一种基于电泳微流控技术的植物养分实时检测系统的制作方法

本发明涉及植物养分检测领域，具体来说，涉及一种基于电泳微流控技术的植物养分实时检测系统。

背景技术：

微流控指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片。

影响植物生长的重要因素在于植物所在附近的土壤中的养分，主要包括氮磷钾等元素，这些元素的含量不能过高或者过低，否则都会对植物生产产生负面影响。传统的检测植物养分的方法通常为速测法、离子汇集法，但是这些方法会产生过多的废液，对环境不友好。通过采用电泳微流控技术可有效解决现有的问题。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于电泳微流控技术的植物养分实时检测系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

提供了一种基于电泳微流控技术的植物养分实时检测系统，包括土壤采集单元、土壤液提取单元、养分检测单元及数据分析处理单元；土壤采集单元用于采集植物周围不同深度的土壤样本，并将该土壤样本送到实验室；

土壤液提取单元用于将采集的土壤样本制得土壤液；

养分检测单元用于将制得的土壤液添加到检测设备中，测得土壤液中的氮磷钾等元素的含量，得到养分含量数据，并将养分含量数据输入到计算机中；

数据分析处理单元包括数据对比模块、数据压缩模块及数据备份模块；

数据对比模块用于将每组养分含量数据进行互相对比，并将每组养分含量数据与土壤养分含量标准表对比，得到每组土壤的土壤养分等级；

数据压缩模块用于将每组养分含量数据压缩保存，得到压缩数据；

数据备份模块用于将压缩数据进行备份。

进一步的，土壤采集单元用于采集植物周围不同深度的土壤样本，并将该土壤样本送到实验室的步骤还包括：

对植物周围0-10cm、10-20cm、20-30cm、30-6-40cm四层深度的土壤进行取样，每份样品质量相同；

土壤表面每隔10cm重复对四层深度的沙地土壤进行取样，共取五组；

将土壤样本混匀装入密封带中封口并标记编号，送到实验室。

进一步的，土壤液提取单元用于将采集的土壤样本制得土壤液的步骤还包括：

将采集的土壤样本分别均放入烘干机中，在105℃-115℃的温度下烘干；

将干燥的土壤样本放入干燥的锥形瓶中，加入适量的0.5mol/l的碳酸氢钠浸提液；

用玻璃棒把土壤样本搅散，再加入适量活性炭，剧烈振荡1-2分钟后静置10分钟，然后过滤后得到土壤液。

进一步的，数据压缩模块用于将每组养分含量数据压缩保存，得到压缩数据的步骤还包括：

步骤一、获取养分含量数据及养分含量数据的初始采集时间点，设定养分含量数据的拟合曲线的类型；

步骤二、根据拟合曲线获取养分含量数据的初始可行域；

步骤三、获取初始采集时间点后的设定时间间隔的第一养分含量数据，根据拟合曲线获取第一养分含量数据的第一可行域；

判断初始可行域与第一可行域是否存在交集；

其中，若存在交集，则将交集作为初始可行域，将第一养分含量数据作为初始测量数据，执行步骤三；

若不存在交集，获取初始可行域内的坐标值，坐标值作为拟合曲线的系数，存储坐标值和步骤一中初始时间点获取的养分含量数据，并将第一养分含量数据作为加密后的申报数据，执行步骤一。

进一步的，数据备份模块用于将压缩数据进行备份的步骤还包括：

在收到用以将目标文件夹备份至备份文件夹的备份指令时，产生目标文件夹以及备份文件夹之间的差异清单；

计算差异清单的至少差异数据占目标文件夹的差异比例；

判断差异比例是否大于特定比例；

在差异比例大于特定比例时，将目标文件夹的至少目标数据覆写至备份文件夹，以将目标文件夹备份至备份文件夹；以及在差异比例不大于特定比例时，利用差异性备份程序，将目标文件夹备份至备份文件夹。

进一步的，养分检测单元包括底座，底座的顶端设置有转动装置，转动装置的顶端设置有微流控芯片，底座的顶端且在微流控芯片的一侧设置有电泳检测仪，底座的侧边设置有计算机。

进一步的，为了能够加快微流控芯片中土壤液的流动速度，提高检测效率，且能够降低转动中产生的噪声，改善了检测人员的工作环境，转动装置包括设置在底座顶端的定子，定子的内侧设置有转子，转子的内侧连接有连接轴，底座内且在连接轴的下方设置有安装槽，安装槽内设置有轴承，轴承与连接轴的底端之间设置有转轴一，连接轴的顶端设置有转轴二，转轴二的顶端与微流控芯片连接。

进一步的，为了提高微流控芯片的转动精度，定子及转子上分别均设置有角位移传感器。

进一步的，为了降低植物养分的检测时间，提高工作效率，且可以降低检测的消耗量及减少检测对环境的污染，微流控芯片包括与转轴二顶端连接的基板，基板上圆周阵列设置有若干组进样口，每组进样口远离基板中心位置的一侧分别均设置有缓冲池，每组缓冲池远离进样口的一侧分别均设置有反应池，每组反应池远离缓冲池的一端分别均设置有出气口，每组反应池的两侧分别均设置有正负电极。

进一步的，为了能够提高微流控芯片的电渗性质和光学性质，进而提高了养分检测单元的检测速度和精度，基板的材质设置为玻璃。

本发明的有益效果为：

本发明具有检测植物养分时高通量、消耗小、污染少的优点，通过设置微流控芯片等，从而降低植物养分的检测时间，提高工作效率，且可以降低检测的消耗量及减少检测对环境的污染；通过设置转动装置，能够加快微流控芯片中土壤液的流动速度，进一步的提高检测效率；通过基板的材质设置为玻璃，从而能够提高微流控芯片的电渗性质和光学性质，进而提高了养分检测单元的检测速度和精度；通过设置数据分析处理单元，从而可以防止检测数据因计算机系统故障而造成数据丢失的问题，保证能够持续检测了解植物养分的变化，有利于植物施肥的计划的制定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种基于电泳微流控技术的植物养分实时检测系统的原理图；

图2是根据本发明实施例的一种基于电泳微流控技术的植物养分实时检测系统中养分检测单元的立体结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种基于电泳微流控技术的植物养分实时检测系统中养分检测单元的正面结构示意图；

图4是根据本发明实施例的一种基于电泳微流控技术的植物养分实时检测系统中养分检测单元的微流控芯片的管路的结构示意图。

图中：

1、土壤采集单元；2、土壤液提取单元；3、养分检测单元；4、数据分析处理单元；401、数据对比模块；402、数据压缩模块；403、数据备份模块；5、底座；6、转动装置；601、定子；602、转子；603、连接轴；604、安装槽；605、轴承；606、转轴一；607、转轴二；608、角位移传感器；7、微流控芯片；701、基板；702、进样口；703、缓冲池；704、反应池；705、出气口；706、正负电极；8、电泳检测仪；9、计算机。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种基于电泳微流控技术的植物养分实时检测系统。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-4所示，根据本发明实施例的基于电泳微流控技术的植物养分实时检测系统，包括土壤采集单元1、土壤液提取单元2、养分检测单元3及数据分析处理单元4；土壤采集单元1用于采集植物周围不同深度的土壤样本，并将该土壤样本送到实验室；

土壤液提取单元2用于将采集的土壤样本制得土壤液；

养分检测单元3用于将制得的土壤液添加到检测设备中，测得土壤液中的氮磷钾等元素的含量，得到养分含量数据，并将养分含量数据输入到计算机9中；

数据分析处理单元4包括数据对比模块401、数据压缩模块402及数据备份模块403；

数据对比模块401用于将每组养分含量数据进行互相对比，并将每组养分含量数据与土壤养分含量标准表对比，得到每组土壤的土壤养分等级；

数据压缩模块402用于将每组养分含量数据压缩保存，得到压缩数据；

数据备份模块403用于将压缩数据进行备份。

在一个实施例中，土壤采集单元1用于采集植物周围不同深度的土壤样本，并将该土壤样本送到实验室的步骤还包括：

对植物周围0-10cm、10-20cm、20-30cm、30-6-40cm四层深度的土壤进行取样，每份样品质量相同；

土壤表面每隔10cm重复对四层深度的沙地土壤进行取样，共取五组；

将土壤样本混匀装入密封带中封口并标记编号，送到实验室。

在一个实施例中，土壤液提取单元2用于将采集的土壤样本制得土壤液的步骤还包括：

将采集的土壤样本分别均放入烘干机中，在105℃-115℃的温度下烘干；

将干燥的土壤样本放入干燥的锥形瓶中，加入适量的0.5mol/l的碳酸氢钠浸提液；

用玻璃棒把土壤样本搅散，再加入适量活性炭，剧烈振荡1-2分钟后静置10分钟，然后过滤后得到土壤液。

在一个实施例中，数据压缩模块402用于将每组养分含量数据压缩保存，得到压缩数据的步骤还包括：

步骤一、获取养分含量数据及养分含量数据的初始采集时间点，设定养分含量数据的拟合曲线的类型；

步骤二、根据拟合曲线获取养分含量数据的初始可行域；

步骤三、获取初始采集时间点后的设定时间间隔的第一养分含量数据，根据拟合曲线获取第一养分含量数据的第一可行域；

判断初始可行域与第一可行域是否存在交集；

其中，若存在交集，则将交集作为初始可行域，将第一养分含量数据作为初始测量数据，执行步骤三；

若不存在交集，获取初始可行域内的坐标值，坐标值作为拟合曲线的系数，存储坐标值和步骤一中初始时间点获取的养分含量数据，并将第一养分含量数据作为加密后的申报数据，执行步骤一。

在一个实施例中，数据备份模块403用于将压缩数据进行备份的步骤还包括：

在收到用以将目标文件夹备份至备份文件夹的备份指令时，产生目标文件夹以及备份文件夹之间的差异清单；

计算差异清单的至少差异数据占目标文件夹的差异比例；

判断差异比例是否大于特定比例；

在差异比例大于特定比例时，将目标文件夹的至少目标数据覆写至备份文件夹，以将目标文件夹备份至备份文件夹；以及在差异比例不大于特定比例时，利用差异性备份程序，将目标文件夹备份至备份文件夹。

如图2-4，养分检测单元3包括底座5，底座5的顶端设置有转动装置6，转动装置6的顶端设置有微流控芯片7，底座5的顶端且在微流控芯片7的一侧设置有电泳检测仪8，底座5的侧边设置有计算机9。

在一个实施例中，对于上述转动装置6来说，通过转动装置6包括设置在底座5顶端的定子601，定子601的内侧设置有转子602，转子602的内侧连接有连接轴603，底座5内且在连接轴603的下方设置有安装槽604，安装槽604内设置有轴承605，轴承605与连接轴603的底端之间设置有转轴一606，连接轴603的顶端设置有转轴二607，转轴二607的顶端与微流控芯片7连接，从而能够加快微流控芯片7中土壤液的流动速度，提高检测效率，且能够降低转动中产生的噪声，改善了检测人员的工作环境。

在一个实施例中，对于上述定子601来说，通过在定子601及转子602上分别均设置有角位移传感器608，从而提高微流控芯片7的转动精度。

在一个实施例中，对于上述微流控芯片7来说，通过设置微流控芯片7包括与转轴二607顶端连接的基板701，基板701上圆周阵列设置有若干组进样口702，每组进样口702远离基板701中心位置的一侧分别均设置有缓冲池703，每组缓冲池703远离进样口702的一侧分别均设置有反应池704，每组反应池704远离缓冲池703的一端分别均设置有出气口705，每组反应池704的两侧分别均设置有正负电极706，从而降低植物养分的检测时间，提高工作效率，且可以降低检测的消耗量及减少检测对环境的污染。

在一个实施例中，对于上述基板701来说，通过基板701的材质设置为玻璃，从而能够提高微流控芯片7的电渗性质和光学性质，进而提高了养分检测单元的检测速度和精度。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。

在实际应用时，将制得的土壤液加入微流控芯片7中的进样口702中，依次流入缓冲池703和反应池704。对定子601和转子602通电，定子601和转子602附近产生磁场，转子602中的电流与磁场发生作用，使得转子602转动，转子带动转轴一606及转轴二607转动，转轴二607带动微流控芯片7转动，从而加快了土壤液进入反应池704的速度。电泳检测仪8对土壤液中的养分进行检测。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明具有检测植物养分时高通量、消耗小、污染少的优点，通过设置微流控芯片等，从而降低植物养分的检测时间，提高工作效率，且可以降低检测的消耗量及减少检测对环境的污染；通过设置转动装置6，能够加快微流控芯片7中土壤液的流动速度，进一步的提高检测效率；通过基板701的材质设置为玻璃，从而能够提高微流控芯片7的电渗性质和光学性质，进而提高了养分检测单元的检测速度和精度；通过设置数据分析处理单元4，从而可以防止检测数据因计算机系统故障而造成数据丢失的问题，保证能够持续检测了解植物养分的变化，有利于植物施肥的计划的制定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。