基于计算机物联网的农业种植灌溉检测装置及其检测方法

1.本发明属于作物灌溉技术领域，具体涉及一种基于计算机物联网的农业种植灌溉检测装置及其检测方法。


背景技术：

2.农田水利灌溉工程在农业经济发展中起到重要作用，科学使用水利资源对农业生产发展来说很关键，目前农田水利灌溉工程工作存在管理人员问题，不少管理人员综合素质较低，对成本控制、应用效果等都无法保证；现有技术中为了保证合理灌溉，通常对土壤中水分进行检测，当水分低于一定值后，自动灌溉补水，虽然能保证土壤中水分的有效补充，但在实际应用中，并非所有的农作物都持续需要一定量的水分，例如，干湿交替灌溉技术有显著的增产效果，土壤作为水稻生长的载体，其水分含量及土壤酶活性等通过根系间接影响植株地上部生长和产量形成，在水稻结实期实施干湿交替灌溉技术能够促进籽粒灌浆，进而提高水稻产量；现有技术通常按照计划定期浇水，但土壤中水分除了人工灌溉外还受天气影响，如果土壤中缺水过量，则会导致水稻不可逆的受损，但现有技术还无法解决如何在土壤适量缺水的情况下避免作物过分缺水，因此，需要结合另一种方法保证作物内部水分。
3.冠层温度是反应作物水分消耗状况的重要指标，因此，监控作物的冠层温度可以与土壤水分协同判断是否需要灌溉，红外冠层温度传感器检测信号能够用于推断作物的水分状况及水分亏缺，但红外冠层温度传感器如果持续检测，会产生较大的成本，不适于推广。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有农业种植灌溉检测装置无法应对短期缺水的问题，提供了一种基于计算机物联网的农业种植灌溉检测装置及其检测方法。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于计算机物联网的农业种植灌溉检测装置，包括箱体，所述箱体底部设有多个支脚，箱体前设有控制箱，所述箱体上设有驱动气缸，驱动气缸的伸缩杆贯穿箱体底部连接固定板，所述固定板底部安装若干土壤水分传感器，固定板上设有信号处理装置，信号处理装置与土壤水分传感器连接；所述箱体内设有滑槽，所述箱体上设有安装座，安装座沿滑槽在水平方向上移动，所述安装座上依次安装垂直伸缩组件和水平伸缩组件，水平伸缩组件前端安装红外冠层温度传感器；所述驱动气缸、垂直伸缩组件和水平伸缩组件分别与电磁阀连接；所述控制箱内设有plc控制器和数据传输模块，所述plc控制器与上位机电信号连接，plc控制器通过数据传输模块向电磁阀传输控制信号，plc控制器通过数据传输模块接收由信号处理装置和红外冠层温度传感器传输的信息。
6.具体的，所述上位机包括本地管理计算机和远程管理计算机，所述plc控制器通过gprs模块与远程管理计算机连接。
7.具体的，所述垂直伸缩组件包括第一气缸和垂直设置的竖直伸缩杆；所述水平伸缩组件包括第二气缸和水平设置的水平伸缩杆，第二气缸固定于竖直伸缩气缸顶部，方便对应不同高度和位置的拍摄植株，能满足多种要求。
8.具体的，所述支脚底部设有尖刺部，尖刺部的设置方便插入地面；支脚上设有固定卡板，能够保持检测装置整体的稳定性。
9.具体的，所述固定板上固定垂直于固定板的定位杆，定位杆向上贯穿箱体，定位杆位于箱体上方的部分设有尺寸标注，方便调整土壤水分传感器的插入深度。
10.具体的，所述滑槽为l型滑槽，安装座底部设有与l型滑槽匹配的l型滑块，l型滑块较低的部分设有螺纹孔，l型滑槽对应螺纹孔的位置设有调节螺杆，调节螺杆的一端设有驱动电机，方便调整安装座的水平位置，以对应不同的待测植株。
11.对该检测装置的进一步优化，在所述箱体上均匀竖直多个限位气缸，相邻限位气缸之间的距离与待测植株一一对应；限位气缸的连接杆贯穿箱体上表面后连接限位板，限位板侧面设有压力传感器，l型滑槽内右侧面上设有标记压力传感器，l型滑槽内左侧面上设有止停压力传感器；所述连接杆伸长时最低端低于l型滑块较低部分的上表面，连接杆收缩时最低端高于l型滑块的上表面；所述限位气缸连接电磁阀；方便检测过程中实现自动控制。
12.具体的，所述plc控制器通过数据传输模块接收压力传感器的检测信息。
13.基于计算机物联网的农业种植灌溉检测装置的检测方法，包括以下内容：（1）将灌溉检测装置固定于待测植株所在区域，使土壤水分传感器与待测植株位置一一对应，启动驱动气缸，使土壤水分传感器插入土壤内，多个土壤水分传感器所检测的实时信号传输至plc控制器，如果均值在正常范围内，则继续检测，如果低于正常范围则进行步骤（2）；（2）启动驱动电机，使l型滑块向右移动，靠接压力传感器后，驱动电机停止，调节垂直伸缩组件和水平伸缩组件使红外冠层温度传感器位于植株冠部前方，红外冠层温度传感器拍照后传输至plc控制器，plc控制器接收到红外冠层温度传感器所检测信号后，向与限位气缸连接的电磁阀发送信号，控制连接杆收缩，同时驱动电机继续启动；（3）重复步骤（2），标记压力传感器接收到挤压信号后，反向转动驱动电机，使l型滑块向左移动，直到靠接止停压力传感器后停止，此时plc控制器向与限位气缸连接的电磁阀发送信号，控制连接杆伸缩后停止；（4）plc控制器将多个红外冠层温度传感器所检测信号传输至上位机，通过上位机分析后判断是否缺水，如果缺水则启动灌溉装置；如果不缺水，则在设定时间后重复步骤（2）。
14.具体的，所述灌溉装置由plc控制器控制启动，灌溉到预设值后自动停止，预设值根据缺水情况及需水量确定。
15.检测田内根据实际需要设置多个检测装置，每个检测装置的土壤水分传感器分别对应一棵待测植株，相应的，限位气缸与待测植株相对应；方便对待测植株对应的土壤水分以及冠层温度分别进行检测。
16.本发明相比现有技术具有以下优点：合理设置垂直伸缩组件和水平伸缩组件，使红外冠层温度传感器能适应不同高度不同株距的植株检测；通过设置限位气缸，配合压力传感器，能使plc控制器判断工作状态并对红外冠层温度传感器的工作状态进行控制，实现自动对多棵植株的相关参数进行检测；通过对土壤内水分以及冠层温度检测，能够减少对红外冠层温度传感器的使用节省能源，还能解决土壤水分传感器检测结果不准确的问题，实现土壤适量缺水的情况下避免作物过分缺水，优化植株管理。
附图说明
17.图1是检测装置的结构示意图。
18.图2是检测装置的正视图。
19.图3是l型滑块的结构示意图。
20.图4是l型滑块的正视图。
21.图5是水平伸缩组件的侧视图。
22.图6是箱体的侧面剖视图。
23.图7是检测方法流程图。
24.其中，1-箱体，11-l型滑槽，12-支脚，121-尖刺部，122-固定卡板，2-驱动电机，21-调节螺杆， 4-驱动气缸，41-伸缩杆，42-固定板，43-土壤水分传感器，44-信号处理装置，45-定位杆，46-尺寸标注，5-安装座，51-第一气缸，511-竖直伸缩杆，52-第二气缸，521-水平伸缩杆，53-固定座，54-红外冠层温度传感器，55-l型滑块，6-限位气缸，61-连接杆，62-限位板，63-压力传感器，7-控制箱。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明进一步说明。
26.下面将结合本发明实施例附图，对本发明实施例技术方案进行清楚、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，都属于本发明保护的范围。
27.所述红外冠层温度传感器为菲力尔公司的产品，型号为flir t630sc，收集图像后，在flir researchir max软件打开图像，通过添加函数计算每个感兴趣区域的平均温度，对感兴趣区域的平均温度为该植株的冠层温度。
28.实施例1如图1-6中所示，一种基于计算机物联网的农业种植灌溉检测装置，包括箱体1，所述箱体1底部设有多个支脚12，所述支脚12底部设有尖刺部121，尖刺部121的设置方便插入地面；支脚12上设有固定卡板122，能够保持检测装置整体的稳定性；所述箱体1前设有控制箱7，所述箱体1上设有驱动气缸4，驱动气缸4的伸缩杆41贯穿箱体1底部连接固定板42，所述固定板42底部安装若干土壤水分传感器43，固定板42上设有信号处理装置44，信号处理装置44与土壤水分传感器43连接，固定板42的设置能够增强土壤水分传感器43的稳定性，避免在土壤中被水冲掉；所述固定板42上固定垂直于固定板42的定位杆45，定位杆45向上贯穿箱体1，定位杆45位于箱体1上方的部分设有尺寸标注46，
方便调整土壤水分传感器43的插入深度；所述箱体1内设有l型滑槽11，所述箱体1上设有安装座5，安装座5底部设有与l型滑槽11匹配的l型滑块55，l型滑块55较低的部分设有螺纹孔56，l型滑槽11对应螺纹孔16的位置设有调节螺杆21，调节螺杆21的一端设有驱动电机2，方便调整安装座5的水平位置，驱动电机2启动驱动安装座5沿l型滑槽11在水平方向上移动；所述安装座5上依次安装垂直伸缩组件和水平伸缩组件，水平伸缩组件52前端通过固定座53安装红外冠层温度传感器54，所述垂直伸缩组件包括第一气缸51和垂直设置的竖直伸缩杆511；所述水平伸缩组件包括第二气缸52和水平设置的水平伸缩杆521，第二气缸52固定于竖直伸缩气缸顶部，方便对应不同高度和位置的拍摄植株，能适应不同的检测要求；所述驱动气缸4、垂直伸缩组件、水平伸缩组件和灌溉装置分别与电磁阀连接；所述控制箱7内设有plc控制器和数据传输模块（均为本领域常规技术，未画出），所述plc控制器与上位机电信号连接，所述上位机包括本地管理计算机和远程管理计算机，所述plc控制器通过gprs模块与远程管理计算机连接；plc控制器通过数据传输模块向电磁阀传输控制信号，plc控制器通过数据传输模块接收由信号处理装置44和红外冠层温度传感器54传输的信息。
29.实施例2在实施例1的基础上，在所述箱体1上均匀竖直3个限位气缸6，相邻限位气缸6之间的距离与待测植株一一对应，间距为50cm；限位气缸6的连接杆61贯穿箱体1上表面后连接限位板62，限位板62侧面设有压力传感器63，l型滑槽11内右侧面上设有标记压力传感器（图中未画出），l型滑槽11内左侧面上设有止停压力传感器（图中未画出）；所述连接杆61伸长时限位板62最低端低于l型滑块55较低部分的上表面，连接杆61收缩时限位板62最低端高于l型滑块55的上表面；所述限位气缸6连接电磁阀；方便检测过程中实现自动控制；所述plc控制器通过数据传输模块接收压力传感器63的检测信息。
30.为了方便记录，在本实施例1中设定3个限位气缸6上对应的压力传感器63分别为ci传感器(i=1，2，3)，标记压力传感器为t1传感器，止停压力传感器为t2传感器，土壤水分传感器为k1传感器，红外冠层温度传感器为k2传感器；基于计算机物联网的农业种植灌溉检测装置的检测方法，包括以下内容：（1）将灌溉检测装置固定于待测植株所在区域，使3个k1传感器与待测植株位置一一对应，启动驱动气缸，使k1传感器插入土壤内，3个土壤水分传感器所检测的实时信号传输至plc控制器，plc控制器将信号传至上位机进行处理，如果多个k1传感器所检测的实时信号均值在正常范围内，则k1传感器继续检测，如果低于正常范围则进行步骤（2）；（2）启动驱动电机，使l型滑块向右移动，靠接ci传感器后，驱动电机停止，调节垂直伸缩组件和水平伸缩组件使k2传感器位于植株冠部前方，k2传感器拍照后传输至plc控制器，plc控制器接收到k2传感器所检测信号后，向与限位气缸连接的电磁阀发送信号，控制连接杆收缩，同时驱动电机继续启动；（3）重复步骤（2），t1传感器接收到挤压信号后，反向转动驱动电机，使l型滑块向左移动，直到靠接t2传感器后停止，此时plc控制器向与限位气缸连接的电磁阀发送信号，控制连接杆伸缩后停止；
（4）plc控制器将多个k2传感器所检测信号传输至上位机，通过上位机分析后判断是否缺水，如果缺水则启动灌溉装置；如果不缺水，则在设定时间后重复步骤（2）；所述灌溉装置由plc控制器控制启动，灌溉到预设值后自动停止，预设值根据缺水情况及需水量确定。
31.检测田内根据实际需要设置多个检测装置，每个检测装置的土壤水分传感器分别对应一棵待测植株，相应的，限位气缸与待测植株相对应；方便对待测植株对应的土壤水分以及冠层温度分别进行检测。
32.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或 基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
33.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。