一種騰散力自動測試系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種騰散力自動測試系統及方法，該系統包括觀測站、中心數據采送站和中心管理站，所述觀測站由騰散力傳感器、冠層溫度儀、TDR土壤水分儀以及自計雨量計依次連接而成，所述中心數據采送站內設有數字采集發送系統，所述數字采集發送系統由冠層溫度數采儀、雨量數采儀、騰發力數采儀、土壤水分數采儀依次連接而成，所述中心管理站由無線接收系統、數據存儲系統以及數據顯示系統通過電纜線依次連接而成。本發明實現了農田以及林草地水分環境的監測調控的一體化和遠程化。為農牧業現代化、機械化的生產管理奠定了條件。
【專利說明】一種騰散力自動測試系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于農業【技術領域】，涉及一種可用于農田、林草地的騰散力自動測試系統及方法。
【背景技術】
[0002]我國農田以及人工、天然草地水分狀況以及環境條件的監測目前多由人工半人工進行，不僅耗時費工，且難以滿足管理調控的即時需要，隨著IT技術的發展，越來越多的自動化測試方法應用到農業當中。目前，國外一些農業技術發達的國家，將先進的電子技術、計算機和控制技術運用到了農田、草地(人工及天然草地)蒸發蒸騰能力以及農田環境因子的自動監測系統中，大大提高了勞動效率和生產力，也給農田以及林草地環境條件適時調控的實現成為可能?，F有技術中對草地騰散力測試系統采集的信息及控制狀態只能在監控系統平臺上顯示，未在各終端節點實現信息及狀態的顯示，而且灌區計算機監控系統一般采用集散型數據采集控制技術，通過網絡或者數據總線將各現場測控單元與上位控制計算機連接起來，在信息查詢上未實現遠距離實時傳輸、查詢。目前中心站雖能集中采樣，但騰散力觀測站尚未實現一體化，導致安裝較為繁瑣，工作量較大。
【發明內容】
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[0003]本發明的目的在于克服上述技術存在的缺陷，提供一種可用于農田、林草地騰散力自動測試系統及方法，快速、直接自動獲取農田、草地蒸發蒸騰量，并能對農田(含天然、人工草地)小氣候以及土壤水分環境因子的快速獲取。實現了農田以及林草地水分環境的監測調控的一體化和遠程化。為農牧業現代化、機械化的生產管理奠定了條件。其具體技術方案為:
[0004]一種草地騰散力自動測試系統，包括觀測站、中心數據采送站和中心管理站，所述觀測站由騰散力傳感器、冠層溫度儀、TDR 土壤水分儀以及自計雨量計依次連接而成，所述中心數據采送站內設有數字采集發送系統，所述數字采集發送系統由冠層溫度數采儀、雨量數采儀、騰發力數采儀、土壤水分數采儀依次連接而成，所述中心管理站由無線接收系統、數據存儲系統以及數據顯示系統通過電纜線依次連接而成。
[0005]進一步優選，所述冠層溫度儀為紅外冠層溫度儀。
[0006]觀測站各傳感器通過電纜線與中心數據采送站和DT80數采機聯接，數采機通過電纜與無線信號發送設備聯接，中心管理站應用專用無線接收設備即時接收、存儲系統信號，并在需要時適時輸出，以供應用。
[0007]一種騰散力自動測試方法，包括以下步驟:
[0008]I)指標獲取:通過蒸散力、冠層溫度、空氣溫濕度、土壤溫濕度、降水量等專用傳感器，獲得設定時段內的蒸散發量、降水量，以及設定時間點的瞬間冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度指標；
[0009]2)指標采集與轉發:通過DT80數采機將蒸散發量、降水量、冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度傳感器輸出信號轉化為無線網絡傳輸信號，并通過發送設備定時發送；
[0010]3)指標接收與下載:通過專用的網絡空間接收并存儲數據，通過登錄網絡空間查看、下載數據，并下載到專用存儲設備中，在需要時進行數據輸出；
[0011]4)指標分析與調控指令下達:在指標分析的基礎上，遠程設定設備觀測時間間隔等監管參數，進行系統管理；也可下達“灌溉設備啟動”等調控指令。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0013]可明顯的減輕農田灌溉是研究的監測用工，提高觀測數據以及試驗研究的精準度和連續性；較好的實現大田作物、大面積的蒸發蒸騰耗水量以及農田土壤水環境以及田間小氣候環境的實時監測、無線遠程傳輸，以及灌溉、抗旱決策管理，從而保證作物的正常生長，實現穩產高產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明騰散力自動測試系統中觀測站、中心數據采送站的結構示意圖；
[0015]圖2為本發明騰散力自動測試系統的中心管理站結構示意圖；
[0016]圖3為本發明騰散力自動測試方法的流程圖。
【具體實施方式】:
[0017]下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。
[0018]參照圖1-圖2，一種草地騰散力自動測試系統，包括觀測站、中心數據采送站和中心管理站，所述觀測站由騰散力傳感器、冠層溫度儀、TDR 土壤水分儀以及自計雨量計依次連接而成，所述中心數據采送站內設有數字采集發送系統，所述數字采集發送系統由冠層溫度數采儀、雨量數采儀、騰發力數采儀、土壤水分數采儀依次連接而成，所述中心管理站由無線接收系統、數據存儲系統以及數據顯示系統通過電纜線依次連接而成。所述冠層溫度儀為紅外冠層溫度儀。
[0019]觀測站各傳感器通過電纜線與中心數據采送站和DT80數采機聯接，數采機通過電纜與無線信號發送設備聯接，中心管理站應用專用無線接收設備即時接收、存儲系統信號，并在需要時適時輸出，以供應用。
[0020]如圖3所示，一種騰散力自動測試方法，包括以下步驟:
[0021]I)指標獲取:通過蒸散力、冠層溫度、空氣溫濕度、土壤溫濕度、降水量等專用傳感器，獲得設定時段內的蒸散發量、降水量，以及設定時間點的瞬間冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度指標；
[0022]2)指標采集與轉發:通過DT80數采機將蒸散發量、降水量、冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度傳感器輸出信號轉化為無線網絡傳輸信號，并通過發送設備定時發送；
[0023]3)指標接收與下載:通過專用的網絡空間接收并存儲數據，通過登錄網絡空間查看、下載數據，并下載到專用存儲設備中，在需要時進行數據輸出；
[0024]4)指標分析與調控指令下達:在指標分析的基礎上，遠程設定設備觀測時間間隔等監管參數，進行系統管理；也可下達“灌溉設備啟動”等調控指令。
[0025]系統主要技術參數:
[0026]1.觀測站:[0027]觀測站主要由騰散力傳感器、紅外冠層溫度傳感器、近地層空氣溫濕度傳感器、土壤水分傳感器以及雨量傳感器組成。
[0028](I) 3710E蒸騰蒸發力傳感器
[0029]I)精度:±1%蒸發水。
[0030]2)分辨率:0.01英寸。
[0031]3)輸出:單一脈沖/0.01英寸ET,輸出的脈沖信號是類似于一個標準雨量桶輸出的脈沖信號。
[0032]4)工作環境:溫度，(TC?70°C，如果使用電池最大到54°C ;濕度，O?100% RH ；結構，防水。
[0033](2) S1-111冠層紅外溫度傳感器
[0034]I)數據采集器通道:一個差分(熱電堆)，一個單端(熱敏電阻)；
[0035]2)輸入電源:2.5V激發，用于熱敏電阻；
[0036]3)絕對精度:±0.2°C @-10-65°C ;±0.5°C @_40_70。。；
[0037]4) 一致性:±0.10C 1-10-65°C ;±_。3°C 1-40-70°C ；
[0038]5)可重復性:±0.05 °C @-10-65 °C ;±0.1°C 1-40-70°C ；
[0039]6)響應時間:小于I秒@目標溫度變化；
[0040]7)目標溫度輸出信號:60μ V/°C，不同于傳感器體溫；
[0041]8)體溫輸出信號:0-2500mV ；
[0042]9)光學鏡頭:鍺鏡頭；
[0043]10)波長范圍:8-14 μ m(相當于大氣環境窗口)；
[0044]11)視角(FOV):22半角，FOV是圓錐體頂點的半角，通過目標(圓錐體底部)和探測器(圓錐體頂點)形成該FOV ；
[0045]12)工作環境:-55-8(TC ；0~100% RH ；
[0046](3)PHT2v-02空氣溫濕度傳感器
[0047]I)電壓輸出:5mA，8-24VDC ;
[0048]2)電流輸出:20mA，12-30VDC ；
[0049]3)溫度:校準測量范圍，-50-500C ;在(TC情況下的精度為，由美國NIST頒布的標定證書，精度為±0.3°C #±0.1°C (可選)；
[0050]4)傳感器類型:IOOOOhm鉬電阻
[0051]5)輸出信號:4線鉬電阻(只有41342有)
[0052]6)電壓輸出:0-lVDC
[0053]7)電流輸出:4-20mA
[0054](4) TRIME PIC032 土壤水分溫度傳感器
[0055]I)測量范圍:0-100%體積含水量；
[0056]2)測量精度:±1%;
[0057]3)測量重復精度:±0.2% ;
[0058]4)工作溫度:_15°C?+50°C (可定制其他溫度范圍)；
[0059]5)供電:7_24V DC ;
[0060]6)耗電:待機1mA，測量時IOOmA (持續2?3秒)。[0061](5)3525R數字式翻斗雨量傳感器
[0062]I)采用自排水設計；
[0063]2)圓筒形雨水收集器直徑20.5cm ；
[0064]3)翻斗式雨量記錄，每翻一次室內計數器自動增加讀數；
[0065]4)單次最大記錄雨量254mm ；
[0066]5)單位mm或in可選；
[0067]6)測量精度:±2% (當降雨量小于5cm/h時)；
[0068]7) Reset鍵可以將讀數置零；
[0069]8)內置鋰電池，使用壽命長；
[0070]9)外接電纜長可達18m。
[0071]2.中心數據采送站
[0072]DT80數據采集器由澳大利亞Datataker公司生產，是一款堅固、獨立、低能耗的數據采集器，具有支持USB盤、18位分辨率、通訊性能可擴展及內嵌顯示屏等特性。DT80的雙通道隔離概念可同時使用多達10個隔離或15個共用參考模擬輸入。
[0073]DT80支持SD1-12傳感器組網，還支持SCADA系統的Modbus、FTP和Web接口、具有可控12V電源為傳感器供電。數據采送器技術及參數:
[0074]I)標準配件:①DT80數采機箱(內含DT80數采，CEM20通道擴展模塊，電池，電源適配器，太陽能充電控制模塊，GPRS通訊模塊)；②太陽能板及安裝支架。
[0075]2)通道:模擬輸入:5-15個單端通道(10個差分)；脈沖通道:12個；數字I/O 口:8個。
[0076]3)處理器:采用18位A/D轉換器，精度±0.025% ；
[0077]4)存儲:內存可存儲130，000個讀數，可使用PC卡或閃存可存儲(可存儲65，000個讀數)；
[0078]5) U盤存儲:兼容USBL I或USB2.0驅動，每兆約90，000采集數字點；
[0079]6) IXD液晶顯示，2線16字母的IXD液晶顯示和6個按鍵用于查看通道及數采狀態和功能執行；
[0080]7)通訊:RS232、USB、以太網等；
[0081]8)采樣間隔:10ms至天，可自定義；
[0082]9)輸出值種類:平均值，最大值，最小值，取樣值(Sample)，向量值，累計值(Totalize)等；
[0083]10)工作溫度范圍:-45?70°C ；
[0084]11)時鐘精準度:約± I分鐘/年0_40°C ;約±4分鐘/年-40?70°C ；
[0085]12)供電電壓:10 ?30V DC ;
[0086]13)工作濕度:85% (無水汽凝結)。
[0087]3.中心管理站
[0088]中心管理站由無線網絡接收系統、數據存儲以及數據顯示系統組成，通過計算機實現人機交換，進行系統管理。
[0089]系統數據傳輸通過網絡進入“ENVIDATA遠程數據傳輸管理系統”，進行遠程系統參數測定時間間隔設置、獲取系統監測指標數據，并對系統運行狀況進行監測。正常情況下，登陸網址漏.envidata.net，輸入用戶名和設定的密碼，即可進入工作界面，進行數據下載等管理工作以及系統維護等。
[0090]本發明的技術方案用于內蒙古鄂爾多斯市烏審旗治沙站的玉米、紫花苜蓿(人工草地)、天然草地的耗水量測定研究之中，經多種方法校核驗證，發現系統具有較高的精準度。系統的應用使的試驗觀測用工減少70%以上，人為的實驗誤差較人工取土稱重減少80%以上，較傳統的TDR法減少40%以上，使研究的精確度大幅度提高。
[0091]項目研究所取得的技術成果(玉米、紫花苜蓿、天然草地需水規律需水量以及灌溉制度)在當地(內蒙古烏審旗)進行了一定規模的技術示范推廣(面積約I萬畝)，有效地提高了飼草料作物高效節水灌溉管理的精確度，實現了節水20%、增產30%、水分生產率提高15%的效果。
[0092]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，本發明的保護范圍不限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種騰散力自動測試系統，其特征在于，包括觀測站、中心數據采送站和中心管理站，所述觀測站由騰散力傳感器、冠層溫度儀、TDR 土壤水分儀以及自計雨量計依次連接而成，所述中心數據采送站內設有數字采集發送系統，所述數字采集發送系統由冠層溫度數采儀、雨量數采儀、騰發力數采儀、土壤水分數采儀依次連接而成，所述中心管理站由無線接收系統、數據存儲系統以及數據顯示系統通過電纜線依次連接而成。
2.根據權利要求1所述的騰散力自動測試系統，其特征在于，所述冠層溫度儀為紅外冠層溫度儀。
3.一種騰散力自動測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)指標獲取:通過蒸散力、冠層溫度、空氣溫濕度、土壤溫濕度、降水量的專用傳感器，獲得設定時段內的蒸散發量、降水量，以及設定時間點的瞬間冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度指標； 2)指標采集與轉發:通過DT80數采機將蒸散發量、降水量、冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度傳感器輸出信號轉化為無線網絡傳輸信號，并通過發送設備定時發送； 3)指標接收與下載:通過專用的網絡空間接收并存儲數據，通過登錄網絡空間查看、下載數據，并下載到專用存儲設備中，在需要時進行數據輸出； 4)指標分析與調控指令下達:在指標分析的基礎上，遠程設定設備觀測時間間隔等監管參數，進行系統管理；下達“灌溉設備啟動”的調控指令。
【文檔編號】G01N33/24GK103837663SQ201410058635
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月21日 優先權日:2014年2月21日
【發明者】郭克貞, 鄔佳賓, 徐冰, 田德龍 申請人:水利部牧區水利科學研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
