植物液流监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种植物液流监测装置及方法，属于植物生理监测技术领域。通过经恒流源加热的TDP探针受植物液流影响产生电压差，主控模块经过运算得出液流量，然后将数据存储、远程通信和显示，并在监测到输入电源的输出电压小于预设工作电压时，向手机端发送警报信息。相对于相关技术更加小巧便携。与此同时，由于使用了低噪声、高增益、精密放大电路，从而减少了体积，降低了价格；采用SD卡存储和远程无线发送两种数据读取方案，兼顾解决偏远密林通信困难与及时获取监测数据的矛盾；采用太阳能电池板+蓄电池供电模式，摆脱了市电限制。植物液流的监测方法通过迭代寻找电压最大值，代入公式可以立即得出液流量，减少后续分析的工作量。

Plant liquid flow monitoring device and method

【技术实现步骤摘要】
植物液流监测装置及方法
本专利技术涉及植物生理监测
，尤其涉及一种植物液流监测装置及方法。
技术介绍
植物液流(SapFlow)量的测定一直是植物水分生理研究的核心。在相关技术中，监测方法主要有热脉冲、热扩散和热补偿，其中由于热扩散法(TDP)具有基本保持植物自然生长条件和正常生长状况、可以连续测定植物液流的优点而被广泛使用。根据热扩散原理制成的热扩散液流计是由两根探针组成，上探针恒定连续加热，内含加热元件和热电偶，下探针作为参考端，只有热电偶。通过测定两根探针在植物边材中温度差产生的电压差计算液流量。目前市面上探测植物液流的仪器和方法，分为商业化仪器和探针+恒流加热+数采仪组合的模块化仪器，一般需要市电供应仪器工作，而野外供电困难；仪器较少配备无线通信模块，用户无法实时了解仪器的工作状况；仪器体积大、成本高、不利于规模化使用；同时仪器只获得、存储探针间的电压值，需要先导出数据再转换成液流量。因此，需要对现有的监测装置及方法进行改进。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的植物液流监测装置及方法。根据本专利技术实施例的第一方面，提供了一种植物液流监测装置，包括：TDP探针、恒流源加热电路、信号放大部分、电压变换部分、主控模块、存储部分、通信部分、显示部分、供电部分、电量监测部分以及液流量计算方法，其特征在于，所述的经恒流源加热的TDP探针受植物液流影响产生电压差，经过信号放大后传给主控模块，主控模块经过迭代运算和公式运算得出液流量，然后将数据存储、远程通信和显示，并在监测到输入电源的输出电压小于预设工作电压时，向手机端发送警报信息。可选地，所述信号放大电路为两级信号放大电路；其中，前级放大为AD620差分放大电路，后级放大为OP07放大电路。可选地，所述电压变换部分包括升压正负电压输出模块及三端稳压集成电路，输入电源先通过所述升压正负电压输出模块进行正负电源输出，再通过所述三端稳压集成电路进行正负电源稳压，以为所述信号放大电路提供电源。可选地，所述主控模块采用STM32F103单片机芯片，实现液流监测的数据采集、显示、存储、通信及电量监测功能。可选地，所述存储模块与所述主控模块连接，所述存储模块用于存储所述电压差的平均值以及所述液流量。可选地，所述通信模块与所述主控模块连接，所述通信模块用于将所述电压差的平均值以及所述液流量发送至数据库，并在监测到输入电源的输出电压小于预设工作电压时，向手机端发送警报信息。可选地，所述显示模块与所述主控模块连接，所述显示模块用于显示实时时间、所述电压差的平均值以及所述液流量。可选地，所述供电部分包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，用于提供输入电源。可选地，所述电量监测部分用于监测供电部分的输出电压。结合本专利技术实施例的第一方面任一种可能的实现方式，根据本专利技术实施例的第二方面，提供了一种植物液流监测方法，包括：采用迭代方法求得当前探针电压差最大值，并代入公式算出实时液流量，具体步骤如下：步骤1：初始化单片机，设置最大值Vmax＝0，设置时间段T，求取T时间内的电压差平均值；步骤2：上、下两个探针所测定的电压信号先经过信号放大电路后发送给单片机的AD通道，单片机每过30秒还原放大倍数得到实时电压值，求取T时间内的平均值Vi；步骤3：将平均值Vi与当前最大值Vmax进行比较，如果Vi>Vmax，将Vi作为当前最大值Vmax并保存以便下次比较，否则不改变当前最大值Vmax；步骤4：根据公式算出液流量，即Jsi＝a*(Vmax/Vi-1)b；其中，Jsi表示所述液流量，Vmax表示一天当中当液流为0时的电压值，Vi表示当前时间段内TDP输出的电压差平均值，a与b为参数系数，与植物种类有关；步骤5：单片机将获得的平均值Vi和液流量Jsi存储到SD卡中，并通过GPRS发送到数据库。本专利技术实施例提供的植物液流监测装置及方法，相对于相关技术中的监测装置更加小巧便携。与此同时，由于使用了低噪声、高增益、精密放大电路，从而减少了体积，降低了价格；采用SD卡存储和远程无线发送两种数据读取方案，兼顾解决偏远密林通信困难与及时获取监测数据的矛盾；采用太阳能电池板+蓄电池供电模式，摆脱了市电限制。植物液流的监测方法通过迭代寻找电压最大值，代入公式可以立即得出液流量，减少后续分析的工作量。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术实施例。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种植物液流监测装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种植物液流监测装置的信号放大部分的原理框图；图3为本专利技术实施例提供的一种植物液流计算方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。目前监测植物液流的仪器和方法，分为商业化仪器，以及由探针、恒流加热及数采仪组合的模块化仪器。两者一般需要市电供应仪器工作，而野外供电困难。其次，仪器通常较少配备无线通信模块，用户无法实时了解仪器的工作状况。另外，仪器体积大、成本高、不利于规模化使用。最后，仪器只获得、存储探针间的电压值，从而需要先导出数据再转换成液流量，不能直接得出数据。针对相关技术中存在的问题，本专利技术实施例提供了一种植物液流监测装置。参见图1，该装置包括：TDP探针、恒流源加热电路、信号放大部分、电压变换部分、主控模块、存储部分、通信部分、显示部分、供电部分、电量监测部分以及液流量计算方法，其特征在于，所述的经恒流源加热的TDP探针受植物液流影响产生电压差，经过信号放大后传给主控模块，主控模块经过迭代运算和公式运算得出液流量，然后将数据存储、远程通信和显示，并在监测到输入电源的输出电压小于预设工作电压时，向手机端发送警报信息。为了便于理解，本专利技术实施例以毛竹的液流监测为例。经恒流源加热的TDP探针受植物液流影响产生电压差，经过信号放大后传给主控模块，主控模块经过迭代运算和公式运算得出液流量，然后将数据存储、远程通信和显示，并在监测到输入电源的输出电压小于预设工作电压时，向手机端发送警报信息。本专利技术实施例提供的装置，相对于相关技术中的监测装置更加小巧便携。与此同时，由于使用了低噪声、高增益、精密放大电路，从而减少了体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物液流监测装置，其特征在于，包括：TDP探针、恒流源加热电路、信号放大部分、电压变换部分、主控模块、存储部分、通信部分、显示部分、供电部分、电量监测部分以及液流量计算方法，其特征在于，经所述恒流源加热的TDP探针受植物液流影响产生电压差，经过信号放大后传给主控模块，主控模块经过迭代运算和公式运算得出液流量，然后将数据存储、远程通信和显示，并在监测到输入电源的输出电压小于预设工作电压时，向手机端发送警报信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种植物液流监测装置，其特征在于，包括：TDP探针、恒流源加热电路、信号放大部分、电压变换部分、主控模块、存储部分、通信部分、显示部分、供电部分、电量监测部分以及液流量计算方法，其特征在于，经所述恒流源加热的TDP探针受植物液流影响产生电压差，经过信号放大后传给主控模块，主控模块经过迭代运算和公式运算得出液流量，然后将数据存储、远程通信和显示，并在监测到输入电源的输出电压小于预设工作电压时，向手机端发送警报信息。


2.根据权利要求1所述的植物液流监测装置，其特征在于，所述信号放大电路为两级信号放大电路；其中，前级放大为AD620差分放大电路，后级放大为OP07放大电路。


3.根据权利要求1所述的植物液流监测装置，其特征在于，所述电压变换部分包括升压正负电压输出模块及三端稳压集成电路，输入电源先通过所述升压正负电压输出模块进行正负电源输出，再通过所述三端稳压集成电路进行正负电源稳压，以为所述信号放大电路提供电源。


4.根据权利要求1所述的植物液流监测装置，其特征在于，所述主控模块采用STM32F103单片机芯片，实现液流监测的数据采集、显示、存储、通信及电量监测功能。


5.根据权利要求1所述的植物液流监测装置，其特征在于，所述存储模块与所述主控模块连接，所述存储模块用于存储所述电压差的平均值以及所述液流量。


6.根据权利要求1所述的植物液流监测装置，其特征在于，所述通信模块与所述主控模块连接，所述通信模块用于将所述电压差的平均值以及所述液流量发送至数据库，并在监测到输入电源的输出电压小于预设工作电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：江朝晖，张菊，高健，李博，李绍稳，
申请(专利权)人：安徽农业大学，国际竹藤中心，
类型：发明
国别省市：安徽;34