一种基于无线传感的农药雾滴沉积量检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及农业喷雾技术领域，具体涉及一种基于无线传感的农药雾滴沉积量检测装置。包括信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块、数据传输模块、电源模块及计算机终端。通过将信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块和数据传输模块设置在试验大田中，电化学传感器对植物叶子上的农药雾滴沉积量进行检测，通过信息处理模块进行信号处理，并通过数据传输模块进行信号的传输，传送到计算机终端，实现对喷洒区域内药液雾滴沉积量的自动实时采集。

A pesticide droplet deposition detection device based on wireless sensor

The invention relates to the field of agricultural spray technology, in particular to a pesticide droplet deposition detection device based on wireless sensing. Including information acquisition module, information processing module, information display module, data transmission module, power module and computer terminal. By setting the information collection module, information processing module, information display module and data transmission module in the test field, the electrochemical sensor detects the pesticide droplet deposition on the plant leaves, processes the signal through the information processing module, and transmits the signal through the data transmission module. The computer terminal realizes automatic real-time collection of droplet deposition in spray area.

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线传感的农药雾滴沉积量检测装置
本专利技术涉及农业喷雾
，具体涉及一种基于无线传感的农药雾滴沉积量检测装置。
技术介绍
我国是一个农业大国，农业对国民经济以及人民生活有着举足轻重的作用，在现代农业生产中农药是防治病虫害，保障农业丰收，确保粮食供应的重要生产资料。在农药喷雾作业中，喷雾雾滴飘移和沉积分布不均是最常见的两个问题，对作业过程中的雾滴飘移量和沉积分布均匀性等参数进行检测就成为不可缺少的一项重要工作。雾滴沉积分布特性与规律的快速、有效获取不仅能够减少施药实验成本、降低操作难度和实验复杂度。而且对于评估施药作业质量，提高农药利用率以及减小对生态环境的影响方面有重要意义。农药喷施精确与否取决于药液在农作物(靶标)上的有效沉积。农药施药中，药液的沉积分布特性是农药施药喷施效果的重要参考指标。目前我们国家对农药喷雾雾滴沉积量的检测方法大部分是在室内完成，包括荧光/紫外可见分光光度法、高效液相色谱法、图像分析技术和水敏试纸结合的分析系统，以及基于电学感应原理等新型检测方法。现有采样装置存在如下技术缺点：(1)光学法和色谱法成本高，实验要求高，预处理繁琐，需要专业的实验人员操作。(2)图像处理法自动化程度不高、检测效率低。常用的检测装置在采集完雾滴后，需要首先对采样线进行人工收集，然后用图像采集和分析装置做进一步检测，所耗费的劳动力和检测时间较多。雾滴图像容易受样片材质和环境影响而发生变化，导致检测数据准确率不高。(3)便携式检测装置研究还很少，常用的检测装置都是室内检测，价格昂贵，不方便携带。所以优化雾滴沉积检测技术，解决田间雾滴沉积分布测量方法单一和效率不高的问题是该领域学者追求的目标。农作物的生长受到包括土壤的水分、有机质含量、酸碱度、光照度和温湿度等各种环境因素的影响。基于传统人工测量和报送的信息采集模式满足不了现代化农业生产和管理的要求。如果在农田中铺设基于有线网络的传感系统，则不便于农田的耕作，而且成本也较高，可靠性差。无线传感网络能有效避免这些缺陷，在现代化农业应用中有如下优势：传感器节点体积小，在农田或温室大棚里布置方便，不影响耕作；节点功耗低，在不更换电池的情况下能工作180-730天的时间，基本能覆盖绝大部分农作物的一个耕作周期；不会对环境带来入侵时干扰，特别适合于牲畜家禽及其栖息地的无人干扰监测；节点除了具有监测功能外，还能实现定位；节点价格便宜，架设整套系统成本不高；网络的自组性、健壮性和抗毁性提供了快速部署网络的可能；适用于布线和电源供给困难的区域或恶劣环境中；网络一经部署常年适用，维护简单。在现代化农业的研究上，无线传感器网络以一种全新的信息获取方式，能实时、快速地将监测区域内的各种检测对象的信息远程传输到终端用户(如农业生产管理者)。管理者根据相关信息，结合专家经验，及时准确地做出决策和响应，科学实施农业生产和管理。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术专利提供了一种基于电学感应原理与无线传感网络技术，旨在设计便携式农药喷雾雾滴沉积量检测装置，以仿真试验分析为手段，同时结合背负式喷雾机系统进行应用测试和试验验证，以期为实现现场准确、快速获取雾滴沉积分布特性提供参考。本专利技术专利的目的通过以下技术方案来实现：一种基于无线传感的便携式农药喷雾雾滴沉积量检测装置，本专利技术专利的核心是设计了基于三电极电化学传感器和ZigBee无线传感网络的农药雾滴沉积量测量装置，包括设计了应用于本系统的微电流信号采集与处理的电路原理图和开发底板，以及基于ZigBee无线传感网络的无线传输系统。包括信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块、数据传输模块、电源模块及计算机终端。所述的信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块和数据传输模块设置在试验大田中，信息采集模块对植物叶子上的农药雾滴沉积量进行检测，通过信息处理模块进行信号处理，并通过数据传输模块进行信号的传输，传送到计算机终端。具体特点：1.设计了基于COMS电流镜原理的信息处理模块，应用COMS电流镜原理对本系统的微电流信号进行“复制”，选择NMOS管的源极作为输入点，低输入阻抗特性，扩大电流传感范围，减少外部电磁的干扰。2.设计了基于COMS工艺电压频率转换信号处理电路，不易受外界干扰，抑制了数字电路对模拟信号的干扰。信息采集模块在试验田内采集植物叶面上雾滴信息，信息处理模块对植物叶面上雾滴信息进行处理，通过数据传输模块或者直接发送至计算机终端106，信息处理模块还可以根据天气环境信息判断是否需要对现场的温度以及湿度补偿。所述的信息采集模块是采用三电极电化学传感器对植物叶面上雾滴信息进行采集，三电极电化学传感器包括工作电极、参比电极和辅助电极组成。它是通过被测物发生电化学反应，产生与被测物浓度成正比的电信号，检测输出电能的电流或电位信号的变化，实现对被检测物质的分析。所述的信息处理模块，将三电极电化学传感器产生的电流信号进行处理。信息处理模块的检测电路将采集而来的微弱电流信号进行电流信号镜像，I/V转换，信号放大，滤波，V/F转换，滤波，最终将数字量信号送入数据传输模块输入计算机终端进行程序处理。所述的信息显示模块，是设计了适用于LED和LCD双显示接口模块。参考图3所示，LED显示接口采用带背光的16脚接口的LCM-1602字符液晶显示模块，引脚接口说明：VSS为地电源、VDD接5V正电源、V0为液晶显示器对比度调整端、RS为寄存器选择、R/W为读写信号线、E端为使能端、D0～D7为8位双向数据线、LEDA背光LED正极、LEDK背光LED负极。LCD显示接口采用带背光的20脚接口的LCM128x64的点阵字符(带汉字字库)液晶显示屏，可显示4行，每行8个共32个汉字。引脚接口说明：VSS为地电源、VDD接5V正电源、V0为液晶显示器对比度调整端、RS为寄存器选择、R/W为读写信号线、E端为使能端、D0～D3为并行模式下为数据的低4位双向数据线、D4～D7为并行模式下为数据的高4位双向数据线、PSB模式选择端、NC悬空、/RST复位、VEE负电压输出端、LEDA背光LED正极、LEDK背光LED负极。显示模块将农药雾滴的浓度、电流大小、沉积量等参数显示出来，存储系统并将数据存储下来以便用户及时查看和进行数据分析。所述的数据传输模块，是基于CC2530的ZigBee无线数传模块，ZigBee技术是一种应用于短距离、低传输速率下的无线通信技术，具有距离短、复杂度低、功耗低、成本低和自组网等特点，适用于自动控制领域传感器、执行机构等设备的无线联网。所述的电源模块，电源模块由开关电源和电压转换电路组成，开关电源将交流电转换成直流电经过电压转换电路分别向各系统电路供电。开关电源为12V一路输出。电压转换电路为+12V、-12V、+5V、-5V四路输出。为达到以上目的，采取以下技术方案实现：信息采集模块在试验田内植物叶面上雾滴信息，信息处理模块对植物叶面上雾滴信息进行处理，通过数据传输模块或者直接发送至计算机终端，信息处理模块还可以根据天气环境信息判断是否需要对现场的温度以及湿度补偿。电源模块106由开关电源和电压转换电路组成，开关电源将交流电转换成直流电经过电压转换电路分别向各系统电路供电。开关电源为12V一路输出。电压转换电路为+1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线传感的农药雾滴沉积量检测装置，包括信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块、数据传输模块、电源模块及计算机终端；所述的信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块和数据传输模块设置在试验大田中，信息采集模块对植物叶子上的农药雾滴沉积量进行检测，通过信息处理模块进行信号处理，并通过数据传输模块进行信号的传输，传送到计算机终端，信息处理模块还可以根据天气环境信息判断是否需要对现场的温度以及湿度补偿，其特征在于：信息处理模块，包括控制电路，I/V转换电路，V/F转换电路，处理器；将采集而来的微弱电流信号进行电流信号镜像，I/V转换，信号放大，滤波，V/F转换，滤波，最终将数字量信号送入数据传输模块输入计算机终端进行程序处理；控制电路模块设计了基于COMS电流镜原理对基准电流进行“复制”，控制电路模块选择NMOS管的源极作为输入点，低输入阻抗特性，扩大电流传感范围，减少外部电磁的干扰；再对镜像过来的微电流信号进行滤波放大，放大后的电流转换成电压信号，再进行电压的放大；I/V转换电路是基于COMS工艺的斩波自稳零的高精密I‑V转换电路，NMOS管和PMOS管混联的方式作为进行电流电压转换的运放芯片。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感的农药雾滴沉积量检测装置，包括信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块、数据传输模块、电源模块及计算机终端；所述的信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块和数据传输模块设置在试验大田中，信息采集模块对植物叶子上的农药雾滴沉积量进行检测，通过信息处理模块进行信号处理，并通过数据传输模块进行信号的传输，传送到计算机终端，信息处理模块还可以根据天气环境信息判断是否需要对现场的温度以及湿度补偿，其特征在于：信息处理模块，包括控制电路，I/V转换电路，V/F转换电路，处理器；将采集而来的微弱电流信号进行电流信号镜像，I/V转换，信号放大，滤波，V/F转换，滤波，最终将数字量信号送入数据传输模块输入计算机终端进行程序处理；控制电路模块设计了基于COMS电流镜原理对基准电流进行“复制”，控制电路模块选择NMOS管的源极作为输入点，低输入阻抗特性，扩大电流传感范围，减少外部电磁的干扰；再对镜像过来的微电流信号进行滤波放大，放大后的电流转换成电压信号，再进行电压的放大；I/V转换电路是基于COMS工艺的斩波自稳零的高精密I-V转换电路，NMOS管和PMOS管混联的方式作为进行电流电压转换的运放芯片。2.如权利要求1所述的一种基于无线传感的农药雾滴沉积量检测装置，其特征在于：所述V/F转换电路是基于555施密特触发器的斩滤波自稳零的高精密V-F转换电路，经过分压电路401于I-V转换电路的输出电压进行分压，电压跟随器403和积分电路405对转换信号中的杂波进行处理，由施密特触发器407把电压转换成数字频率信号，采样电路得到的数字频率信号，进行显示。3.如权利要求1所述的一种基于无线传感的农药雾滴沉积量检测装置，其特征在于：所述的信息采集模块是采用三电极电化学传感器对植物叶面上雾滴信息进行采集，三电极电化学传感器包括工作电极、参比电极和辅助电极组成；通过被测物发生电化学反应，产生与被测物浓度成正比的电信号，检测输出电能的电流或电位信号的变化，实现对被检测物质的分析。4.如权利要求1所述的一种基于无线传感的农药雾滴沉积量检测装置，其特征在于：所述的信息显示模块，是设计了适用于LED和LCD双显示接口模块；LED显示接口采用带背光的16脚接口的LCM-1602字符液晶显示模块，引脚接口说明：VSS为地电源、VDD接5V正电源、V0为液晶显示器对比度调整端、RS为寄存器选择、R/W为读写信号线、E端为使能端、D0～D7为8位双向数据线、LEDA背光LED正极、LEDK背光LED负极；LCD显示接口采用带背光的20脚接口的LCM128x64的点阵字符(带汉字字库)液晶显示屏，可显示4行，每行8个共32个汉字；引脚接口说明：VSS为地电源、VDD接5V正电源、V0为液晶显示器对比度调整端、RS为寄存器选择、R/W为读写信号线、E端为使能端、D0～D3为并行模式下为数据的低4位双向数据线、D4～D7为并行模式下为数据的高4位双向数据线、PSB模式选择端、NC悬空、/RST复位、VEE负电压输出端、LEDA背光LED正极、LEDK背光LED负极；显示模块将农药雾滴的浓度、电流大小、沉积量等参数显示出来，存储系统并将数据存储下来以便用户及时查看和进行数据分析。5.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晓娅，韩亚，邱白晶，管贤平，王春会，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32