基于归一化植被差异指数的无线氮素营养检测仪制造技术

一种基于归一化植被差异指数的无线氮素营养检测仪，包括一组用于测定子结点植物光谱的光电信号探测器，一对接收数据分析处理的归一化植被差异指数数据采集处理模块，一操作控制模块，一U盘存储模块，一对相互无线通讯的ZigBee无线通信模块；各光电信号探测器的输出经信号放大电路及模数转换单元送入归一化植被差异指数数据采集处理模块的信号输入端；操作控制模块及U盘存储模块与归一化植被差异指数数据采集处理模块连接；归一化植被差异指数数据采集处理模块的输出端经数据交换接口与ZigBee终端节点无线通信模块的数据口连接；一供电模块为各单元提供工作电压。用其测得的数据可为科研人员评估不同区域农作物长势及氮肥吸收情况提供了数据基础。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于无线光学仪器领域，特别涉及一种能够测量归一化植被差异指数并且进行无线数据传输的仪器。
技术介绍
氮素主要是促进植物根、茎、叶的个体生长，是形成一定品质产品的首要营养元素，对作物产量的形成和品质有非常大的影响。缺氮时会引起叶绿素含量下降，使叶片绿色转淡，严重时呈淡黄色。失绿的叶片色泽均一，一般不出现斑点或花斑。叶细而直，与茎的夹角小，并且茎的绿色也会因缺氮而褪淡。由于氮在植物体内有高度的移动性，能从老叶转移到幼叶，因而缺氮症状从老叶开始，逐渐扩展到上部叶片。氮素过多则会导致叶面积增大， 叶色深绿，叶片披散，相互遮掩，影响通风透光，造成贪青迟熟，空秕粒多，产量降低，品质下降等。因而氮素诊断技术的研究非常重要。归一化植被差异指数是遥感监测地面植物生长和分布的一种方法。当遥感器测量地面反射光谱时，不仅测得地面植物的反射光谱，还测得土壤的反射光谱。当光照射在植物上时，近红外波段的光大部分被植物反射回来，可见光波段的光则大部分被植物吸收，通过对近红外光和红光波段反射率的线性或非线性组合，可以消除土壤光谱的影响，得到的特征指数称为归一化植被差异指数。美国俄克拉荷马州立大学Dr. Marvin Stone等人用便携式光纤光谱仪测量光谱反射率的方法，开展了用NDVI来获取氮利用率NUEfcitrogen use efficiency)和氮肥需要量的研究，并取得成果。归一化植被差异指数NDVI定义为R -RNDVI = IR RRIR + RR( 1 )式中为某红外光特征波长处的植被反射率，Re为某红光特征波长处植被的反射率。许多学者通过各种统计方法来寻求含氮量与光谱反射率或其衍生量的关系，并建立模型来估算作物的氮素含量。在含氮量与光谱反射率关系的理论研究基础上，科学家尝试用理论来指导变量施肥。无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是近年发展迅速的现代信息技术，它由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。与传统网络相比，WSN是一种以数据为中心的自组织无线网络，集成了监测、控制以及无线通信，具有可快速临时组网、网络拓扑结构可动态变化、抗毁性强、无需架设网络基础设施，无通信费用等诱人的特点。基于以上特点，WSN技术在农业领域也得到越来越广泛的应用。ZigBee是目前众多无线传感器网络技术中的一种主要技术， 它是一种近距离、低功耗、低成本、高可靠性的无线传感器网络技术。因此，开发基于ZigBee 的归一化植被差异指数的无线氮素营养检测仪，它能够将测量的NDVI数值通过ZigBee无线网络进行传输并集中监控和管理，并可提供语音功能进行辅助管理。系统的语音报警功能使用户能够及早而且准确地发现问题，采取有效措施根据作物需要改善土壤养份从而提高农作物的产量。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于归一化植被差异指数的无线氮素营养检测仪， 借助其可实现测试出测定点归一化植被差异指数并进行无线发送，能够对测试出的归一化植被差异指数进行存储，分析，处理并给出生产指导建议。为实现上述目的，本技术采用了如下的技术方案一种基于归一化植被差异指数的无线氮素营养检测仪，其由NDVI数据采集的终端节点单元和接收ZigBee无线数据传输的协调器控制端单元两部分组成；其中，所述NDVI数据采集的终端节点单元包括一组光电信号探测器，用于测得各测定子结点植物的光谱；一归一化植被差异指数数据采集处理模块，用于采集测定点的NDVI值，对接收的数据分析处理并输出控制；一操作控制模块，用于接收并执行操作命令；一 U盘存储模块，用于存储采集到的NDVI数据值；一 ZigBee终端节点无线通信模块，用来将采集到的NDVI数据通过无线网络发送到协调器端；所述各光电信号探测器的输出经信号放大电路及模数转换单元送入归一化植被差异指数数据采集处理模块的信号输入端；所述操作控制模块及U盘存储模块与归一化植被差异指数数据采集处理模块的输出控制端连接；所述的归一化植被差异指数数据采集处理模块的输出端经数据交换接口与ZigBee终端节点无线通信模块的数据口连接；一终端节点单元供电模块，为终端节点各单元提供工作电压；所述接收ZigBee无线数据传输的协调器控制端单元包括一 ZigBee协调器无线通信模块，用来接收并汇集各测定子结点采集的NDVI数值， 与ZigBee终端节点无线通信模块无线通讯；用于采集、分析和处理NDVI数值的主机，通过数据接口与所述ZigBee协调器节点连接；一协调器供电模块，为协调器各单元提供工作电压。还可包括有用于显示NDVI信息的IXD液晶显示屏，其输入端与ZigBee协调器无线通信模块相连。亦可包括用于语音提示指导生产的真人语音发音模块，其输入端与 ZigBee协调器无线通信模块相连。所述的归一化植被差异指数数据采集处理模块采用单片机ARM微处理器。所述的一组光电信号探测器至少有4个，其中，一个为红光入射光信号探测器，另一个为红外植被反射光信号探测器，又一个为红外入射光信号探测器，再一个为红光植被反射光信号探测器。本技术通过一些实施例实现了归一化植被差异指数数据的采集与存储以及无线发送，为科研人员评估不同区域农作物长势及氮肥吸收情况提供了数据基础。本技术的优点是该测试仪操作简单，便于携带，可在野外使用，结构简单，功能丰富。附图说明图1为本技术基于归一化植被差异指数的无线氮素营养检测仪一实施例构成原理示意图。图2为本技术显示模块一实施例的电路原理图。图3为本技术U盘存储模块一实施例电路原理图。图4为本技术实施例的供电模块一实施例电路原理图。下面通过附图和实施例对本技术的技术方案做进一步详细描述。具体实施方式参见图1，本技术基于归一化植被差异指数的无线氮素营养检测仪由两大部分组成，一部分是NDVI数据采集的终端节点100，一部分是接收ZigBee无线数据传输的协调器控制端200。其中，所述的NDVI数据采集的终端节点100包括一组用于测各测定子结点植物光谱的光电信号探测器7、8、9和10，该组光电信号探测器的输出经信号放大电路5及模数转换单元6接归一化植被差异指数数据采集处理模块1的信号输入端；归一化植被差异指数数据采集处理模块1用于采集测定点的NDVI值并对接收的数据分析处理并输出控制；用于接收并执行操作命令的操作控制模块11和用于存储采集到的NDVI数据值的U盘存储模块12分别与归一化植被差异指数数据采集处理模块的输出控制端连接；一 ZigBee终端节点无线通信模块4，用来将采集到的NDVI数据通过无线网络发送到协调器端；所述的归一化植被差异指数数据采集处理模块的输出端经数据交换接口 3与ZigBee终端节点无线通信模块4的数据口连接；终端节点单元供电模块13为终端节点各单元提供工作电压。所述接收ZigBee无线数据传输的协调器控制端单元200包括一 ZigBee协调器无线通信模块21，用来接收并汇集各测定子结点采集的NDVI数值，与ZigBee终端节点无线通信模块4相互无线通讯；用于采集、分析和处理NDVI数值的主机22本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于归一化植被差异指数的无线氮素营养检测仪，其特征在于：其由ＮＤＶＩ数据采集的终端节点单元和接收ＺｉｇＢｅｅ无线数据传输的协调器控制端单元两部分组成；其中，所述ＮＤＶＩ数据采集的终端节点单元包括：一组光电信号探测器，用于测得各测定子结点植物的光谱；一归一化植被差异指数数据采集处理模块，用于采集测定点的ＮＤＶＩ值，对接收的数据分析处理并输出控制；一操作控制模块，用于接收并执行操作命令；一Ｕ盘存储模块，用于存储采集到的ＮＤＶＩ数据值；一ＺｉｇＢｅｅ终端节点无线通信模块，用来将采集到的ＮＤＶＩ数据通过无线网络发送到协调器端；所述各光电信号探测器的输出经信号放大电路及模数转换单元接归一化植被差异指数数据采集处理模块的信号输入端；所述操作控制模块及Ｕ盘存储模块与归一化植被差异指数数据采集处理模块的输出控制端连接；所述的归一化植被差异指数数据采集处理模块的输出端经数据交换接口与ＺｉｇＢｅｅ终端节点无线通信模块的数据口连接；一终端节点单元供电模块，为终端节点各单元提供工作电压；所述接收ＺｉｇＢｅｅ无线数据传输的协调器控制端单元包括：一ＺｉｇＢｅｅ协调器无线通信模块，用来接收并汇集各测定子结点采集的ＮＤＶＩ数值，与ＺｉｇＢｅｅ终端节点无线通信模块无线通讯；用于采集、分析和处理ＮＤＶＩ数值的主机，通过数据接口与所述ＺｉｇＢｅｅ协调器节点连接；一协调器供电模块，为协调器各单元提供工作电压。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴松，杨玮，龙智强，李娇，张栋，董明明，
申请(专利权)人：北京京鹏润和农业科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11