一种基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统，具体涉及物联网监测管控技术领域，包括摄像监控甘蔗生长状态模块是在种植甘蔗的田间安装全景摄像头，利用图像传感器实时监控甘蔗生长周期状态及获取甘蔗苗所处生长环境的图像信息，并根据时间阶段生成周期性记录情况，用于监控甘蔗的生长状态信息；本发明专利技术具体通过采用摄像监控甘蔗生长状态模块、甘蔗根系土壤水分检测模块和温控浇灌光源控制模块的物理设备进行土壤水分检测计算、监控甘蔗发育周期阶段及补充土壤水分的智能机械一体化服务，实现了实时监测土壤水分的同时，能够建立甘蔗发育模型进行智能计算控制灌溉土壤的功能。溉土壤的功能。溉土壤的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统


[0001]本专利技术涉及物联网监测管控
，更具体地说，本专利技术涉及一种基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统。

技术介绍

[0002]我国是农业大国，种植农作物长出丰硕的果实是回报农民辛劳的最佳成果，随着科学技术的成熟发展，结合物联网技术和现代化智能科技设备，让种植农作物更加科学，环保及智能化服务，提高农作物的产量。甘蔗是世界上最重要的糖料和能源作物，我国是产蔗大国，在我国广西是重要的糖料蔗生产基地，占全国60％左右，甘蔗在种植过程中喜光喜湿，光照时间长，土壤肥沃、水分含量足，温度温暖，则种植的甘蔗根系吸收水分和土壤养分，能够健康生长，具有产量高、品质好等特点，因此，采用物联网的甘蔗根系土壤水分的监测在甘蔗生长周期的各个阶段尤为重要。
[0003]现有的基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统是种植甘蔗的农民采用水分检测器，去种植甘蔗根系土壤中检测土壤含水量，并根据检测数据，人为的采取灌溉和施肥，经验论种植甘蔗，结合物联网技术，通过把采集的阶段性土壤水分含量数据上传到计算机中，进行智能计算和阶段监测调节，具有优化控制水分的作用，提高甘蔗产量；但是，现有的基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统存在监测系统的不完善，水分监测分析的智能化处理灌溉技术不是一体化，导致影响甘蔗生长状态及耗时耗成本的问题；以及存在物联网技术下的智能化管控种植甘蔗根系水分监测力度薄弱的问题。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供一种基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统，通过采用摄像监控甘蔗生长状态模块、甘蔗根系土壤水分检测模块和温控浇灌光源控制模块的物理设备，利用物联网的无线通信技术，结合计算机构成基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统，实现了实时监测土壤水分的同时，能够建立甘蔗发育模型进行智能计算控制灌溉土壤的功能，实现了系统一体化，服务全面化的特点，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统，包括摄像监控甘蔗生长状态模块是在种植甘蔗的田间安装全景摄像头，利用图像传感器实时监控甘蔗生长周期状态及获取甘蔗苗所处生长环境的图像信息，并根据时间阶段生成周期性记录情况，用于监控甘蔗的生长状态信息，经过无线网络通信传输到计算机中建立模拟发育模型的原数据；甘蔗根系土壤水分检测模块是采用智能土壤水分检测仪，将测水探头插入甘蔗根系土壤中，检测不同深度的含水量进行分析，并将测量的数据信息经过数字化转换处理经过无线网络通信传输到计算机中进行信息的反馈；物联网通信模块是将智能监测设备通过无线网络通信技术连接到远程计算机中进行数据信号的传输、建模计算、处理及管控；远程计算机收发信号处理模块是通过物联网通信模块提供的无线
网络通信技术，接收甘蔗智能监测设备采集的数据信息并进行数据处理；可视化数据管控模块是利用计算机的显示屏，将采集的数据信息经过仿真软件建立可视化模型，并根据甘蔗生长需要的水分、温度及光照时间的参数进行智能化管控，反馈甘蔗真实生长状态的同时对参数进行优化控制，自适应下达指令调节甘蔗生长环境；温控浇灌光源控制模块是由无人机及照明灯设备组成，通过无线网络接收可视化数据管控模块发出的指令，采取灌溉、调温及照明时长的方法对甘蔗进行生长控制。
[0006]在一个优选地实施方式中，所述摄像监控甘蔗生长状态模块包括有智能摄像监控单元、甘蔗生长周期智能记录仪单元及甘蔗生长环境状态监控单元，所述智能摄像监控单元是由高清全景摄像机组作为监控前端，采集甘蔗生长状态图像数据信息；所述甘蔗生长周期智能记录仪单元是按照甘蔗生长周期阶段进行编辑时间段，将智能摄像监控单元采集的图像信息进行时间段的划分、存储，分别记录不同周期阶段的甘蔗生长状态；所述甘蔗生长环境状态监控单元是将智能摄像监控单元中采集的全景图像信息，除去甘蔗生长状态图像数据信息，将采集到的天气环境状态图像信息进行提取，透过采集环境状态的图像分析、判断甘蔗生长的天气环境信息。
[0007]在一个优选地实施方式中，所述甘蔗根系土壤水分检测模块是由智能土壤水分检测仪连接无线网络组成的，所述智能土壤水分检测仪是采用频域反射原理，通过发射定义好的频率电磁波，然后电磁波沿着探头传输底部与顶部，检测探头输出的电压，根据甘蔗根系土壤介电常数的变化结合电压数值计算土壤含水量；智能土壤水分检测仪包括有水活性探头检测单元、梯度分析单元及数字化处理单元，所述水活性探头检测单元是利用智能土壤水分检测仪的金属传感器，将其插入到土壤中，检测不同深度土壤的含水量；所述梯度分析单元是将水活性探头检测单元的传感器检测不同深度的电压值进行梯度排列，分别计算不同深度的含水量，得出计算结果进行数据分析；所述数字化处理单元是将水活性探头检测单元的传感器检测的电信号经过A/D转换器转换成数字信号，并将数字信号经过串口协议连接传输到计算机内。
[0008]在一个优选地实施方式中，所述物联网通信模块包括有ZigBee无线通信单元和接口协议单元，所述ZigBee无线通信单元是支持无线通信技术的无线网上协议，用于架构物联网平台，将物理设备通过无线传感通信技术整合成通信系统，ZigBee由若干个传感器相互协调通信，其底层是采用IEEE802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层，具有低速度、低成本、低功耗及安全可靠的特点；所述接口协议单元是高级ZigBee通信协议，用于约束了网路的无线协议、通讯协议、安全协议和应用需求方面的标准，ZigBee协议是分层结构，其结构分为物理层、MAC层、网络安全层及应用支持层，其中，物理层是与物理设备进行信息交互，提供数据的接口，为MAC层提供了服务；MAC层是负责不同设备之间无线数据链路的建立，维护，结束，确认的数据传送和接收；网络安全层是保证了数据的传输和完整性，同时可对数据进行加密处理；应用支持层是与摄像机组、土壤水分检测仪、无人机及照明灯的器件之间进行通信。
[0009]在一个优选地实施方式中，所述远程计算机收发信号处理模块包括有信号接收器单元、信号预处理单元、构建甘蔗发育期模拟模型单元及模型计算再处理单元，所述信号接收器单元是计算机中从无线网络的信号通道中接收其它模块传输的数据信息，经过译码器处理转换成源信号存储在储存器中；所述信号预处理单元是读取信号接收器单元中存储的
数据信号，并将信号进行去噪、清洗及提取的预处理过程，得到计算机处理器可用的图像信号和数字信号数据；所述构建甘蔗发育期模拟模型单元是根据信号预处理单元预处理后的数据信息，在计算机上安装仿真软件启动仿真功能，导入预处理后的数据信息，建立虚拟的甘蔗发育期模拟模型，并根据仿真模型中甘蔗生产状态参数进行理论化培养，智能调控参数变量，提高甘蔗生长质量，其中，生产状态参数包括有生长周期阶段、对应的生长温度、光照时间及根系土壤含水量，生长周期阶段分为发芽期、幼苗期、分蘖期、伸长期及成熟期；对应的生长温度是喜欢生长在中亚热带、南亚热带和热带季风气候，年积温在5000℃
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统，其特征在于：包括摄像监控甘蔗生长状态模块是在种植甘蔗的田间安装全景摄像头，利用图像传感器实时监控甘蔗生长周期状态及获取甘蔗苗所处生长环境的图像信息，并根据时间阶段生成周期性记录情况；甘蔗根系土壤水分检测模块是采用智能土壤水分检测仪，将测水探头插入甘蔗根系土壤中，检测不同深度的含水量进行分析；物联网通信模块是将智能监测设备通过无线网络通信技术连接到远程计算机中进行数据信号的传输、建模计算、处理及管控；远程计算机收发信号处理模块是接收甘蔗智能监测设备采集的数据信息并进行数据处理；可视化数据管控模块是利用计算机的显示屏，将采集的数据信息经过仿真软件建立可视化模型，并根据甘蔗生长需要的水分、温度及光照时间的参数进行智能化管控；温控浇灌光源控制模块是通过无线网络接收可视化数据管控模块发出的指令，采取灌溉、调温及照明时长的方法对甘蔗进行生长控制。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统，其特征在于：所述摄像监控甘蔗生长状态模块包括有智能摄像监控单元、甘蔗生长周期智能记录仪单元及甘蔗生长环境状态监控单元，所述智能摄像监控单元是采集甘蔗生长状态图像数据信息；所述甘蔗生长周期智能记录仪单元是按照甘蔗生长周期阶段进行编辑时间段，将智能摄像监控单元采集的图像信息进行时间段的划分、存储，分别记录不同周期阶段的甘蔗生长状态；所述甘蔗生长环境状态监控单元是将智能摄像监控单元中采集的全景图像信息，将采集到的天气环境状态图像信息进行提取，透过采集环境状态的图像分析、判断甘蔗生长的天气环境信息。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统，其特征在于：所述甘蔗根系土壤水分检测模块是由智能土壤水分检测仪连接无线网络组成的，所述智能土壤水分检测仪是采用频域反射原理，通过发射定义好的频率电磁波，然后电磁波沿着探头传输底部与顶部，检测探头输出的电压，根据甘蔗根系土壤介电常数的变化结合电压数值计算土壤含水量；智能土壤水分检测仪包括有水活性探头检测单元、梯度分析单元及数字化处理单元，所述水活性探头检测单元是检测不同深度土壤的含水量；所述梯度分析单元是计算不同深度的含水量，得出计算结果进行数据分析；所述数字化处理单元是将水活性探头检测单元的传感器检测的电信号经过A/D转换器转换成数字信号。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的甘蔗根系土壤水分的监测系统，其特征在于：所述物联网通信模块包括有ZigBee无线通信单元和接口协议单元，所述ZigBee无线通信单元是支持无线通信技术的无线网上协议，用于架构物联网平台，将物理设备通过无线传感通信技术整合成通信系统；所述接口协议单...

【专利技术属性】
技术研发人员：农泽梅，吕平，卢业飞，欧克纬，周全光，庞新华，朱鹏锦，宋奇琦，程琴，谭秦亮，李佳慧，张宇，
申请(专利权)人：广西壮族自治区亚热带作物研究所广西亚热带农产品加工研究所，
类型：发明
国别省市：