一种作物冠层温度与土壤墒情数据监测系统及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统及其应用，其特征在于：它包括电源管理单元、微处理器、多路复用开关、数据采集单元、模数转换器、数据存储单元、人机交互单元和通信单元；电源管理单元为微处理器和数据采集单元供电，数据采集单元将采集到的作物冠层温度与土壤墒情模拟信号通过多路复用开关传输至模数转换器，模数转换器将数字信号传输至微处理器；微处理器将带工程单位的数据分别传输至数据存储单元和人机交互单元；通过人机交互单元向微处理器输入运行配置参数，微处理器的运行状态通过人机交互单元显示；微处理器控制数据存储单元将存储的数据通过通信单元传输至服务器，并通过通信单元接收服务器发出的测量控制信号。
【专利说明】一种作物冠层温度与土壤墒情数据监测系统及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种数据监测系统及其应用，特别是关于一种作物冠层温度和土壤墒 情数据监测系统及其应用。
【背景技术】
[0002] 随着水资源短缺和降雨空间分布不均的日益严重，以及劳动力成本的上升和生态 环境压力的剧增，灌区农田灌溉和管理必须向集约化、自动化和精量化的方向发展，以可持 续的发展方式以及人水和谐的生产方式为保障，实现节水型灌区的信息采集实时化、灌溉 管理智能化、灌溉决策智慧化。作物需水信息的实时采集和精量灌溉决策，是现代精良管理 农业的一部分，以精确达到农田作物灌溉的适时和适量为研究目标，为水资源的合理利用 和农业、环境、资源的可持续发展提供坚实理论和基础。精量控制灌溉试验的目的是通过对 作物生理生态和土壤水分状况以及田间小气候的观测和监测，对作物的生长状况进行综合 分析，真实反映作物需水程度来实现灌溉的"适时"和"适量"。
[0003] 在农田灌溉管理中，用于灌溉决策的定量指标一般有三种：1)根据农田土壤水分 状况确定灌溉时间和水量；2)根据作物对水分亏缺的生理反应信息确定是否需要灌溉；3) 根据作物生长的小环境气象因素的变化确定灌溉的时间和作物的需水量，通过气象因素确 定作物的蒸腾蒸发量来进行灌溉决策。作物冠层红外温度可以反映农田作物蒸腾蒸发情 况，利用冠层-空气温度差（冠气温差，Tc-Ta)这一指标能够直观的进行缺水诊断。作物 根区土壤墒情是最直接反映农田作物可利用水分的指标，结合土壤特性参数可以确定灌溉 水量大小。以往在对田间作物灌溉管理时，人们多是关注于一个方面进行作物水分研究和 干旱诊断；在灌溉决策指标上，多数只是考虑了土壤-作物-大气系统中上述三者的某一个 因素或某两个因素进行理论研究。利用作物冠层红外温度和土壤墒情进行综合灌溉决策， 既能考虑作物对水分亏缺的直观反应，又能准确计算出补充灌溉量大小；是现代灌区灌溉 管理中能够达到节水、精量的一个重要的简捷方便和实用的方法。
[0004] 现代工业技术的高速发展，为农田试验观测提供了较高精度的测量设备和传感 器，如医疗级的红外探头常温下的测量精度可以达到±0. 1度、时域反射仪TDR的土壤水分 测量精度可达1 %。但是在实际应用中，由于田间观测手段的差异和不同步，可能造成数据 采集不连续、因观测人员不同引起主观数据误差等问题，因此灌溉管理和数据处理不能及 时、准确。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统 及其应用，本发明能够准确、连续地采集作物冠层温度和土壤墒情数据，从而为灌区综合灌 溉决策提供及时、准确的数据。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种作物冠层温度和土壤墒情数据 监测系统，其特征在于：它包括电源管理单元、微处理器、多路复用开关、数据采集单元、模 数转换器、数据存储单元、人机交互单元和通信单元；所述电源管理单元为所述微处理器和 数据采集单元供电，所述微处理器通过所述多路复用开关与所述数据采集单元连接，所述 数据采集单元将采集到的作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤的水分、温度和水势模 拟信号通过所述多路复用开关传输至所述模数转换器，所述模数转换器将模拟信号转换成 数字信号后传输至所述微处理器；所述微处理器将带工程单位的数据分别传输至所述数据 存储单元和人机交互单元进行存储和显示；通过所述人机交互单元向所述微处理器输入运 行配置参数，所述微处理器的运行状态通过所述人机交互单元显示；所述微处理器控制所 述数据存储单元将存储的带工程单位的数据通过所述通信单元传输至服务器，并通过所述 通信单元接收服务器发出的测量控制信号。
[0007] 所述微处理器、多路复用开关、模数转换器、数据存储单元、人机交互单元和通信 单元均设置在一数据处理箱中，所述数据处理箱设置在一立杆下部。
[0008] 所述电源管理单元包括太阳能电池板、蓄电池、充放电控制器和电源输出模块；所 述太阳能电池板设置在所述立杆顶端，所述蓄电池、充放电控制器和电源输出模块均设置 在一防护机箱中，所述防护机箱位于所述数据处理箱下端并设置在所述立杆上；所述太阳 能电池板和蓄电池均通过所述充放电控制器与所述电源输出模块连接，所述电源输出模块 与所述微处理器连接；所述太阳能电池板将太阳辐射能转化为电能，一部分电能通过所述 充放电控制器发送给所述电源输出模块，所述电源输出模块将电能转换成工作电压后分别 给所述微处理器和数据采集单元供电；另一部分电能通过所述充放电控制器给所述蓄电池 充电。
[0009] 所述电源输出模块转换输出的工作电压分别为3. 3V和12V，3. 3V电压给所述微处 理器供电，12V电压给所述数据采集单元供电。
[0010] 所述数据采集单元包括红外测温传感器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、土 壤温度传感器和土壤水势传感器；所述红外测温传感器设置在一与所述立杆垂直的横臂 一端，所述横臂的另一端位于所述太阳能电池板下方并固定设置在所述立杆上；所述空气 温湿度传感器设置在所述数据处理箱上部，所述土壤水分传感器、土壤温度传感器和土壤 水势传感器均设置在土壤中；所述红外测温传感器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、 土壤温度传感器和土壤水势传感器将采集到的作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖 面的水分、温度和水势的模拟信号通过导线传输至所述数据处理箱中，所述微处理器通过 控制所述多路复用开关依次将采集到的作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖面的水 分、温度和水势的模拟信号传输至所述模数转换器，所述模数转换器将接收到的模拟信号 转换成数字信号后传输至所述微处理器。
[0011] 所述数据采集单元采集到的模拟信号的范围为〇?2500mV。
[0012] 所述人机交互单元包括IXD显示模块和键盘模块，所述IXD显示模块和键盘模块 均与所述微处理器连接，所述LCD显示模块用于显示所述微处理器的运行状态信息和所述 数据采集单元采集到的包含作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖面的水分、温度和 水势的信息；通过所述键盘模块对所述微处理器的运行配置参数进行设置。
[0013] 所述通信单元中设置GPRS通信模块、USB通信模块和2. 4G无线短程通信模块中 的一种或多种，所述微处理器通过所述通信单元与服务器之间实现GPRS通信、USB通信或 2. 4G无线短程通信。
[0014] 一种所述作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统的应用，其特征在于：作物冠层 温度和土壤墒情数据监测系统监测到的作物冠层温度、空气温度和湿度以及包含土壤剖面 水分、温度和水势的土壤墒情数据的应用过程为：（1)数据采集与处理；红外测温传感器将 采集到的η个点的作物冠层温度模拟信号依次通过多路复用开关和模数转换器转换成数 字信号，并将数字信号传输至微处理器进行处理；微处理器采用预设程序自动剔除其中的 最大值和最小值，存储剩余η-2个作物冠层温度数据及其平均值并同时传输至服务器；土 壤水分传感器、土壤温度传感器和土壤水势传感器分别将采集的各层土壤剖面的水分含 量、温度和水势的模拟信号依次通过多路复用开关和模数转换器转换成数字信号，并将数 字信号传输至微处理器进行处理；微处理器直接存储接收到的数字信号，并采用预设程序 计算土壤表层至根层lm内的平均土壤含水量，计算结果传输至服务器；空气温湿度传感器 与红外测温传感器同步采集空气温度和湿度数据后，传输至微处理器进行存储并同时传输 至服务器进行处理；（2)多指标模糊综合灌溉决策；根据红外测温传感器、空气温湿度传感 器、土壤水分传感器、土壤温度传感器和土壤水势传感器采集的作物冠层温度、空气温度和 湿度以及土壤剖面的水分、温度和水势信息，服务器计算作物冠气温差和作物根层平均土 壤含水率，其具体过程为：①通过调用MATLAB程序的Fuzzy Logic工具箱⑶I，服务器根 据预设模糊规则产生的*. fis文件对作物冠气温差和作物根层平均土壤含水率进行模糊计 算；②根据所选择的作物类型、计算得到的作物冠气温差值和根层土壤平均含水率以及预 设的权重值，在服务器中唯一确定多指标模糊决策模型；③服务器根据多指标模糊决策模 型对干旱情况进行判断，并根据根层土壤平均含水率对需灌水量进行计算，实现对目标区 域的灌溉预报。
[0015] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了电源管理 单元、微处理器、多路复用开关、数据采集单元、模数转换器、数据存储单元、人机交互单元 和通信单元，微处理器通过通信单元接收服务器的测量控制信号，根据接收到的测量控制 信号，微处理器控制数据采集单元采集作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖面的水 分、温度和水势信号，并对采集到的模拟信号进行处理后传输至数据存储单元进行存储或 通过通信单元传输至服务器，因此本发明能够准确、连续地采集作物冠层温度和土壤墒情 数据。2、本发明由于采用太阳能电池板吸收太阳辐射能转化生成电能的方式给系统供电， 无需再田间布设电线，从而不影响耕作，因此本发明能够适应缺乏电源供应的野外环境，为 本发明大面积、远距离使用提供保障。3、本发明监测到的作物冠层温度、空气温度和湿度以 及土壤剖面的水分、温度和水势信息传输至服务器，经过模糊逻辑计算后可以用于灌区综 合灌溉决策，实现田间精量灌溉管理和控制，为灌溉管理的精量化和智能化提供数据支持。 基于以上优点，本发明可以广泛应用于田间农情监测与管理、农田精量灌溉决策与管理中。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统的功能结构示意图
[0017] 图2是本发明作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统中各部件的位置关系示意 图
[0018] 图3是本发明作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统的工作流程图
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0020] 如图1所示，本发明的作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统包括电源管理单元 1、微处理器2、多路复用开关3、数据采集单元4、模数转换器5、数据存储单元6、人机交互单 元7和通信单元8。其中，电源管理单元1为微处理器2和数据采集单元4供电。微处理器 2通过多路复用开关3与数据采集单元4连接，数据采集单元4将采集到的作物冠层温度、 空气温度和湿度以及土壤的水分、温度和水势等模拟信号通过多路复用开关3传输至模数 转换器5,模数转换器5将接收到的模拟信号转换成数字信号后传输至微处理器2。微处理 器2将接收到的数字信号转换为带工程单位的数据后分别传输至数据存储单元6和人机交 互单元7进行存储和显示。通过人机交互单元7向微处理器2输入运行配置参数，微处理 器2的运行状态通过人机交互单元7进行显示。微处理器2控制数据存储单元6将存储的 带工程单位的数据通过通信单元8传输至服务器（图中未示出），并通过通信单元8接收服 务器发出的测量控制信号。
[0021] 上述实施例中，如图2所示，微处理器2、多路复用开关3、模数转换器5、数据存储 单元6、人机交互单元7和通信单元8均设置在一数据处理箱9中，数据处理箱9设置在一 立杆10下部。
[0022] 上述实施例中，如图1所示，电源管理单元1包括太阳能电池板111、蓄电池112、 充放电控制器113和电源输出模块114。如图2所示，太阳能电池板111设置在立杆10顶 端，蓄电池112、充放电控制器113和电源输出模块114均设置在一防护机箱11中，防护机 箱11位于数据处理箱9下端并设置在立杆10上。太阳能电池板111和蓄电池112均通 过充放电控制器113与电源输出模块114连接，电源输出模块114与微处理器2连接。太 阳能电池板111通过吸收太阳光将太阳辐射能转化为电能，一部分电能通过充放电控制器 113发送给电源输出模块114,电源输出模块114将接收到的电能转换成工作电压后分别给 微处理器2和数据采集单元4供电；另一部分电能通过充放电控制器113给蓄电池112充 电，充放电控制器113用于保护蓄电池112不被过充电和过放电。
[0023] 上述实施例中，电源输出模块114转换输出的工作电压分别为3. 3V和12V。其中， 3. 3V电压给微处理器2供电，12V电压给数据采集单元4供电。
[0024] 上述实施例中，如图1所示，数据采集单元4包括红外测温传感器41、空气温湿度 传感器42、土壤水分传感器43、土壤温度传感器44和土壤水势传感器45。如图2所示，红 外测温传感器41设置在一与立杆10垂直的横臂12 -端，横臂12的另一端位于太阳能电池 板111下方并固定设置在立杆10上。空气温湿度传感器42设置在数据处理箱9上部。土 壤水分传感器43、土壤温度传感器44和土壤水势传感器45均设置在土壤中。红外测温传 感器41、空气温湿度传感器42、土壤水分传感器43、土壤温度传感器44和土壤水势传感器 45将采集到的作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖面的水分、温度和水势的模拟信 号通过导线传输至数据处理箱9中，数据处理箱9中的微处理器2通过控制多路复用开关 3依次将采集到的作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖面的水分、温度和水势的模拟 信号传输至模数转换器5,模数转换器5将接收到的模拟信号转换成数字信号后传输至微 处理器2。
[0025] 上述实施例中，数据采集单元4采集到的模拟信号的范围为0?2500mV。
[0026] 上述实施例中，人机交互单元7包括IXD显示模块71和键盘模块72, IXD显示模 块71和键盘模块72均与微处理器2连接，IXD显示模块71用于显示微处理器2的运行状 态信息和数据采集单元4采集到的包含作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖面的水 分、温度和水势等的信息。通过键盘模块72对微处理器2的运行配置参数进行设置。
[0027] 上述实施例中，通信单元8中设置GPRS (通用分组无线服务技术，General Packet Radio Service)通信模块81、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线）通信模块82和 2. 4G无线短程通信模块83中的一种或多种，微处理器2通过通信单元8与服务器（图中未 示出）之间实现GPRS通信、USB通信或2. 4G无线短程通信。
[0028] 如图3所示，本发明作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统的工作过程为：
[0029] 1)电源管理单元1给微处理器2供电后，微处理器2首先对是否通过通信单元 8接收到服务器的测量控制信号进行判断；如接收到服务器的测量控制信号，则执行步骤 2)，否则，对是否定时控制数据采集单元4采集相应信号进行判断；如果开始定时控制数据 采集单元4采集相应信号，则执行步骤2)，否则，继续对是否通过通信单元8接收到服务器 的测量控制信号进行判断。
[0030] 2)微处理器2通过多路复用开关3控制数据采集单元4中红外测温传感器41、空 气温湿度传感器42、土壤水分传感器43、土壤温度传感器44和土壤水势传感器45分别对 作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖面的水分、温度和水势信号进行采集。
[0031] 3)数据采集单元4采集到的模拟信号通过多路复用开关3传输至模数转换器5后 转换成数字信号，并传输至微处理器2。微处理器2将接收到的数字信号转换为带工程单位 的数据后传输至数据存储单元6进行存储，并通过通信单元8传输至服务器。
[0032] 4)微处理器2进入低功耗模式，并控制数据采集单元4停止采集相应信号。
[0033] 采用本发明作物冠层温度和土壤墒情数据的监测系统监测到的作物冠层温度、空 气温度和湿度以及包含土壤剖面水分、温度和水势信息的土壤墒情数据传输至服务器，经 过模糊逻辑计算后可以用于田间作物精量灌溉决策，其具体应用过程为：
[0034] (1)数据采集与处理；
[0035] 如图1所示，红外测温传感器41将采集到的η个点的作物冠层温度模拟信号依次 通过多路复用开关3和模数转换器5转换成数字信号，并将数字信号传输至微处理器2进 行处理。微处理器2采用预设程序自动剔除其中的最大值和最小值后，存储剩余η-2个作 物冠层温度数据和这η-2个作物冠层温度数据的平均值，并将η-2个作物冠层温度数据及 其平均值同时传输至服务器（图中未示出）进行处理。
[0036] 如图1所示，土壤水分传感器43、土壤温度传感器44和土壤水势传感器45分别将 采集的各层土壤剖面的水分含量、温度和水势的模拟信号依次通过多路复用开关3和模数 转换器5转换成数字信号，并将数字信号传输至微处理器2进行处理。微处理器2直接存 储接收到的数字信号，并采用预设程序计算土壤表层至根层lm内的平均土壤含水量，计算 结果传输至服务器（图中未示出）。
[0037] 如图1所示，空气温湿度传感器42与红外测温传感器41同步采集空气温度和湿 度数据，并传输至微处理器2进行存储，同时传输至服务器（图中未示出）。
[0038] (2)多指标模糊综合灌溉决策；
[0039] 根据红外测温传感器41、空气温湿度传感器42、土壤水分传感器43、土壤温度传 感器44和土壤水势传感器45采集的作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖面的水分、 温度和水势信息，服务器计算作物冠气温差和作物根层平均土壤含水率，其具体过程为：
[0040] ①通过调用 MATLAB 程序的 Fuzzy Logic 工具箱GUI (Graphical User Interface， 图形用户接口），服务器根据预设模糊规则的*. fis文件对作物冠气温差和作物根层平均土 壤含水率进行模糊计算。
[0041] ②根据所选择的作物类型、计算得到的作物冠气温差值和根层土壤平均含水率以 及预设的权重值，在服务器中唯一确定多指标模糊决策模型。
[0042] ③服务器根据多指标模糊决策模型对干旱情况（湿润、轻旱、干旱）进行判断，并 根据根层土壤平均含水率对需灌水量进行计算，实现对目标区域的灌溉预报。
[〇〇43] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和方法步骤等都 是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除 在本发明的保护范围之外。
【权利要求】
1. 一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统，其特征在于：它包括电源管理单元、 微处理器、多路复用开关、数据采集单元、模数转换器、数据存储单元、人机交互单元和通信 单元；所述电源管理单元为所述微处理器和数据采集单元供电，所述微处理器通过所述多 路复用开关与所述数据采集单元连接，所述数据采集单元将采集到的作物冠层温度、空气 温度和湿度以及土壤的水分、温度和水势模拟信号通过所述多路复用开关传输至所述模数 转换器，所述模数转换器将模拟信号转换成数字信号后传输至所述微处理器；所述微处理 器将带工程单位的数据分别传输至所述数据存储单元和人机交互单元进行存储和显示；通 过所述人机交互单元向所述微处理器输入运行配置参数，所述微处理器的运行状态通过所 述人机交互单元显示；所述微处理器控制所述数据存储单元将存储的带工程单位的数据通 过所述通信单元传输至服务器，并通过所述通信单元接收服务器发出的测量控制信号。
2. 如权利要求1所述的一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统，其特征在于：所 述微处理器、多路复用开关、模数转换器、数据存储单元、人机交互单元和通信单元均设置 在一数据处理箱中，所述数据处理箱设置在一立杆下部。
3. 如权利要求2所述的一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统，其特征在于：所 述电源管理单元包括太阳能电池板、蓄电池、充放电控制器和电源输出模块；所述太阳能电 池板设置在所述立杆顶端，所述蓄电池、充放电控制器和电源输出模块均设置在一防护机 箱中，所述防护机箱位于所述数据处理箱下端并设置在所述立杆上；所述太阳能电池板和 蓄电池均通过所述充放电控制器与所述电源输出模块连接，所述电源输出模块与所述微处 理器连接；所述太阳能电池板将太阳辐射能转化为电能，一部分电能通过所述充放电控制 器发送给所述电源输出模块，所述电源输出模块将电能转换成工作电压后分别给所述微处 理器和数据采集单元供电；另一部分电能通过所述充放电控制器给所述蓄电池充电。
4. 如权利要求3所述的一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统，其特征在于：所 述电源输出模块转换输出的工作电压分别为3. 3V和12V，3. 3V电压给所述微处理器供电， 12V电压给所述数据采集单元供电。
5. 如权利要求2或3或4所述的一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统，其特 征在于：所述数据采集单元包括红外测温传感器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、土 壤温度传感器和土壤水势传感器；所述红外测温传感器设置在一与所述立杆垂直的横臂 一端，所述横臂的另一端位于所述太阳能电池板下方并固定设置在所述立杆上；所述空气 温湿度传感器设置在所述数据处理箱上部，所述土壤水分传感器、土壤温度传感器和土壤 水势传感器均设置在土壤中；所述红外测温传感器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、 土壤温度传感器和土壤水势传感器将采集到的作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖 面的水分、温度和水势的模拟信号通过导线传输至所述数据处理箱中，所述微处理器通过 控制所述多路复用开关依次将采集到的作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖面的水 分、温度和水势的模拟信号传输至所述模数转换器，所述模数转换器将接收到的模拟信号 转换成数字信号后传输至所述微处理器。
6. 如权利要求5所述的一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统，其特征在于：所 述数据采集单元采集到的模拟信号的范围为〇?2500mV。
7. 如权利要求1或2或3或4或6所述的一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系 统，其特征在于：所述人机交互单元包括LCD显示模块和键盘模块，所述LCD显示模块和键 盘模块均与所述微处理器连接，所述LCD显示模块用于显示所述微处理器的运行状态信息 和所述数据采集单元采集到的包含作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖面的水分、 温度和水势的信息；通过所述键盘模块对所述微处理器的运行配置参数进行设置。
8. 如权利要求1或2或3或4或6所述的一种作物冠层温度和土壤墒情数据监测系 统，其特征在于：所述通信单元中设置GPRS通信模块、USB通信模块和2. 4G无线短程通信 模块中的一种或多种，所述微处理器通过所述通信单元与服务器之间实现GPRS通信、USB 通信或2. 4G无线短程通信。
9. 一种如权利要求1?8任一项所述的作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统的应 用，其特征在于：作物冠层温度和土壤墒情数据监测系统监测到的作物冠层温度、空气温度 和湿度以及包含土壤剖面水分、温度和水势的土壤墒情数据的应用过程为： (1) 数据采集与处理； 红外测温传感器将采集到的η个点的作物冠层温度模拟信号依次通过多路复用开关 和模数转换器转换成数字信号，并将数字信号传输至微处理器进行处理；微处理器采用预 设程序自动剔除其中的最大值和最小值，存储剩余η-2个作物冠层温度数据及其平均值并 同时传输至服务器； 土壤水分传感器、土壤温度传感器和土壤水势传感器分别将采集的各层土壤剖面的水 分含量、温度和水势的模拟信号依次通过多路复用开关和模数转换器转换成数字信号，并 将数字信号传输至微处理器进行处理；微处理器直接存储接收到的数字信号，并采用预设 程序计算土壤表层至根层lm内的平均土壤含水量，计算结果传输至服务器； 空气温湿度传感器与红外测温传感器同步采集空气温度和湿度数据后，传输至微处理 器进行存储并同时传输至服务器进行处理； (2) 多指标模糊综合灌溉决策； 根据红外测温传感器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器和土壤水 势传感器采集的作物冠层温度、空气温度和湿度以及土壤剖面的水分、温度和水势信息，月艮 务器计算作物冠气温差和作物根层平均土壤含水率，其具体过程为： ① 通过调用MATLAB程序的Fuzzy Logic工具箱⑶I，服务器根据预设模糊规则产生的 fis文件对作物冠气温差和作物根层平均土壤含水率进行模糊计算； ② 根据所选择的作物类型、计算得到的作物冠气温差值和根层土壤平均含水率以及预 设的权重值，在服务器中唯一确定多指标模糊决策模型； ③ 服务器根据多指标模糊决策模型对干旱情况进行判断，并根据根层土壤平均含水率 对需灌水量进行计算，实现对目标区域的灌溉预报。
【文档编号】G01D21/02GK104089650SQ201410328093
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】蔡甲冰, 魏征, 刘钰, 许迪, 张宝忠, 王蕾, 李新 申请人:中国水利水电科学研究院