本发明专利技术提出一种远红外叶片表面温度参数测量装置，其包括测量节点和手持监测设备；测量节点包括测温模块、第一通讯模块、电源模块、数据存储模块和现场监视模块；所述手持监测设备内设置有中央处理器、第二通讯模块；测温模块包括环境温度测量探头、叶表面温度远红外测量探头和调理电路；所述测量节点和手持监测设备通讯连接。本发明专利技术针对叶片表面温度测量特点，提出采用特殊远红外波段测量叶片表面温度的方法，并给出相应电压-温度转换模型公式；并将递推中位值平均滤波算法应用到该传感器的输出平滑处理中；提出了一种新的叶片表面温度自校正计算模型并给出计算公式，依据实验确定相关参数范围，最终提高了叶片表面温度测量准确性和可靠性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出一种远红外叶片表面温度参数测量装置，其包括测量节点和手持监测设备；测量节点包括测温模块、第一通讯模块、电源模块、数据存储模块和现场监视模块；所述手持监测设备内设置有中央处理器、第二通讯模块；测温模块包括环境温度测量探头、叶表面温度远红外测量探头和调理电路；所述测量节点和手持监测设备通讯连接。本专利技术针对叶片表面温度测量特点，提出采用特殊远红外波段测量叶片表面温度的方法，并给出相应电压-温度转换模型公式；并将递推中位值平均滤波算法应用到该传感器的输出平滑处理中；提出了一种新的叶片表面温度自校正计算模型并给出计算公式，依据实验确定相关参数范围，最终提高了叶片表面温度测量准确性和可靠性。【专利说明】
本专利技术属于精细农业
领域，具体涉及温度传感与监测的装置及测量方法。
技术介绍
植物叶面作为一个独立的微环境域，与作物的生长关系密切。国内外研究学者对影响作物生长的各种气象条件展开了大量研究，发现植物病害的发生流行是植物、有害生物、气象条件、栽培管理措施综合作用的结果，其中气象条件是决定有害生物发生流行的关键因素。研究分析叶面微环境域小气候更能精准的反映植物本身的生长状况，分析研究叶面微气候比采用常规大环境参数对分析作物病害、土壤墒情等有更重要意义。叶片表面温度参数是微环境参数的最主要组成部分之一，通过对叶片表面温度的分析，可为作物病害的预测与防治决策提供可靠依据。叶面温度也能间接反映植物蒸腾作用大小以及土壤水分盈缺，通过对活体叶片温度指标监测指导灌溉比使用单纯土壤水分传感器指标更具有实际意义。现有的叶片表面温度参数测量技术包括:(I)中国计量学院李东升等公布了一种基于PtlOO接触式叶片表面温度测量仪专利技术(CN101852654A)，该测量仪外形小巧，经过校准测量精度较高，对单株作物测量效果较好。但是该测量仪需要将温度探头固定在叶片表面上，系手持式测量，人工记录数据，无法对区域地块进行多点实时监测。由于时间的不同步性，无法得到同一时刻区域性叶表面温度分布图，且需要大量人力。(2)美国Raytek公司推出的MT系列单色红外测温仪，其测温原理基于将物体发射的红外线辐射能转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体本身的温度相对应，根据转变成电信号大小，可以确定物体的温度。该类型测温仪便携性更高，响应速度快，无接触式探头热平衡与热交换过程，价格低廉，但是该仪器探头红外敏感波段较宽，测温范围从_18°C到1000°C，其对中低温段测量误差较大，不适合常温段叶片表面温度的测量。(3)澳洲新仪器公司推出的SIR2000双色红外测温枪，其测温原理是测量物体在两个不同光谱范围内发出的红外辐射能量并由这两个辐射能量之比计算出物体的温度。相比单色测温仪，其精度大大提高，且不受仪器与目标之间遮挡、烟雾、水汽、灰尘影响。但其测温范围起点特别高，一般适用于钢铁冶金锻造在线测温，对低温段响应不好，同时仪器价格也特别昂贵。基本不适用于农田作物叶表面温度监测。综合国内外专利技术及商用化产品发现，大部分产品并非为农作物监测专用设计，接触式测温产品反应慢且需要固定，不适用于大田分布式测量；单色或双色测温产品，由于是通用型测温仪器，其探头敏感波段较宽测温范围太大，对低温测量响应不好。
技术实现思路
针对叶片表面温度测量的要求，本专利技术提出了一种利用12 μ m远红外波长专门测量叶片表面温度的方法，并设计了相应的分布式测量装置。既避免了接触式测温方法的不便，又避免了宽谱红外测温对常温测量精度不高的缺点。本专利技术的第一个目的是提出一种远红外叶片表面温度参数测量装置。本专利技术的第二个目的是提出一种远红外叶片表面温度参数测量方法。实现本专利技术目的的技术方案为:一种远红外叶片表面温度参数测量装置，包括测量节点和手持监测设备；所述测量节点包括测温模块、具有自组网通讯功能的第一通讯模块、电源模块、数据存储模块和现场监视模块；所述手持监测设备内设置有中央处理器、具有自组网通讯功能和GPRS方式远程通讯功能的第二通讯模块；所述测温模块包括环境温度测量探头、叶表面温度远红外测量探头和调理电路；所述电源模块包括系统电源转换模块和太阳能供电模块；所述电源模块分别连接现场监视模块、第一通讯模块、数据存储模块、通过调理电路分别连接环境温度测量探头和叶表面温度远红外测量探头；所述第一通讯模块通过调理电路分别与环境温度测量探头和叶表面温度远红外测量探头连接；所述现场监视模块通过调理电路分别与环境温度测量探头和叶表面温度远红外测量探头连接；为了使得数据的存储方便快捷，所述数据存储模块采用U盘进行存储；所述现场监视模块包括LCD液晶显示器件和控制驱动接口 ；所述测量节点和手持监测设备采用ZigBee通讯协议通讯连接。其中，第一通讯模块和第二通讯模块采用ZigBee通讯协议，该协议基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，可在多个测量节点之间实现短距离、低功耗数据无线通讯，满足了野外分布式、低功耗、自组网的测量需求。并将叶面温度传感器所获取的数据汇聚于手持监测设备。第二通讯模块包含测量节点自组网通讯和远程通讯功能，组装在手持监测设备内，其中，与测量节点通讯采用ZigBee通讯协议，汇聚多个测量节点的测量数据。远程通讯采用GPRS传输方式，不改变采集数据包格式实现无线透明传输，发送至远程服务器端。最终可在服务器端，实现数据的实时测量、显示、记录、分析等功能。所述现场监视模块包括IXD液晶显示器件和控制驱动接口组成，该模块具有数据实时接收、显示、曲线分析和控制指令发送等功能，且具有省电模式，即通过系统监测数据通讯请求，无通讯请求时关闭系统，在接收到系统通讯请求并需要现场实时监测时启动；其中，所述环境温度测量探头为接触式热电阻传感器，用于精确测量测量节点周围环境温度，进而为目标叶片温度计算提供补偿参考值。所述叶表面温度远红外测量探头(目标叶片温度探头)采用12 μ m波长敏感远红外光电传感器，其将热辐射能量转化成模拟电压输出。传感器配有专用光学滤镜和滤光片、集成信号处理电路，传感器可以配置成不同状态。为了提高温度测量模块工作稳定性和测量精度，本专利技术设计了调理电路，所述调理电路为ImA恒流源调理电路。其中，所述电源转换模块采用多级电源转换解决野外调试过程中各种不同电压等级电源匹配问题。电源变压等级由12V-5V-3.3V三级组成，兼容锂电池和蓄电池。在野外供电情况下，多级电源备用可提高设备的野外待机能力。此外，采用太阳能供电模块来保证大田条件下系统的持续供电。为防止电池过充过放，采用电池管理芯片设计充电控制电路。—种远红外叶片表面温度参数测量方法，其包括步骤:SI选用对12 μ m波长敏感的光电传感器，针对该光电传感器的模拟电压输出值，应用递推中位值平均滤波算法改善其输出稳定性；S2采用-20°C -60°C下的电压-温度转换模型将滤波后的电压值转变成温度值；S3使用补偿算法，提高叶片表面温度值的计算精度。其中，所述步骤SI的递推中位值平均滤波算法为:I)把连续η个采样值看作一个数据队列，队列长度固定为N ；2)每次采样到一个新数据放入队首，并扔掉原来队尾的一个数据；(先进先出原则)。3)把队列中的η个数据先去掉一个最大值和一个最小值，然后计算n-2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李民赞，张猛，孙红，郑立华，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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