一种基于嵌入式系统的便携式堆肥腐熟度检测仪及检测方法与流程

输到处理器；用于采集待检测物的电导率并将电导率信号传输到处理器；用于采集待检测物 的湿度并将湿度信号传输到处理器。
13.进一步，所述上位机包括输入模块和输出模块，所述输入模块用于对不同指标范围的设 定与设定指标的数据，所述输出模块用于输出处理器的分析处理结果和输入模块的设置信息。
14.进一步，所述检测仪包括外壳和设置于外壳内的电路板，以及设置于外壳上的显示屏， 所述电路板上设置传感器接口、上位机接口；所述传感器接口、上位机接口分别与处理器连 接，所述电源与处理器连接；
15.所述传感器接口，用于连接腐熟度信号采集单元，传输腐熟度信号采集单元获取的腐熟 度信号；所述上位机接口，用于连接上位机，接收和上传外部信号；所述电源备用接口，用 于连接外部备用电源；
16.所述外壳设置有输入键盘，所述输入键盘与处理器连接，用于输入检测仪外部输入信息 以及设置检测仪的初始参数。
17.进一步，所述外壳为手持式结构，所述手持式结构包括手柄和显示屏窗口，所述手柄部 设置有安装电源的电源腔室和电路板的电路板腔室。所述电路板的形状与手持式结构匹配。
18.本发明还提供了基于嵌入式系统的便携式堆肥腐熟度检测仪的腐熟度检测方法，所述处 理器上存储有腐熟度检测运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
19.设置备选指标；
20.设置必选指标与备选指标预设范围值；
21.根据必选指标与选定的备选指标综合判断堆肥的的腐熟度。
22.进一步，所述必选指标和备选指标，所述必选指标包括ph、ec、层析距离，所述备选指 标包括色差、糖度、含水率；采用logistic回归分析得出腐熟度的概率关系式；
[0023][0024]
其中：x1是ph；x2是ec，单位：ms/cm；x3是层析距离，单位：cm。
[0025]
进一步，所述ph、ec、含水率的数据读取通过对应的传感器；所述层析距离、色度、糖 度数据传输通过上位机输入，同时设置指标评价范围；
[0026]
进一步，所述根据必选指标与选定的备选指标综合判断堆肥的的腐熟度，具体包括以下 步骤：
[0027]
当主机供电时，开始读取数据和输入数据。首先进行选定各指标的范围判断，若出现任 何一个指标超出设定范围，则输出“no”；若各指标均在设定范围内，则开始计算p值。当p 值小于预设阈值时，输出“n0”，表示堆肥处于未腐熟状态；当p值大于或等于预设阈值时， 输出“yes”，表示堆肥处于腐熟状态。
[0028]
本发明的有益效果在于：
[0029]
本发明提供的基于嵌入式系统的便携式堆肥腐熟度检测仪，通过便携式的设计，使得腐 熟度检测简便、快速，可在现场使用，适用于更多场景，推动腐熟度的快速化、常规化检测 和评价分析。
[0030]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某 种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发 明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0031]
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
[0032]
图1为原理框架图。
[0033]
图2为主机实物图。
[0034]
图3为腐熟度检测程序流程图。
[0035]
图4为上位机图片。
[0036]
图5为led屏工作示意图。
[0037]
图中，1
‑
外壳、2
‑
显示屏，3
‑
传感器接口、4
‑
上位机接口、5
‑
电源备用接口、6
‑
输入键 盘、7
‑
手柄。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的 理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0039]
实施例1
[0040]
如图1、图2所示，本实施例提供的一种基于嵌入式系统的便携式堆肥腐熟度检测仪， 包括腐熟度信号采集单元、处理器、输出装置、上位机、电源；
[0041]
所述处理器用于接收腐熟度信号采集单元获取的腐熟度信号并进行分析处理，
[0042]
所述输出装置与处理器连接并输出处理器分析处理结果。
[0043]
所述上位机用于数据输入与范围值的设定；所述电源与处理器连接，用于进行外部供电。
[0044]
所述处理器采用stm32单片机，所述单片机用于数值判断与结果的评价，可接受发送数 据，进行计算与分析，得出最后结论。
[0045]
所述腐熟度信号采集单元包括若干用于实现对样品数据的采集的传感器，所述传感器采 用rs485进行数据发送。
[0046]
所述上位机包括输入模块、输出模块，所述输入模块用于对不同指标范围的设定与设定 指标的数据，所述输出模块用于输出处理器的分析处理结果和输入模块的设置信息；
[0047]
所述电源与处理器连接，用于进行外部供电；
[0048]
本实施例提供的检测仪包括外壳1和设置于外壳1内的电路板，以及设置于外壳1上的 显示屏2，所述电路板上设置传感器接口3、上位机接口4、处理器、电源、电源备用接口5； 所述传感器接口3、上位机接口4、电源备用接口5分别与处理器连接，所述电源与处理器连 接；
[0049]
所述传感器接口3，用于连接腐熟度信号采集单元，传输腐熟度信号采集单元获取
的腐 熟度信号；所述上位机接口4，用于连接上位机，接收和上传外部信号；所述电源备用接口5， 用于连接外部备用电源；
[0050]
所述外壳1设置有输入键盘6，所述输入键盘6与处理器连接，用于输入检测仪外部输 入信息以及设置检测仪的初始参数；
[0051]
所述外壳1为手持式结构，所述手持式结构包括手柄7和显示屏2窗口，所述手柄7部 设置有用安装电源的电源腔室和电路板的电路板腔室。所述电路板的形状与手持式结构匹配。
[0052]
所述腐熟度信号采集单元包括ph传感器、ec传感器、湿度传感器；
[0053]
所述ph传感器、ec传感器、湿度传感器，用于采集待检测物的ph值并将ph值信号传 输到处理器；用于采集待检测物的电导率并将电导率信号传输到处理器；用于采集待检测物 的湿度并将湿度信号传输到处理器；
[0054]
本实施例提供的检测仪将ph、ec、层析距离作为必选指标，在logistic回归分析下， 得出腐熟度的概率关系式；同时将色差、糖度、含水率作为备选指标，必选指标与备选指标 均需根据实际应用场景设置范围值，对腐熟度进行综合评价。实现对腐熟度的快速评价，并 且能够实现脱机工作，可在现场检测，拓宽了应用场景。
[0055]
如图3所示，本实施例提供的检测仪对堆肥腐熟度检测方法，是通过综合指标评价来进 行判定的，具体步骤如下：
[0056]
设置必选指标和备选指标，所述必选指标包括ph、ec、层析距离，所述备选指标包括色 差、糖度、含水率；采用logistic回归分析得出腐熟度的概率关系式；
[0057][0058]
其中：x1是ph；x2是ec，单位：ms/cm；x3是层析距离，单位：cm；
[0059]
本实施例提供的腐熟度的概率关系式，经过多次试验调节各项系数参数，当为本公式中 的参数时能准确的得到堆肥腐熟度。
[0060]
计算腐熟度进行综合评价；
[0061]
所述ph、ec、含水率的数据读取通过对应的传感器；所述层析距离、色度、糖度数据传 输通过上位机输入，设置必选指标与备选指标预设范围值；根据必选指标与选定的备选指标 综合判断堆肥的的腐熟度，具体包括以下步骤：
[0062]
当主机供电时，开始读取数据和输入数据。首先进行选定各指标范围的判断，若出现任 何一个指标超出设定范围，则输出“no”；若各指标均在设定范围内，则开始计算p值。当p 值小于预设阈值时，输出“n0”，表示堆肥处于未腐熟状态；当p值大于或等于预设阈值时， 输出“yes”，表示堆肥处于腐熟状态。
[0063]
本实施例通过对五组样本数据进行运算，有运算结果可知，当满足gi大于0.5且t值在 0.53到0.72之间，认定为腐熟，赋值为“1”；否则认定为未腐熟，赋值为“0”；具体验证 分析方法如下：
[0064]
使用gi值、t值以及基于stm32的腐熟度仪器，对五组不同c/n(15、20、25、30、35) 比堆制35天的有机肥进行腐熟度评价，验证分析。
[0065]
五组样品的相关性质如下：
[0066]
表1试验样品性质
[0067][0068]
gi值的评价标准是根据bertran等研究的发现：当gi<0.5，未腐熟；当0.5≤gi＜0.8时， 基本腐熟；当gi≥0.8时，完全腐熟。t值的评价标准是根据itavaara等研究表明：当 0.53≤t≤0.72，堆肥腐熟。
[0069]
基于stm32腐熟度仪器选择备选指标色差进行腐熟度综合判断。ph、ec、层析距离、色 差分别根据试验分析以及参考肥料、有机物等堆肥的相关研究成果，依次设定为7～8、2～6、 4～6、≥5。
[0070]
表2四种腐熟度评价方法的结果
[0071][0072]
由上表可知，三种方法对五组样品的评价结果大体一致，说明属性识别与基于stm32腐 熟度仪器的可靠性。其中t值对样品1的结果与其他方法的判定结果不同，但样品1的t值 ＝0.527，与给定范围的下限0.53，只差0.003，差距甚小，因此影响不大。这也由此看出单 一指标进行腐熟度评价的弊端。
[0073]
实施例2
[0074]
如图4、图5所示，本实施例提供的一种基于嵌入式系统的便携式堆肥腐熟度检测仪， 对堆肥腐熟度进行快速的评价。若输出“yes”，腐熟；输出“no”，未腐熟，具体的使用说明 如下：
[0075]
①
层析距离、色度、糖度实验值均是通过上位机的模块2输入。
[0076]
②
备选指标在仪器中的选定，色差与糖度在模块2输入即可(输入即选定)，湿度则需要 外接湿度传感器。
[0077]
③
各个指标判断范围的设定与备选指标的选择均可以根据堆料的性质或实际应用场景进 行合理选择。
[0078]
(2)操作步骤：
[0079]
①
准备待测样品滤液。称取适量样品，按固液1:20的比例加入去离子水，混匀、浸泡10min 后，过滤，提取滤液备用。
[0080]
②
设置数据。打开上位机，在模块2进行选取指标数据输入；在模块三进行所有选用指 标的参数范围设定。
[0081]
③
数据下载。用usb线连接主机与电脑，打开上位机界面，选中连接串口，连通仪器与 上位机后，点击设置，完成数据下载。
[0082]
④
传感器的数据读取与腐熟度评价。连接传感器与主机后，将传感器放入滤液中，按下 开关键，将自动进行数据读取与腐熟度评价。所有选定的指标值与结果输出，在led屏上显 示，如图5。
[0083]
cx是层析距离；ec是电导率；ph是酸碱度；hu是湿度；su是色差；ch是糖度； range是判断结果
[0084]
逻辑判断说明：选用ph、ec、层析距离作为必选指标，色度、糖度、含水率作为备选 指标。必选指标三者之间使用logistic回归分析，拟合出关于p值的腐熟度判断方程。
[0085]
ph、ec、含水率的数据读取通过对应的传感器；层析距离、色度、糖度数据传输通过上 位机输入，同时在上位机进行各个指标评价范围的设定，备选指标的选择：在模块2输入数 据即可，如图5所示。
[0086]
当主机供电时，开始读取传感器的数据以及输入的数据。
[0087]
当主机供电时，开始读取数据和输入数据。首先进行选定各指标范围的判断，若出现任 何一个指标超出设定范围，则输出“no”；若各指标均在设定范围内，则开始计算p值。当 p值小于预设阈值时，输出“n0”，表示堆肥处于未腐熟状态；当p值大于或等于预设阈值时， 输出“yes”，表示堆肥处于腐熟状态。
[0088]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限 于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范 围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。