[发明专利]一种作物冠层温度与土壤墒情数据监测系统及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据监测系统及其应用，特别是关于一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统及其应用。

背景技术

随着水资源短缺和降雨空间分布不均的日益严重，以及劳动力成本的上升和生态环境压力的剧增，灌区农田灌溉和管理必须向集约化、自动化和精量化的方向发展，以可持续的发展方式以及人水和谐的生产方式为保障，实现节水型灌区的信息采集实时化、灌溉管理智能化、灌溉决策智慧化。作物需水信息的实时采集和精量灌溉决策，是现代精良管理农业的一部分，以精确达到农田作物灌溉的适时和适量为研究目标，为水资源的合理利用和农业、环境、资源的可持续发展提供坚实理论和基础。精量控制灌溉试验的目的是通过对作物生理生态和土壤水分状况以及田间小气候的观测和监测，对作物的生长状况进行综合分析，真实反映作物需水程度来实现灌溉的“适时”和“适量”。

在农田灌溉管理中，用于灌溉决策的定量指标一般有三种：1)根据农田土壤水分状况确定灌溉时间和水量；2)根据作物对水分亏缺的生理反应信息确定是否需要灌溉；3)根据作物生长的小环境气象因素的变化确定灌溉的时间和作物的需水量，通过气象因素确定作物的蒸腾蒸发量来进行灌溉决策。作物冠层红外温度可以反映农田作物蒸腾蒸发情况，利用冠层-空气温度差(冠气温差，Tc-Ta)这一指标能够直观的进行缺水诊断。作物根区土壤墒情是最直接反映农田作物可利用水分的指标，结合土壤特性参数可以确定灌溉水量大小。以往在对田间作物灌溉管理时，人们多是关注于一个方面进行作物水分研究和干旱诊断；在灌溉决策指标上，多数只是考虑了土壤-作物-大气系统中上述三者的某一个因素或某两个因素进行理论研究。利用作物冠层红外温度和土壤墒情进行综合灌溉决策，既能考虑作物对水分亏缺的直观反应，又能准确计算出补充灌溉量大小；是现代灌区灌溉管理中能够达到节水、精量的一个重要的简捷方便和实用的方法。

现代工业技术的高速发展，为农田试验观测提供了较高精度的测量设备和传感器，如医疗级的红外探头常温下的测量精度可以达到±0.1度、时域反射仪TDR的土壤水分测量精度可达1％。但是在实际应用中，由于田间观测手段的差异和不同步，可能造成数据采集不连续、因观测人员不同引起主观数据误差等问题，因此灌溉管理和数据处理不能及时、准确。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统及其应用，本发明能够准确、连续地采集作物冠层温度和土壤墒情数据，从而为灌区综合灌溉决策提供及时、准确的数据。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统，其特征在于：它包括电源管理单元、微处理器、多路复用开关、数据采集单元、模数转换器、数据存储单元、人机交互单元和通信单元；所述电源管理单元为所述微处理器和数据采集单元供电，所述微处理器通过所述多路复用开关与所述数据采集单元连接，所述数据采集单元将采集到的作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤的水分、温度和水势模拟信号通过所述多路复用开关传输至所述模数转换器，所述模数转换器将模拟信号转换成数字信号后传输至所述微处理器；所述微处理器将带工程单位的数据分别传输至所述数据存储单元和人机交互单元进行存储和显示；通过所述人机交互单元向所述微处理器输入运行配置参数，所述微处理器的运行状态通过所述人机交互单元显示；所述微处理器控制所述数据存储单元将存储的带工程单位的数据通过所述通信单元传输至服务器，并通过所述通信单元接收服务器发出的测量控制信号。

所述微处理器、多路复用开关、模数转换器、数据存储单元、人机交互单元和通信单元均设置在一数据处理箱中，所述数据处理箱设置在一立杆下部。

所述电源管理单元包括太阳能电池板、蓄电池、充放电控制器和电源输出模块；所述太阳能电池板设置在所述立杆顶端，所述蓄电池、充放电控制器和电源输出模块均设置在一防护机箱中，所述防护机箱位于所述数据处理箱下端并设置在所述立杆上；所述太阳能电池板和蓄电池均通过所述充放电控制器与所述电源输出模块连接，所述电源输出模块与所述微处理器连接；所述太阳能电池板将太阳辐射能转化为电能，一部分电能通过所述充放电控制器发送给所述电源输出模块，所述电源输出模块将电能转换成工作电压后分别给所述微处理器和数据采集单元供电；另一部分电能通过所述充放电控制器给所述蓄电池充电。

所述电源输出模块转换输出的工作电压分别为3.3V和12V，3.3V电压给所述微处理器供电，12V电压给所述数据采集单元供电。