一种植物生物电和水分传输参数的数据采集装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种植物生物电和水分传输参数的数据采集装置，其技术特点在于：包括控制单元、数据感知单元、数据传输单元、授时单元、功能配置单元、系统状态输出单元、扩展单元和电源单元。本发明专利技术能够设置数据采样触发模式及采样周期，提高数据准确性和实时性；能够自动调整供电模式，降低系统功耗；能够自动跟踪、输出系统状态，便于系统维护；且功能集成度高，操作便捷，为植物电生理研究提供工具。

A data acquisition device for bioelectricity and water transfer parameters of plants

【技术实现步骤摘要】
一种植物生物电和水分传输参数的数据采集装置
本专利技术属数据采集
，涉及生物电和水分传输参数的数据采集装置，尤其是一种植物生物电和水分传输参数的数据采集装置。
技术介绍
植物茎干与生长土壤(或植物茎干纵向不同位置)之间存在持续变化的电势差，这种电势差变化可能与植物水分利用、传输有关，但具体关系尚不明确。为探明电势差变化与水分传输参数(蒸腾速率、茎流速率、根系吸水量)之间的关系、揭示电势差变化机理，需要获取长期、连续、同步的电势差、水分传输参数及环境参数，现有研究通常利用伏特计、植物水分传输测定装置(蒸腾测量仪、茎流计、吸水量测定装置)和气象参数测定仪器对相关数据进行测量、记录，各参数分立测算。在植物水分传输参数的实时测定方面，通常采用茎流测定法和称量测定法。茎流测定法(茎流计)需在植物茎干中布设电极，生物电信号的测量同样需要在植物茎干中布设电极，二者之间存在潜在影响。因此，称量测定法(如盆栽称量法、连通器法)更适合该领域的实验研究。称量测定法是指，将植物置于培养容器内，通过测量容器重量来测算植物水分传输参数。植物水分利用速度随植物种类及生长阶段不同而变化，单位时间内水分吸收、传输、散失的量级差异显著，其测量结果的准确性对采样时间间隔敏感。典型的称量测定法包括如图3所示的盆栽称量法和如图4所示的连通器法：【盆栽称量法】①将植物置于植物培养容器内，将植物培养容器置于压力传感器上；②将植物培养容器上端密封，防止水分蒸发，水分只能通过蒸腾作用经植物体散失；③读取压力传感器测定值，计算单位时间内测定值的变化量ΔW，近似等于植物单位时间内的蒸腾量；④计算ΔW与植物边材面积的比值，即为茎流速率。【连通器法】①植物培养容器1和植物培养容器2连通，将植物置于植物培养容器2内，将植物培养容器1和植物培养容器2分别置于压力传感器1和压力传感器2上；②将植物培养容器1和植物培养容器2上端密封，防止水分蒸发，水分只能通过蒸腾作用经植物体散失；③读取压力传感器1和压力传感器2测定值，计算单位时间内测定值的变化量ΔW1和ΔW2，植物单位时间内的蒸腾量为Er＝ΔW1+ΔW2；④计算Er与植物边材面积的比值，即为茎流速率；⑤计算植物单位时间内的吸水量其中A1和A2分别为植物培养容器1和植物培养容器2的水面面积。但现有的针对上述两种称量测定法的数据采集装置采样周期固定，不能保证数据的准确性；且存在操作便捷性不高和系统功耗大的缺陷。而且，在利用上述装置对植物生物电和水分传输参数等多种数据采集时，由于所采集的多种数据不能严格同步、数据采集功能集成度不高，因此会对实验结果的准确性造成一定影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、同步采集数据、且采集的数据准确性高的植物生物电和水分传输参数的数据采集装置。本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：一种植物生物电和水分传输参数的数据采集装置，包括控制单元、数据感知单元、数据传输单元、授时单元、功能配置单元、系统状态输出单元、扩展单元和电源单元；所述控制单元的输入端与数据感知单元相连接，用于接收数据感知单元实时采集的检测数据；该控制单元还通过数据传输单元与远程服务器或终端相连接，并进行双向通信；该控制单元的输入端还与授时单元相连接，用于为数据感知单元获取的数据添加时间戳信息；该控制单元的输入端还与功能配置单元相连接，用于接收用户输入的功能配置指令；该控制单元的输出端还与系统状态输出单元相连接，用于向用户输出由控制单元编制的系统状态代码；该控制单元的输出端还与扩展单元相连接，用于与外部设备相连接；所述电源单元的输出端分别与控制单元、数据感知单元、数据传输单元、授时单元、功能配置单元、系统状态输出单元和扩展单元相连接，并为其供电。而且，所述控制单元包括微控制器和模数转换器；所述数据感知单元包括电源监测模块、生物电信号测量模块、环境温湿度测量模块、土壤温湿度测量模块、光照强度测量模块和水分传输参数测量模块；该电源监测模块包括连接在一起的电源电压采样电路和阻抗变换电路，其输出端通过模数转换器与微控制器相连接，用于监测电源电压；该生物电信号测量模块包括多路连接在一起的生物电信号接口、放大器和低通滤波器，其输出端通过模数转换器与微控制器相连接，用于采集植物茎干任意一点与土壤之间的电势差，或植物茎干纵向任意两点之间的电势差，并通过模数转换后输出至微控制器；该环境温湿度测量模块包括温湿度测量电路，其输出端通过模数转换器或总线接口与微控制器相连接，用于采集环境温湿度；该土壤温湿度测量模块包括温湿度测量电路，其输出端通过模数转换器或总线接口与微控制器相连接，用于采集土壤温湿度；该光照强度测量模块包括光照强度测量电路，其输出端通过模数转换器或总线接口与微控制器相连接，用于采集光照强度；该水分传输参数测量模块包括两路压力传感器，其输出端通过模数转换器或总线接口与微控制器相连接，用于测量水分传输参数；而且，所述数据传输单元与控制单元相连接，该数据传输单元包括与控制单元电性连接的移动网络接入电路，能够通过移动网络连接远程服务器或终端，并进行双向通信。而且，所述授时单元的输出端与控制单元相连接，该授时单元包括与控制单元电性连接的NTP服务器接入电路，能够通过移动网络连接NTP服务器，并获取标准时钟，为数据感知单元获取的数据添加时间戳信息。而且，所述功能配置单元包括与控制单元电性连接的通信接口，其输出端与控制单元相连接，用于将用户输入的数据采样触发模式指令、采样周期指令、水分传输参数测量方法选择指令和压力传感器选择指令输出至控制单元。而且，所述系统状态输出单元包括与控制单元电性连接的通信接口，其输入端与控制单元相连接，用于向用户输出由控制单元编制的系统状态代码。而且，所述扩展单元包括微控制器的通用I/O口、模数转换器接口、I2C接口、SPI接口和UART接口，用于与外部设备相连接。而且，所述电源单元包括5.0V电源、第一路3.3V电源和第二路3.3V电源；其中，所述5.0V电源为数据传输单元、授时单元供电；所述第一路3.3V电源为控制单元、功能配置单元、系统状态输出单元供电；所述第二路3.3V电源为可控电源，由控制单元控制其开启或关闭，该第二路3.3V电源为数据感知单元和扩展单元供电。本专利技术的优点和有益效果：本专利技术提出一种用于研究植物生物电与水分传输参数关系的数据采集装置，该装置集成了生物电信号测量电路、环境温湿度测量电路、土壤温湿度测量电路、光照强度测量电路、水分传输参数测量电路、数据传输电路、功能配置接口、电源监测和控制电路、系统状态输出接口，能够自动、连续、同步采集植物生物电信号、水分传输参数(蒸腾速率、茎流速率、根系吸水量)及环境参数，并将数据发送至远程服务器或终端；能够设置数据采样触发模式及采样周期，提高数据准确性和实时性；能够自动调整供电模式，降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物生物电和水分传输参数的数据采集装置，其特征在于：包括控制单元、数据感知单元、数据传输单元、授时单元、功能配置单元、系统状态输出单元、扩展单元和电源单元；/n所述控制单元的输入端与数据感知单元相连接，用于接收数据感知单元实时采集的检测数据；该控制单元还通过数据传输单元与远程服务器或终端相连接，并进行双向通信；该控制单元的输入端还与授时单元相连接，用于为数据感知单元获取的数据添加时间戳信息；该控制单元的输入端还与功能配置单元相连接，用于接收用户输入的功能配置指令；该控制单元的输出端还与系统状态输出单元相连接，用于向用户输出由控制单元编制的系统状态代码；该控制单元的输出端还与扩展单元相连接，用于与外部设备相连接；所述电源单元的输出端分别与控制单元、数据感知单元、数据传输单元、授时单元、功能配置单元、系统状态输出单元和扩展单元相连接，并为其供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种植物生物电和水分传输参数的数据采集装置，其特征在于：包括控制单元、数据感知单元、数据传输单元、授时单元、功能配置单元、系统状态输出单元、扩展单元和电源单元；
所述控制单元的输入端与数据感知单元相连接，用于接收数据感知单元实时采集的检测数据；该控制单元还通过数据传输单元与远程服务器或终端相连接，并进行双向通信；该控制单元的输入端还与授时单元相连接，用于为数据感知单元获取的数据添加时间戳信息；该控制单元的输入端还与功能配置单元相连接，用于接收用户输入的功能配置指令；该控制单元的输出端还与系统状态输出单元相连接，用于向用户输出由控制单元编制的系统状态代码；该控制单元的输出端还与扩展单元相连接，用于与外部设备相连接；所述电源单元的输出端分别与控制单元、数据感知单元、数据传输单元、授时单元、功能配置单元、系统状态输出单元和扩展单元相连接，并为其供电。


2.根据权利要求1所述的一种植物生物电和水分传输参数的数据采集装置，其特征在于：所述控制单元包括微控制器和模数转换器；所述数据感知单元包括电源监测模块、生物电信号测量模块、环境温湿度测量模块、土壤温湿度测量模块、光照强度测量模块和水分传输参数测量模块；
该电源监测模块包括连接在一起的电源电压采样电路和阻抗变换电路，其输出端通过模数转换器与微控制器相连接，用于监测电源电压；
该生物电信号测量模块包括多路连接在一起的生物电信号接口、放大器和低通滤波器，其输出端通过模数转换器与微控制器相连接，用于采集植物茎干任意一点与土壤之间的电势差，或植物茎干纵向任意两点之间的电势差，并通过模数转换后输出至微控制器；
该环境温湿度测量模块包括温湿度测量电路，其输出端通过模数转换器或总线接口与微控制器相连接，用于采集环境温湿度；
该土壤温湿度测量模块包括温湿度测量电路，其输出端通过模数转换器或总线接口与微控制器相连接，用于采集土壤温湿度；
该光照强度测量模块包括光照强度测量电路，其输出端通过模数转换器或总线接口与微控制器相连接，用于采集光照强度；
该水分传输参数测量模块包括两路...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝志斌，
申请(专利权)人：天津农学院，
类型：发明
国别省市：天津;12