本实用新型属于农业机械领域，具体涉及一种测量作物茎秆强度的测量仪。
背景技术：
倒伏是由于外界因素引发的茎秆从直立状态到永久错位的现象，是作物生产中普遍存在的问题。据统计，全球玉米因倒伏造成的损失十分巨大，而我国每年因倒伏造成的玉米产量损失近100万吨，玉米倒伏不仅影响产量，而且不适应现代化农业机械的收割。
影响玉米倒伏的主要因素是茎秆强度。通过对玉米茎秆强度的实验研究来培育出高抗倒伏的作物已成为迫切需求，目前国内外专家针对作物抗倒伏特性，研制出多种测定作物抗倒伏强度的仪器，如：日本生产的DIK-7400秆强测定仪，使用机械弹簧测力计，通过夹持装置夹住茎秆特定部位并向其施加一定推力，测定其弯曲到一定角度时所承受的力，该装置测量误差较大，且每次的测量数据都不能自动保存，需要人工记录；目前实验室应用较多的万能试验机可对各种材料进行拉伸、压缩、弯曲、剥离、剪切等多项性能试验，不过该仪器体积庞大，所需实验环境要求较高，并且需将茎秆截断，无法进行田间实验；专利号为201010237712.7的实用新型专利“手持式作物抗倒伏强度测量仪”公开了一种测量仪，通过压力传感器和角度传感器测定施加在茎秆上的力和在对应推力下茎秆的倾斜角度，不过使用该装置进行测量时必须保持夹持单元与被测茎秆垂直。目前现有公开的仪器和方法都只能测量在垂直于作物茎秆的推力作用下茎秆的倾斜角度，该种测量方式适用于育种人员对作物抗倒性的研究，却无法测量玉米收获机械研究人员对玉米茎秆施加水平推力作用下茎秆的倒伏角度。
因此从作物茎秆力学特性的实际情况出发，设计出一款适应不同农业需求的手持式测量玉米茎秆强度的设备成为了主要任务。本实用新型的出现具有广阔而深远的意义。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种能够简便地测量作物茎秆强度的仪器，该仪器能够采用两种不同施力方式推动作物茎秆，实时显示被测作物茎秆在倾斜过程中力与角度等数据。
根据本实用新型的手持式作物茎秆强度测量仪，包括：
壳体，具有适合于人手的握持部；
夹持装置，固定设置在壳体的前端，用来夹住被测作物茎秆；
信号采集模块，包括压力传感器、两个倾角传感器以及AD转换模块，其中第一倾角传感器设置在壳体内，用来测量在垂直于茎秆推力作用下作物茎秆偏离竖直方向的夹角；第二倾角传感器通过导线设置在测量仪的壳体外，用来固定在作物茎秆表面，测量在水平推力作用下作物茎秆相对于竖直方向的夹角；AD转换模块将采集的压力与两个角度值转化成电信号发送；
单片机处理模块，用于处理接收到的电信号还原成相应的测量值；
液晶显示模块，实时显示压力值与两个角度值；以及
电源模块，给整个测量仪进行供电；
其中，压力传感器、AD转换模块、单片机处理模块、液晶显示模块以及电源模块都设置在壳体中。
优选情况下，本实用新型的测量仪还包括数据处理模块，对测量值进行后期处理。数据处理模块可以是单独的处理软件，也可以是包括硬件和软件的结合体。
优选情况下，本实用新型的测量仪还可以包括蓝牙模块，用来与外部设备传送数据。在这种情况下，数据处理模块可以是上位机软件，上位机可以是手机、平板电脑、手持式笔记本电脑等外部设备。在优选实施例中，上位机软件是基于android系统开发的，其功能包括数据的实时显示、曲线绘制、历史数据查询、添加备注信息以及导出数据等。在一优选实施例中，所述蓝牙模块采用HC-05蓝牙模块。
在另一些实施例中，数据处理模块是硬件和软件的结合体，并集成在本实用新型的测量仪中，直接与单片机处理模块连接，从而无需外部设备，测量仪本身即可实现数据的实时显示、曲线绘制、历史数据查询、添加备注信息以及导出数据等。
优选情况下，所述压力传感器为微型S型拉压力传感器。
优选情况下，所述倾角传感器为SCA60C倾角传感器。
优选情况下，所述单片机处理模块包括中央处理器STC89C52RC。
优选情况下，所述液晶显示模块为12864LCD液晶显示屏。
优选情况下，所述电源模块使用3.7V18650可充电锂电池。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型能够采用两种不同施力方式测量作物茎秆受力与倾斜角度的关系，能够满足不同研究人员的使用需求。特别是当采用第二种测量方式时，能够获得茎秆始终受水平推力的强度值，从而为作物收获机械研究人员对茎秆施加水平推力作用下茎秆的倒伏角度提供参考。因此本实用新型的测量仪能够同时满足育种人员以及收获机械研究人员的需求，应用前景广泛。
本实用新型结构简单、成本低廉，各模块所用材料成本较低，适宜于批量生产。仪器操作过程简单，将仪器夹持装置夹住茎秆往前推动一定距离，即可获得测量结果。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2为本实用新型手持式测量仪结构外观示意图；
图3为本实用新型垂直测定示意图；
图4为本实用新型水平测定示意图。
其中的附图标记为：
1 夹持装置 2 压力传感器
3 第一倾角传感器 4 第二倾角传感器
5 AD转换模块 6 液晶显示模块
7 单片机处理模块 8 蓝牙模块
9 上位机软件 10 电源模块
11 螺钉 12 壳体
13 电源开关 14 导线
具体实施方式
下面结合实施例以及附图对本实用新型进行进一步说明。
如图1所示，根据本实用新型的测量作物茎秆强度测量仪主要包括：夹持装置1，夹住被测作物茎秆特定位置；信息采集模块，包括压力传感器2、第一倾角传感器3、第二倾角传感器4和AD转换模块5，将采集的压力与两个角度值转化成电信号发送；单片机处理模块7，用于处理接收到的电信号还原成相应的测量值；液晶显示模块6，实时显示压力值与两个角度值；电源模块10，给整个测量仪进行供电；蓝牙模块8，将单片机处理模块7中的数据通过蓝牙方式传输给上位机软件9。
具体情况下，压力传感器2为微型S型拉压力传感器，第一和第二倾角传感器为SCA60C倾角传感器。单片机处理模块7包括中央处理器STC89C52RC。液晶显示模块6为12864LCD液晶显示屏。电源模块10使用3.7V18650可充电锂电池。蓝牙模块8为HC-05蓝牙模块。上位机软件9是基于android系统开发的，其功能包括数据的实时显示、曲线绘制、历史数据查询、添加备注信息以及导出数据等
图2示出了根据本实用新型的一种手持式测量仪的外观结构示意图。该手持式测量仪包括壳体12，壳体12具有适合于人手的握持部。夹持装置1通过螺钉11固定连接在壳体12上。第二倾角传感器4通过导线14设置在壳体12外部。壳体12上设有液晶显示模块6以及电源开关13。其它模块和部件均设置在壳体12内。
本实用新型根据使用者需求有两种测定状态或方式，图3是垂直测定示意图，图4是水平测定示意图。
当使用垂直测定方法时，仪器主要测量的是在垂直推力作用下作物茎秆倾斜的角度θ1和对应推力F1，其中θ1是手持装置壳体12与水平面的夹角，近似等于被测茎秆偏离垂直位置的角度，可看做是茎秆倾斜角度，F是使用者施加到茎秆的力与茎秆对夹持装置的力F1是一对相互作用力，因此，F1可看作是对应推力，此时第二倾角传感器4可不安装。
垂直测定方法包括步骤：
(1)打开电源开关13，在上位机软件9上搜索HC-05蓝牙信号，上位机提示“成功连接”。
(2)将夹持装置1的开口轻轻靠在被测作物茎秆测量位置，按下上位机软件9上的“开始”按钮。
(3)缓慢并始终保持与茎秆垂直的推动茎秆，此时可以观察上位机软件上力F1与θ1的变化关系，第二倾角传感器4未连接，θ2一直为0。
(4)按下上位机软件9的“暂停”或“结束”按钮，可以查看历史数据，并且导出。
这种测试方式下，控制夹持装置1使其一直垂直于所述作物茎秆，并匀速向前推动，第一角度传感器3安装在壳体12内部电路板上，通过该种测量方式测得是手持装置壳体12与水平面间的夹角，其近似等于被测茎秆与竖直方向的夹角θ1。使用该种测定方式时，另一个倾角传感器可不连接，则θ2一直为0。
当使用水平测定方法时，仪器主要测量是在水平推力作用下作物茎秆倾斜的角度θ2和对应推力F1，原理与垂直方法测定相同，唯一不同的是此时可以观察角度θ1是否一直为0来保证壳体12是否一直水平、施加推力是否一直水平。
水平测定方法包括步骤：
(1)先将第二倾角传感器安装在被测作物茎秆表面。
(2)打开电源开关13，在上位机软件9上搜索HC-05蓝牙信号，上位机提示“成功连接”。
(3)将夹持装置1的开口轻轻靠在被测作物茎秆测量位置，按下上位机软件9上的“开始”按钮。
(4)缓慢并始终保持水平推动茎秆，上位机软件显示力F1与θ2的变化关系，此时可以观察θ1的值是否一直为0以此保证始终水平推动茎秆
(5)按下上位机软件9的“暂停”按钮，可以查看历史数据，并且导出。
这种测试方式下，控制夹持装置1使其一直保持水平，并匀速推动所述茎秆，第二角度传感器4安装于被测作物茎秆表面，通过该种测量方式测的是茎秆偏离处置位置的角度θ2，并可通过观察θ1的角度是否一直为0来判断手持测量仪是否一直保持水平推动茎秆。
不管使用哪种测定方法，第一倾角传感器3始终封装在壳体12内的电路板(未示出)上。
上述测量过程中，压力传感器2和两个倾角传感器实时获取被测作物茎秆所受的推力值和倾斜角度值，将其转化为电信号并发送至单片机处理模块7；同时液晶显示模块6实时显示所述推力值和两个倾斜角度值。同时上位机软件9实时显示所述推力值和两个倾斜角度值，并分别以两个角度值为横坐标，推力值为纵坐标绘制两者的关系曲线，如想要停止测量只需要按下上位机“暂停”或“结束”即可。上位机软件9还能查看历史数据并将之导出成csv格式到excel中进行后期处理。
综上所述，本实用新型的测量仪是基于51单片机，采用压力和倾角传感器，准确快速的获取在一定推力作用下茎秆的倾斜角度与对应推力的大小；使用蓝牙模块进行数据的无线传输并在上位机软件上实时显示，用户还可以通过上位机软件控制启动或暂停仪器，并且查看历史数据，将数据导出到PC端进行后期处理。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型的说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型保护范围内。