白菜糖度在线监测装置及采用该装置实现的滴灌调控系统制造方法及图纸

白菜糖度在线监测装置及采用该装置实现的滴灌调控系统，涉及蔬菜种植过程中含糖度在线监测领域。本发明专利技术解决了对白菜滴灌调控种植过程中，如何实现在线、无损、同步测量白菜含糖度的问题。本发明专利技术糖度测量探头包括插固式菜心探头、插固式菜帮探头和夹持式菜叶探头，可对菜心、菜帮和菜叶同步在线测量，嵌入式主板用于依次通过导光玻璃纤维束和糖度测量探头向白菜相应监测位置发送近红外探测光，近红外探测光包括两种波长的光；近红外探测光入射至白菜相应监测位置后，从白菜相应监测位置出射的近红外探测光依次由糖度测量探头和导光玻璃纤维束原路返回至嵌入式主板计算糖度。本发明专利技术主要用于东北酸菜专用白菜的糖度监测。主要用于东北酸菜专用白菜的糖度监测。主要用于东北酸菜专用白菜的糖度监测。

【技术实现步骤摘要】
白菜糖度在线监测装置及采用该装置实现的滴灌调控系统


[0001]本专利技术涉及蔬菜种植过程中含糖度在线监测领域。

技术介绍

[0002]东北酸菜是以新鲜、营养丰富的白菜为主要原料，在低浓度食盐条件下，由乳酸菌发酵酸渍而成，具有口感鲜脆、色泽金黄、酸味浓郁醇厚的特点。酸菜的发酵机理主要是通过乳酸菌的代谢作用将白菜中的还原糖转化成乳酸，当充分发酵时酸菜中的还原糖含量从3%降至百分之零点几，说明白菜的含糖量对乳酸发酵进程起到至关重要的作用，同时含糖量也是鲜白菜最重要的感官品质和营养品质，提升白菜的含糖度可为乳酸发酵提供足够的还原糖，使酸渍产酸速度快、加速发酵进程、抑制杂菌滋生，并对优化和固化酸菜的独特风味有重要作用。东北酸菜是白菜深加工的重要形式，目前白菜酸渍加工正向产业化、标准化方向快速发展，由于鲜白菜的品质优劣直接影响着酸菜的最终品质，因此，规格化高品质的白菜对东北酸菜产业具有极为重要的意义。
[0003]在白菜传统种植方式中，盲目的“大水大肥”，不仅浪费宝贵的水资源和肥料，还导致白菜风味降低、品质变差。通过水肥一体化肥料调控可提高白菜的品质，但目前水肥滴灌主要目标是节水和节肥，尚未从东北酸菜的发酵机理出发种植含糖度高的专用白菜，而且现有的滴灌系统中采用的氮、磷、钾传感器主要用于土壤养分监测，缺少农田现场使用的白菜含糖度在线定量监测手段，无法对白菜的养分吸收和糖度转换效果进行在线监测，使现有的白菜水肥滴灌无法形成真正的“闭环”调控，需要针对缺失的环节实现在线监测，才能针对东北酸菜产业的实际需求进行精准调控种植。
[0004]目前对白菜含糖度测量主要采用红外吸收光谱仪器，这类台式精密仪器价格昂贵，只适于实验室内使用。由于白菜体积较大无法直接测量，需要制作白菜不同部位的待测试样，置于近红外吸收光谱仪中进行测试，属于非在线有损测试。由于糖度在白菜的菜帮、菜叶、菜心部分的含糖度各不相同，应用手持式近红外糖度仪也无法对靠内部的菜帮和菜心位置的糖度有效测试，如何实现低成本、在线、无损、同步测量白菜的含糖度，是结球期白菜含糖度调控的最关键环节，故以上问题亟需解决。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是为了解决对白菜滴灌调控种植过程中，如何实现在线、无损、同步测量白菜含糖度的问题，本专利技术提供了一种白菜糖度在线监测装置及采用该装置实现的滴灌调控系统。
[0006]白菜糖度在线监测装置，包括嵌入式主板、导光玻璃纤维束、糖度测量探头、土壤氮磷钾养分传感器、土壤pH值传感器、土壤温度/含水率传感器、支撑杆、太阳能电池板、无线网络天线和云平台；糖度测量探头设置在白菜相应监测位置上；白菜相应监测位置包括白菜的菜心、菜帮和菜叶；所述糖度测量探头包括插固式菜心探头、插固式菜帮探头和夹持式菜叶探头；
嵌入式主板通过支撑杆固定于距地面预设高度的位置；支撑杆的底部安装有土壤氮磷钾养分传感器、土壤pH值传感器、土壤温度/含水率传感器；土壤氮磷钾养分传感器，用于采集土壤养分发送至嵌入式主板后，通过无线网络天线传输至云平台；土壤pH值传感器，用于采集土壤pH值并发送至嵌入式主板后，通过无线网络天线传输至云平台；土壤温度/含水率传感器，用于采集土壤温度和土壤含水率并发送至嵌入式主板后，通过无线网络天线传输至云平台；太阳能电池板固定在支撑杆上，用于给嵌入式主板、土壤氮磷钾养分传感器、土壤pH值传感器、土壤温度/含水率传感器和无线网络天线进行供电；嵌入式主板用于依次通过导光玻璃纤维束和糖度测量探头向白菜相应监测位置发送近红外探测光，近红外探测光入射至白菜相应监测位置后，从白菜相应监测位置出射的近红外探测光依次由糖度测量探头和导光玻璃纤维束原路返回至嵌入式主板；近红外探测光包括两种波长的光，其中，一种波长的光作为测量光，另一种波长的光作为参考光；嵌入式主板用于对从白菜相应监测位置出射的近红外探测光中的参考光和测量光进行处理，从而获得白菜相应监测位置的糖度；还用于将白菜相应监测位置的糖度通过无线网络天线传输至云平台。
[0007]优选的是，嵌入式主板用于对从白菜相应监测位置出射的近红外探测光中的参考光和测量光进行处理，从而获得白菜相应监测位置的糖度的实现方式为：首先、对从白菜相应监测位置出射的近红外探测光中的参考光和测量光进行光电转化后，分别获得测量光强度和参考光强度；其次、对测量光强度与参考光强度的比值取对数，获得比值结果；再次、根据比值结果M与预设糖度标定曲线间的对应关系，获得该比值结果M所对应的糖度；其中，预设糖度标定曲线上的每个点横、纵坐标分别为比值结果M的值和该比值结果M的值所对应的糖度。
[0008]优选的是，嵌入式主板包括控制器、驱动电路、近红外LED光源、光路耦合分束模块、测量光探测转换电路、参考光探测转换电路；控制器通过驱动电路对近红外LED光源进行驱动控制，使近红外LED光源生成的一束近红外探测光送至光路耦合分束模块进行分束后，送至相应的糖度测量探头；光路耦合分束模块还用于对糖度测量探头所接收的从相应探测位置出射的近红外探测光中的测量光和参考光进行分离，将测量光送至测量光探测转换电路进行光电转化后，获得的测量光强度送至控制器，同时还将参考光送至参考光探测转换电路进行光电转化后，获得的参考光强度送至控制器；控制器还用于根据从相应探测位置出射的近红外探测光中的测量光强度和参考光强度，获得相应探测位置的糖度。
[0009]优选的是，控制器还用于根据从相应探测位置出射的近红外探测光中的测量光强
度和参考光强度，获得相应探测位置的糖度的实现方式为：先对测量光强度与参考光强度的比值取对数，获得比值结果；再根据比值结果M与预设糖度标定曲线间的对应关系，获得该比值结果M所对应的糖度；其中，预设糖度标定曲线上的每个点横、纵坐标分别为比值结果M的值和该比值结果M的值所对应的糖度。
[0010]优选的是，夹持式菜叶探头包括夹固式固定夹和1号直角反射棱镜；夹固式固定夹的上、下夹板的夹持面上均覆有第一硅胶；夹固式固定夹的上、下夹板的夹持面上均设有一个1号直角反射棱镜，且上、下夹板上的1号直角反射棱镜相对设置；导光玻璃纤维束的探测端同时与两个导光连接件的一端连接，两个导光连接件的另一端分别固定在夹固式固定夹的上、下夹板的夹持面上，且两个导光连接件的另一端分别与其对应的1号直角反射棱镜间存在间隙；夹固式固定夹的上、下夹板间夹持白菜的菜叶；从导光玻璃纤维束出射的近红外探测光经夹固式固定夹的上夹板上的1号直角反射棱镜反射后，入射至夹持白菜的菜叶，又经夹持白菜的菜叶透射后，入射至夹固式固定夹的下夹板上的1号直角反射棱镜后，返回至导光玻璃纤维束。
[0011]优选的是，插固式菜帮探头插固在白菜的相邻菜帮间的间隙内；插固式菜帮探头包括菜帮探片和2号直角反射棱镜；菜帮探片的探测面上覆有第二硅胶；菜帮探片的探测面上设置有一个2号直角反射棱镜，导光玻璃纤维束的探测端固定在菜帮探片的探测面上，且与2号直角反射棱镜间存在间隙；从导光玻璃纤维束出射的近红外探测光经过2号直角反射棱镜入射至白菜的菜帮，经菜帮漫反射后通过2号直角反射棱镜返回至导光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.白菜糖度在线监测装置，其特征在于，包括嵌入式主板（1）、导光玻璃纤维束（2）、糖度测量探头（3）、土壤氮磷钾养分传感器（5）、土壤pH值传感器（6）、土壤温度/含水率传感器（7）、支撑杆（8）、太阳能电池板（9）、无线网络天线（10）和云平台；糖度测量探头（3）设置在白菜（4）相应监测位置上；白菜（4）相应监测位置包括白菜（4）的菜心、菜帮和菜叶；所述糖度测量探头（3）包括插固式菜心探头（31）、插固式菜帮探头（32）和夹持式菜叶探头（33）；嵌入式主板（1）通过支撑杆（8）固定于距地面预设高度的位置；支撑杆（8）的底部安装有土壤氮磷钾养分传感器（5）、土壤pH值传感器（6）、土壤温度/含水率传感器（7）；土壤氮磷钾养分传感器（5），用于采集土壤养分发送至嵌入式主板（1）后，通过无线网络天线（10）传输至云平台；土壤pH值传感器（6），用于采集土壤pH值并发送至嵌入式主板（1）后，通过无线网络天线（10）传输至云平台；土壤温度/含水率传感器（7），用于采集土壤温度和土壤含水率并发送至嵌入式主板（1）后，通过无线网络天线（10）传输至云平台；太阳能电池板（9）固定在支撑杆（8）上，用于给嵌入式主板（1）、土壤氮磷钾养分传感器（5）、土壤pH值传感器（6）、土壤温度/含水率传感器（7）和无线网络天线（10）进行供电；嵌入式主板（1）用于依次通过导光玻璃纤维束（2）和糖度测量探头（3）向白菜（4）相应监测位置发送近红外探测光，近红外探测光入射至白菜（4）相应监测位置后，从白菜（4）相应监测位置出射的近红外探测光依次由糖度测量探头（3）和导光玻璃纤维束（2）原路返回至嵌入式主板（1）；近红外探测光包括两种波长的光，其中，一种波长的光作为测量光，另一种波长的光作为参考光；嵌入式主板（1）用于对从白菜（4）相应监测位置出射的近红外探测光中的参考光和测量光进行处理，从而获得白菜（4）相应监测位置的糖度；还用于将白菜（4）相应监测位置的糖度通过无线网络天线（10）传输至云平台。2.根据权利要求1所述的白菜糖度在线监测装置，其特征在于，嵌入式主板（1）用于对从白菜（4）相应监测位置出射的近红外探测光中的参考光和测量光进行处理，从而获得白菜（4）相应监测位置的糖度的实现方式为：首先、对从白菜（4）相应监测位置出射的近红外探测光中的参考光和测量光进行光电转化后，分别获得测量光强度和参考光强度；其次、对测量光强度与参考光强度的比值取对数，获得比值结果；再次、根据比值结果M与预设糖度标定曲线间的对应关系，获得该比值结果M所对应的糖度；其中，预设糖度标定曲线上的每个点横、纵坐标分别为比值结果M的值和该比值结果M的值所对应的糖度。3.根据权利要求1所述的白菜糖度在线监测装置，其特征在于，嵌入式主板（1）包括控制器（11）、驱动电路（12）、近红外LED光源（13）、光路耦合分束模块（14）、测量光探测转换电路（15）、参考光探测转换电路（16）；控制器（11）通过驱动电路（12）对近红外LED光源（13）进行驱动控制，使近红外LED光源（13）生成的一束近红外探测光送至光路耦合分束模块（14）进行分束后，送至相应的糖度测
量探头（3）；光路耦合分束模块（14）还用于对糖度测量探头（3）所接收的从相应探测位置出射的近红外探测光中的测量光和参考光进行分离，将测量光送至测量光探测转换电路（15）进行光电转化后，获得的测量光强度送至控制器（11），同时还将参考光送至参考光探测转换电路（16）进行光电转化后，获得的参考光强度送至控制器（11）；控制器（11）还用于根据从相应探测位置出射的近红外探测光中的测量光强度和参考光强度，获得相应探测位置的糖度。4.根据权利要求3所述的白菜糖度在线监测装置，其特征在于，控制器（11）还用于根据从相应探测位置出射的近红外探测光中的测量光强度和参考光强度，获得相应探测位置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕雨泽，刘勇，凌宏志，刘玉峰，刘如毅，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：