一种植物冠层气流场生物模拟测试系统及模拟测试方法技术方案

本发明专利技术提供了一种植物冠层气流场生物模拟测试系统及模拟测试方法。所述植物冠层气流场生物模拟测试系统包括：仿生叶片数据采集单元、及连接所述仿生叶片数据采集单元的气流场模拟单元，所述仿生叶片数据采集单元采用仿生叶片模拟植物冠层，并采集模拟的植物冠层内各个节点的风速参数；且所述仿生叶片数据采集单元将采集得到的风速参数和相对应的节点参数发送至所述气流场模拟单元，所述气流场模拟单元根据接收到的风速参数和相对应的节点参数模拟植物冠层的内部气流场。本发明专利技术还提供一种基于所述植物冠层气流场生物模拟测试系统的模拟测试方法。

A biological simulation test system for plant canopy airflow field and its simulation test method

The invention provides a biological simulation test system for plant canopy airflow field and a simulation test method. The plant canopy flow bionic simulation test system comprises a bionic leaf data acquisition unit and a flow field simulation unit connected with the bionic leaf data acquisition unit. The bionic leaf data acquisition unit simulates the plant canopy with the bionic leaf and collects the wind speed parameters of each node in the simulated plant canopy. The bionic blade data acquisition unit sends the collected wind speed parameters and corresponding node parameters to the airflow simulation unit, which simulates the airflow field in the plant canopy according to the received wind speed parameters and corresponding node parameters. The invention also provides a simulation test method based on the plant canopy airflow bio-simulation test system.

【技术实现步骤摘要】
一种植物冠层气流场生物模拟测试系统及模拟测试方法
本专利技术属于计算机
，具体地涉及一种植物冠层气流场生物模拟测试系统及模拟测试方法。
技术介绍
在风送式喷雾机、风幕式喷杆喷雾机及植保无人飞机等气流辅助喷洒装备作业过程中，利用气流场将雾滴输运到靶标植物冠层，气流过小，雾滴穿透性不足，气流过大，雾滴飘移严重，因此，植物冠层气流场分布情况直接决定作业喷洒效果。现有风场测试技术只能利用各种风速计(叶轮、探针、超声波等)测量植物冠层三维结构的外围风场情况，测量过程繁琐、费时，无法准确测量植物冠层内部风场分布情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷或问题，提供一种植物冠层气流场生物模拟测试系统及模拟测试方法。本专利技术的技术方案如下：一种植物冠层气流场生物模拟测试系统包括：仿生叶片数据采集单元、及连接所述仿生叶片数据采集单元的气流场模拟单元，所述仿生叶片数据采集单元采用仿生叶片模拟植物冠层，并采集模拟的植物冠层内各个节点的风速参数；且所述仿生叶片数据采集单元将采集得到的风速参数和相对应的节点参数发送至所述气流场模拟单元，所述气流场模拟单元根据接收到的风速参数和相对应的节点参数模拟植物冠层的内部气流场。优选地，所述仿生叶片数据采集单元包括用于模拟植物冠层的多个仿生叶片、固定于每一所述仿生叶片的风速传感器、连接每一所述风速传感器的多通道通讯接口、连接所述多通道通讯接口的数据采集模块、及连接所述数据采集模块的第一无线传输模块，所述第一无线传输模块无线通信连接所述气流场模拟单元，所述风速传感器采集每一所述仿生叶片中各个节点的风速参数，并将采集到的风速参数和节点参数通过所述多通道通讯接口发送至所述数据采集模块，并通过所述第一无线传输模块无线发送至所述气流场模拟单元。优选地，所述仿生叶片数据采集单元还包括第一存储模块，所述第一存储模块连接所述数据采集模块，所述数据采集模块还将接收到的所述风速参数和所述节点参数发送至所述第一存储模块进行备份。优选地，所述仿生叶片数据采集单元还包括用于安装所述仿生叶片的安装支架，所述安装支架为多自由度的可调节安装支架，并包括：环形固定座、安装座、及铰接于所述固定座和所述安装座之间的连杆组件；其中，所述环形固定座用于固定所述安装支架，且使得所述安装支架可在水平方向转动；所述安装座用于安装所述仿生叶片，以实现模拟植物冠层；所述连杆组件包括铰接连接的多个连杆，并用于调节所述安装支架的高度。优选地，所述风速传感器为弯曲电阻式传感器，且所述仿生叶片数据采集单元还包括用于输出所述风速传感器检测数据的传感器电路，所述传感器电路包括串联组成分压电路的弯曲电阻式传感器R1、定值电阻R2和输入电压VIN，定值电阻的电压输出端设置运算放大器I，从而获得所述定值电阻R2的输出电压为：而且，所述定值电阻R2的输出电压作为所述风速参数。优选地，所述运算放大器I通过输出端的电压负反馈以消除开环增益的影响。优选地，所述气流场模拟单元包括数据处理模块、及连接所述数据处理模块的显示模块和第二无线传输模块，所述第二无线传输模块与所述第一无线传输模块无线通信连接，接收所述第一无线传输模块发送的风速参数和节点参数，且将所述风速参数和所述节点参数发送至所述数据处理模块内进行处理以模拟植物冠层的内部气流场，并最终通过所述显示模块显示模拟得到的植物冠层的内部气流场。优选地，所述气流场模拟单元还包括连接所述数据处理模块的第二存储模块，所述数据处理模块还将模拟形成植物冠层的内部气流场的数据发送至所述第二存储模块进行备份。一种根据上述任一所述植物冠层气流场生物模拟测试系统的模拟测试方法包括如下步骤：采用仿生叶片模拟植物冠层，并采集模拟的植物冠层内各个节点的风速参数；根据风速参数和相对应的节点参数模拟植物冠层的内部气流场，并形成模拟的植物冠层内部区域气流场分布云图。优选地，选定模拟的植物冠层内的三维空间坐标原点，测量各节点处的风速传感器与坐标原点的相对距离，转换成空间位置坐标，根据节点的空间位置坐标，形成风速传感器空间位置矩阵，进而匹配各通道所连接的风速传感器的空间位置。本专利技术提供的技术方案具有如下有益效果：所述植物冠层气流场生物模拟测试系统和方法通过基于传感器阵列的方法来监测作物冠层气流，采用仿生叶片风速传感器，采集真实叶面随气流场的震荡情况，探测运动峰值，拟合植物冠层气流场分布情况，为气流辅助喷洒装备参数调整提供参考依据，提高气流场作用下靶标植物冠层沉积附着率，减少雾滴飘移。附图说明图1是本专利技术实施的植物冠层气流场生物模拟测试系统的结构框图；图2是图1所示植物冠层气流场生物模拟测试系统的示意图；图3是图2所示植物冠层气流场生物模拟测试系统中仿生叶片和风速传感器的结构示意图；图4是图2所示植物冠层气流场生物模拟测试系统中安装支架的部分结构示意图；图5是图1所示植物冠层气流场生物模拟测试系统中风速传感器的信号处理电路的结构示意图；图6是4秒测量时间内的数据采集及处理的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。除非上下文另有特定清楚的描述，本专利技术中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本专利技术并不对此进行限定。本专利技术中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。请参阅图1-5，本专利技术提供的植物冠层气流场生物模拟测试系统包括仿生叶片数据采集单元10、及连接所述仿生叶片数据采集单元10的气流场模拟单元20。其中，所述仿生叶片数据采集单元10采用仿生叶片11模拟植物冠层，并采集模拟的植物冠层内各个节点的风速参数；且所述仿生叶片数据采集单元将采集得到的风速参数和相对应的节点参数发送至所述气流场模拟单元20，所述气流场模拟单元20根据接收到的风速参数和相对应的节点参数模拟植物冠层的内部气流场。具体地，所述仿生叶片数据采集单元10包括用于模拟植物冠层的多个仿生叶片11、固定于每一所述仿生叶片11的风速传感器12、连接每一所述风速传感器12的多通道通讯接口13、连接所述多通道通讯接口13的数据采集模块14、连接所述数据采集模块14的第一无线传输模块15和第一存储模块16、及用于安装所述仿生叶片11的安装支架17。其中，所述仿生叶片11适用于多种植物冠层，依据待测植物冠层叶面特征参数进行配置。其中，所述第一无线传输模块15无线通信连接所述气流场模拟单元20，所述风速传感器12采集每一所述仿生叶片11中各个节点的风速参数，并将采集到的风速参数和节点参数通过所述多通道通讯接口13发送至所述数据采集模块14，并通过所述第一无线传输模块15无线发送至所述气流场模拟单元20；此外，所述数据采集模块14还将接收到的所述风速参数和所述节点参数发送至所述第一存储模块16进行备份。需要说明的是，所述第一存储模块16用于测量端储存数据信息，从而保障所述第一无线传输模块15信号丢失情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物冠层气流场生物模拟测试系统，其特征在于：包括：仿生叶片数据采集单元、及连接所述仿生叶片数据采集单元的气流场模拟单元，所述仿生叶片数据采集单元采用仿生叶片模拟植物冠层，并采集模拟的植物冠层内各个节点的风速参数；且所述仿生叶片数据采集单元将采集得到的风速参数和相对应的节点参数发送至所述气流场模拟单元，所述气流场模拟单元根据接收到的风速参数和相对应的节点参数模拟植物冠层的内部气流场。

【技术特征摘要】
1.一种植物冠层气流场生物模拟测试系统，其特征在于：包括：仿生叶片数据采集单元、及连接所述仿生叶片数据采集单元的气流场模拟单元，所述仿生叶片数据采集单元采用仿生叶片模拟植物冠层，并采集模拟的植物冠层内各个节点的风速参数；且所述仿生叶片数据采集单元将采集得到的风速参数和相对应的节点参数发送至所述气流场模拟单元，所述气流场模拟单元根据接收到的风速参数和相对应的节点参数模拟植物冠层的内部气流场。2.根据权利要求1所述的一种植物冠层气流场生物模拟测试系统，其特征在于，所述仿生叶片数据采集单元包括用于模拟植物冠层的多个仿生叶片、固定于每一所述仿生叶片的风速传感器、连接每一所述风速传感器的多通道通讯接口、连接所述多通道通讯接口的数据采集模块、及连接所述数据采集模块的第一无线传输模块，所述第一无线传输模块无线通信连接所述气流场模拟单元，所述风速传感器采集每一所述仿生叶片中各个节点的风速参数，并将采集到的风速参数和节点参数通过所述多通道通讯接口发送至所述数据采集模块，并通过所述第一无线传输模块无线发送至所述气流场模拟单元。3.根据权利要求2所述的一种植物冠层气流场生物模拟测试系统，其特征在于，所述仿生叶片数据采集单元还包括第一存储模块，所述第一存储模块连接所述数据采集模块，所述数据采集模块还将接收到的所述风速参数和所述节点参数发送至所述第一存储模块进行备份。4.根据权利要求2所述的一种植物冠层气流场生物模拟测试系统，其特征在于，所述仿生叶片数据采集单元还包括用于安装所述仿生叶片的安装支架，所述安装支架为多自由度的可调节安装支架，并包括：环形固定座、安装座、及铰接于所述固定座和所述安装座之间的连杆组件；其中，所述环形固定座用于固定所述安装支架，且使得所述安装支架可在水平方向转动；所述安装座用于安装所述仿生叶片，以实现模拟植物冠层；所述连杆组件包括铰接连接的多个连杆，并用于调节所述安装支架的高度。5.根据权利要求2所述的一种植物冠层气流场生物模拟测...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，薛新宇，张玲，秦维彩，丁素明，张宋超，周良富，孙竹，顾伟，崔龙飞，乐飞翔，
申请(专利权)人：农业部南京农业机械化研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32