[发明专利]一种作物-大气-土壤信息无线采集终端及采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种作物-大气-土壤信息无线采集终端，尤其涉及农田信息无线采集装置，适用于农田信息长期、大范围、无人值守条件下实时监测，属于农业物联网领域。

背景技术

在传统作物生产管理过程中，对作物生长状况往往缺乏准确量化认识；或虽对作物生长指标进行定量分析，但需破坏性取样与化学分析，时效性差，常导致生产中普遍过量施肥（特别是氮肥）或肥料施用不足（如部分微量元素），易造成生产成本上升、环境污染和土地可持续生产能力下降。以氮肥为例，我国氮肥消费量占世界氮肥总量的30％，但氮肥利用效率却十分低下，通常只有30％左右，而国外发达国家如美国普遍达到50~60％。因此，必须要瞄准世界农业科技前沿，围绕现代农业发展的瓶颈，大力推进农业信息化、智能化技术，集成先进传感器技术和物联网等高新技术，实现农业生产管理过程中对作物、环境、土壤的实时监测，快速获取作物生长状况、生态环境以及水肥状况，为作物生产全程管理提供丰富的实时数据资源与决策支持，促进作物生产管理向数字化和智慧化方向发展。

但是现有的技术中，作物生产智慧管理系统的建立受传感器技术、农业工程、作物生长监测和作物栽培管理决策技术的制约，大范围环境下农田作物、环境、土壤信息的协同实时获取技术还不成熟，还存在着监测指标单一，监测点范围小、监测手段繁琐、成本高、施工困难、易受干扰等缺陷与不足，还不能很好地满足实际应用需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中的缺陷，提供一种应用于大范围农田环境下作物-大气-土壤信息无线采集终端，该装置能多跳、协同、自组织无线传感网络，实现野外田间条件下连续、实时、大范围地获取农田生态环境信息。

本发明为了解决上述问题采用以下技术方案：

一种作物-大气-土壤信息无线采集终端，包括依次相连接的传感器模块、微处理器模块、无线通信模块，以及用于供电的电源模块；还包括实时时钟模块、电源控制模块；其中：所述电源模块分别供电给实时时钟模块和电源控制模块；所述电源控制模块分别连接传感器模块、微处理器模块、无线通信模块；所述微处理器模块与实时时钟模块的信号输入端连接，所述实时时钟模块的信号输出端与电源控制模块连接；当微处理器模块成功接收传感器模块采集的信号后，通过控制实时时钟模块的脉冲信号翻转，从而控制电源控制模块的通断。

作为本发明的一种作物-大气-土壤信息无线采集终端的进一步优化方案，所述传感器模块包括敏感元件单元、信号调理单元和总线接口单元；其中，所述敏感元件单元包括温湿度传感器、CO₂浓度传感器、光强传感器、多光谱作物生长传感器、土壤水分传感器和土壤温度传感器；所述信号调理单元包括作物生长信号调理电路和土壤水分信号调理电路；

其中：所述多光谱作物生长传感器通过屏蔽电缆连接作物生长信号调理电路，所述土壤水分传感器通过屏蔽电缆连接土壤水分信号调理电路，所述土壤信息调理电路、作物生长信号调理电路、温湿度传感器、CO₂浓度传感器、光强传感器、土壤温度传感器分别连接总线接口单元；所述总线接口单元连接微处理器模块的数字口。

作为本发明的一种作物-大气-土壤信息无线采集终端的进一步优化方案，所述作物生长信号调理电路包括电流-电压转换电路、微信号放大电路、滤波电路、增益可调电路、模数转换电路；其中：所述电流-电压转换电路的输入端与多光谱作物生长传感器连接，所述电流-电压转换电路的输出端依次串接微信号放大电路、滤波电路、增益可调电路、模数转换电路。

作为本发明的一种作物-大气-土壤信息无线采集终端的进一步优化方案，所述土壤水分信号调理电路包括f-V转换电路、电压放大电路、模数转换电路；其中：所述f-V转换电路的输入端连接土壤水分传感器，所述f-V转换电路的输出端依次连接电压放大电路、模数转换电路。

作为本发明的一种作物-大气-土壤信息无线采集终端的进一步优化方案，所述无线通信模块的频段为780MHz。

作为本发明的一种作物-大气-土壤信息无线采集终端的进一步优化方案，所述电源控制模块包括触发器、电子模拟开关、续流二极管、低压差线性稳压器、去耦二极管；其中所述触发器依次连接电子模拟开关、续流二极管、低压差线性稳压器、去耦二极管。

作为本发明的一种作物-大气-土壤信息无线采集终端的进一步优化方案，所述电源模块包括太阳能充电电路、过压保护电路、充电保护电路、稳压电路；其中，所述太阳能充电电路依次连接过压保护电路、充电保护电路、稳压电路。