[实用新型]基于无线传感器网络的植物声发射信号自动检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种植物检测装置，尤其是检测作物水分胁迫声信号的自动测量装置。

背景技术

作物的生长发育，需要众多的环境因子，当这些环境因子变化对作物产生伤害效应时，称之为胁迫。作物在生长过程中，常遭受多种环境胁迫。研究证实，水分亏缺对作物生长发育和产量的影响超过所有其他胁迫的总和。因此，作物水分的管理是作物生产中最为重要的措施之一。

随着水资源的日益紧缺，世界各国水资源供求之间的矛盾越来越突出。解决这个矛盾的根本出路是大力发展和推广精量灌溉，它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。为了有效地进行精量灌溉，人们从不同方面研究作物缺水状况的评价方法，制定了相应的灌溉指标。这些指标可以分为间接指标(包括土壤指标和气象指标)和直接指标(作物生理指标)。研究证明，利用作物生理指标作为作物缺水诊断及灌溉控制指标，更为合理。因此，对各种作物生理指标的研究，受到越来越多的关注。其中，作物水分胁迫声发射技术，因其具有快速测定且不具破坏性等特点，日益受到众多学者的推崇。

对于作物水分胁迫声发射技术的研究开始于1966年，Milburn和Johnson把蓖麻作为研究对象，利用一个改进的听筒听取了水柱断裂时产生的“咔嗒”声，但是因为在音频范围内采集信号，其精度受到环境噪声的很大影响。Tyree等对此进行了改进，在超音频范围内采集声发射信号以避免环境噪声的干扰，使声发射法简便可行，并研制出了以单片机为核心的作物水分胁迫声发射监测仪器，能够完成现场声发射数据自动采集与记录。此后，国内的研究人员也研究和开发了基于作物水分胁迫声发射技术的温室作物灌溉自动控制系统。

上述成果存在的明显不足是：(1)通信技术主要采用有线通信技术。虽然具有设备互操作性好、抗干扰能力强等优点，但是实际的应用环境具有长期高温、潮湿、土壤及空气具有较高的酸碱性等特点，极容易导致通信电缆的老化，从而降低系统的可靠性。(2)传感器采用有线方式工作。在应用于实际的农业生产时，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，提供一种植物声发射信号检测装置的改进，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：基于无线传感器网络的植物声发射信号自动检测系统，包括随机部署在田间不同植株茎上的一组无线传感器网络节点，每个节点包括声发射传感器和及配套模块；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声发射传感器设置在植物茎部，以直接感知植物的声发射信号。

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。

所述的每个声发射传感器通过弹性材料系挂在植物茎部表面。

所述的弹性材料是橡皮筋。

本实用新型的工作原理是：

水分运输的内聚力理论阐述了水在SPAC(土壤-植物-大气连续体)系统中运输时是处于一定的负压力或张力下的。当土壤变得干燥时，该张力就会增加；当张力超过一个极限值时，由于水分子间的内聚力失效或对导管壁的附着力失效，水柱的连续体就不能再保持下去，从而发生断裂或抽空，这就是植物木质部的空穴现象。植物木质部出现空穴现象的同时，张力会突然释放而产生冲击波，并伴有声发射信号的产生。声发射信号在超音频(100～300kHz)范围内，该声发射信号被无线传感器网络节点1中的声发射传感器12检测到并记录下来作为植物水分胁迫的指示指标；传感器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数据进行计算，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。