专利名称：一种植物测微自动化灌溉仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微位移测量和灌溉仪设计领域，特别涉及一种植物测微自动化灌 溉仪。
背景技术：
植物测微技术是对反映植物生长状态的茎干直径或果实线度进行实时持续地高 精度测量，然后对测量记录进行分析，得出植物生长的各类生理参数，从而研究同种植物一 个时间段的生长情况和影响不同植物生长的因素和条件。随着智能化电子产品的逐渐发 展，这种技术也开始得到越来越多的关注。目前现有的灌溉仪指导方法有水分平衡法、水分张力测量法等，基本是根据土壤 的湿度与气候条件来决定是否进行灌溉，这类方法不能准确全面地反映土壤的干旱状况， 比如，在植物根部所在区域不同时，测量出来的土壤的湿度可能有很大的差别，从而导致灌 溉仪做出错误的判断。因此，考虑将植物测微技术应用于灌溉领域具有很大的理论和实用价值。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种植物测微自动 化灌溉仪，其检测准确、使用方便。本实用新型的目的通过以下的技术方案实现一种植物测微自动化灌溉仪，包括 控制装置、计算机、电源、LVDT传感器、信号变送器和AD转换器，计算机、电源和AD转换器 均通过接口与控制装置相连，电源通过电源接口对控制装置、计算机供电，多组LVDT传感 器与信号变送器分别一一对应连接，各个信号变送器分别与AD转换器相连，各个LVDT传感 器设置于各株植物的茎干处，控制装置与外界水泵电机通过用于控制水泵电机开闭的装置 连接。作为优选，所述控制装置以单片机为核心，定时采集数据，并将数据保存至计算机 中。所述AD转换器与1-8个信号变送器连接。所述LVDT传感器测量范围在0-10毫米时，最小分辨率为10微米。所述电源为220V交流供电或蓄电池供电。所述计算机和控制装置之间的通讯接口采用RS232接口。所述计算机采用基于RAM9的嵌入式计算机。所述用于控制水泵电机开闭的装置为接触器或固态继电器。本实用新型的基本原理是生长期植物器官体积或茎干直径随时间日周期变化， 通过测量这种变化并分析得出植物生长的生理参数可以判断植物是否处于干旱状态。首 先，将多个LVDT传感器分别设置于多株植物茎干处，当植物生长变化时，会使LVDT传感器 内的铁心产生一个位移，从而输出一个电压信号至信号变送器，信号变送器通过接口将该电压信号传送至AD转换器，AD转换器将接收到的多个测量通道传来的数据传送至控制装 置，控制装置将数据保存到电子硬盘中，并分析得出植物生长的生理参数，再与设置的植物 生长生理参数的临界值进行比对，来判断植物是否处于干旱状态，如果处于干旱状态则发 出浇灌指令至用于控制水泵电机开闭的装置，开启水泵电机，实现灌溉。同时可在计算机中 查看和分析植物生长情况。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1、本实用新型通过直接测量植物茎干直径来实现自动灌溉，既包含了气候条件的 水分平衡法，又包含了土壤水分状况的土壤水势法，能精确地反应植物自身对水分需求。2、本实用新型采用LVDT传感器和AD698芯片相结合实现变送功能，测量精度高。3、本实用新型将植物测微技术应用于灌溉领域，具有很大的理论和实用价值。
图1是正常生长期植物的茎干直径随时间日周期的变化示意图；图2是本实用新型结构示意图；图3是本实用新型中LVDT传感器测量原理图；图4是本实用新型中信号变送器结构原理图；图5是本实用新型中自动灌溉控制外接电路的原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施 方式不限于此。实施例1如图1所示，植物茎干的直径随着时间日周期发生变化，图中两个峰值或谷值之 间的时间间隔为M小时。由于白天植物叶片水分的蒸腾大于根的吸收，植物体内水流失， 所以植物茎干直径变小；夜间植物叶片水分的蒸腾小于根的吸收，植物茎干直径变大。正常 生长期的植物，其茎干直径随时间呈波浪状增大，即第二天的峰值大于第一天的峰值，但在 干旱状态下，即使在土壤其它条件(环境温度、空气湿度、光照、土壤中的养分等)不变的情 况下，由于植物体内白天被流失的水分在晚上得不到及时补充，会导致植物茎干直径不能 按时恢复，甚至随时间呈波浪状变小。所以通过测量如图中所示的植物器官线度的日净增 长量(DG)，植物器官线度日完全复原所需时间(RT)，植物器官线度日最大收缩量(MDS)等 生理参数即可判断植物是否处于干旱状态。本实用新型即是根据这一原理来实现自动灌溉 的。如图2所示，本实用新型根据上述原理设计的一种植物测微自动化灌溉仪，包括 控制装置、计算机、电源、LVDT传感器、信号变送器和AD转换器，计算机、电源和AD转换器 均通过接口与控制装置相连，电源通过电源接口对控制装置、计算机供电，多组LVDT传感 器与信号变送器分别一一对应连接，各个信号变送器分别与AD转换器相连，各个LVDT传感 器设置于各株植物的茎干处，控制装置与外界水泵电机通过用于控制水泵电机开闭的装置 连接。所述控制装置以单片机为核心，定时采集数据，并将数据保存至计算机中。[0029]所述AD转换器与8个信号变送器连接。所述电源为220V交流供电。所述计算机和控制装置之间的通讯接口采用RS232接口。所述计算机采用基于RAM9的嵌入式计算机。所述LVDT传感器测量范围在0 10毫米时，最小分辨率为10微米。如图3所示，图中的圆圈是植物茎干的剖面，植物茎干以左边的虚线为固定端， LVDT以右边的虚线为固定端。植物茎干直径收缩或膨胀，将推动铁心位置移动，导致差动变 压器的输出电压变化。即变压器的输出电压变化直接反映了茎干直径的变化。如图4所示，本实施例中采用AD698芯片来实现信号变送功能，AD698芯片内部 晶振和参考电压源及外部元件组成正弦输出源，经放大器放大输出频率和电压恒定的正弦 波，送到LVDT的原边，同时送到B运放，LVDT的差动输出电压送到A运放，进行比值放大， 整形、滤波后变为直流输出，这样消除了频率和幅度变化的影响。如图5所示，所述用于控制水泵电机开闭的装置为接触器。当控制装置根据植物 器官线度的日净增长量，植物器官线度日完全复原所需时间，植物器官线度日最大收缩量 等生理参数的临界值发出需要灌溉的指令后，会打开接触器，接通线路，然后控制水泵电机 开始工作，完成灌溉。本实用新型的基本原理是生长期植物器官体积或茎干直径随时间日周期变化， 通过测量这种变化并分析得出植物生长的生理参数可以判断植物是否处于干旱状态。首 先，将多个LVDT传感器分别设置于多株植物茎干处，当植物生长变化时，会使LVDT传感器 内的铁心产生一个位移，从而输出一个电压信号至信号变送器，信号变送器通过接口将该 电压信号传送至AD转换器，AD转换器将接收到的多个测量通道传来的数据传送至控制装 置，控制装置将数据保存到电子硬盘中，并分析得出植物生长的生理参数，再与设置的植物 生长生理参数的临界值进行比对，来判断植物是否处于干旱状态，如果处于干旱状态则发 出浇灌指令至用于控制水泵电机开闭的装置，开启水泵电机，实现灌溉。同时可在计算机中 查看和分析植物生长情况。实施例2本实施例除下述特征外其他结构同实施例1 所述AD转换器与1个信号变送器连接。所述电源为蓄电池供电。 所述用于控制水泵电机开闭的装置为固态继电器。实施例3本实施例除下述特征外其他结构同实施例1 所述AD转换器与2个信号变送器连接。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种植物测微自动化灌溉仪，其特征在于，包括控制装置、计算机、电源、LVDT传感 器、信号变送器和AD转换器，计算机、电源和AD转换器均通过接口与控制装置相连，电源通 过电源接口对控制装置、计算机供电，多组LVDT传感器与信号变送器分别一一对应连接， 各个信号变送器分别与AD转换器相连，各个LVDT传感器设置于各株植物的茎干处，控制装 置与外界水泵电机通过用于控制水泵电机开闭的装置连接。
2.根据权利要求1所述的植物测微自动化灌溉仪，其特征在于，所述控制装置以单片 机为核心，定时采集数据，并将数据保存至计算机中。
3.根据权利要求1所述的植物测微自动化灌溉仪，其特征在于，所述LVDT传感器测量 范围在0 10毫米时，最小分辨率为10微米。
4.根据权利要求1所述的植物测微自动化灌溉仪，其特征在于，所述电源为220V交流 供电或蓄电池供电。
5.根据权利要求2所述的植物测微自动化灌溉仪，其特征在于，所述计算机和控制装 置之间的通讯接口采用RS232接口。
6.根据权利要求5所述的植物测微自动化灌溉仪，其特征在于，所述计算机采用基于 RAM9的嵌入式计算机。
7.根据权利要求1所述的植物测微自动化灌溉仪，其特征在于，所述用于控制水泵电 机开闭的装置为接触器或固态继电器。
8.根据权利要求1所述的植物测微自动化灌溉仪，其特征在于，所述AD转换器与1-8 个信号变送器连接。
专利摘要本实用新型提供一种植物测微自动化灌溉仪，包括控制装置、计算机、电源、LVDT传感器、信号变送器和AD转换器，计算机、电源和AD转换器均通过接口与控制装置相连，电源通过电源接口对控制装置、计算机供电，多组LVDT传感器与信号变送器分别一一对应连接，各个信号变送器分别与AD转换器相连，各个LVDT传感器设置于各株植物的茎干处，控制装置与外界水泵电机通过用于控制水泵电机开闭的装置连接。本实用新型采用植物生长的生理参数作为进行自动灌溉的指标，且装置中采用LVDT传感器和AD698芯片相结合实现变送功能，测量精度高。本实用新型将植物测微技术应用于灌溉领域，具有很大的理论和实用价值。
文档编号A01G25/16GK201898768SQ201020614700
公开日2011年7月20日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者夏小鹏, 彭同明, 李绍华, 李绍新, 桂绍勇 申请人:中国科学院植物研究所, 华南理工大学, 武汉电力职业技术学院