于第一外壳(6)的上端，所述第二外壳(11)的上端开设有轴孔，所述第二外壳(11)的内底端固定连接有电机(12)，且电机(12)的输出端贯穿轴孔，所述电机(12)的输出端固定连接有主动轮(13)，所述转轴(20)的圆周表面固定连接有从动轮(14)，所述主动轮(13)与从动轮(14)之间传动连接有传动带(15)。
6.根据权利要求5所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测***，其特征在于，所述电机(12)的输出端连接有密封轴承，且密封轴承位于轴孔内，所述密封轴承的内圈与电机(12)的输出端之间为过盈配合，所述密封轴承的外圈与轴孔之间为间隙配合。
7.根据权利要求1所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测***，其特征在于，所述第一外壳(6)的右端固定连接有显示屏(9)，且显示屏(9)电性连接于监控器(7)。
8.根据权利要求1所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测***，其特征在于，所述终端(17)为PC端或手机终端或平板。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设定参数：在监控器(7)内设定相应的参考范围，设置环境参数参考范围，环境参数参考范围包括噪音范围、细颗粒参考范围、二氧化碳参考范围和光照强度参考范围，设置水位参考范围，设置土壤酸碱度参考范围和土壤湿度参考范围；
S1、模拟农作物长势：在终端(17)上使用专业的农作物长势模拟软件模拟其农作物生长情况并绘制相应的图像，并将其上传至云端服务器(18)；
S3、比对、反馈：环境比对模块(73)、水位比对模块(74)、土壤酸碱度比对模块(75)、土壤湿度比对模块(76)和图像处理模块(77)分别对环境参数、水位参数、土壤酸碱度、土壤湿度和农作物长势情况进行比对，同时中央处理器(71)给出相应的措施建议，将环境参数、水位参数、土壤酸碱度、土壤湿度、农作物长势情况异常的数据和措施建议通过无线发射器(8)反馈个管理人员，管理人员及时处理。
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