[实用新型]茎流信号采集节点和利用该节点的基于温补偿的热源自适应茎流测量系统

说明书

一种茎流信号采集节点，包括包裹于植物茎部的环形的加热片，在加热片外表面环绕设置有热电堆，在植物茎部靠近加热片的上端和下端分别设置有上部热电偶组和下部热电偶组，热电堆、上部热电偶组和下部热电偶组的信号输出端连接信号处理模块，信号处理模块的输出端连接单片机的信号输入端，信号处理模块包括依次连接的放大器、滤波器和模数转换器，单片机连接有与数据处理终端双向通信的无线通信模块，本实用新型还提供了一种利用茎流信号采集节点的基于温补偿的热源自适应茎流测量系统，包括茎流信号采集节点和数据处理终端，茎流信号采集节点采集温度信息和功率信息，数据处理终端向茎流信号采集节点下发功率控制指令，本实用新型可保证茎流测量精度。

技术领域

本发明属于智能农业设施技术领域，涉及林业生态保护工程、水资源管理、水文学、作物栽培、植物水分关系和植物生物量估算等研究，特别涉及一种茎流信号采集节点和包含该节点的基于温补偿的热源自适应茎流测量系统。

背景技术

植物茎杆的茎流量是植物重要的生理信息之一，茎流量的获取对植物生理研究和森林植被保护研究有着重要的作用。目前的茎流传感器的测量原理有热脉冲法、热平衡法和热扩散法。

热脉冲法需要将温度探头插入茎秆中，热平衡法在测量植物的茎流时在夜间、阴雨天气等蒸腾作用不明显或者外界温度较低的情况下，因横向传导的向外的热量相对较多，而沿植物茎部向上传导热量较小，导致植物茎部径向上的热电偶测得温差较小，从而造成测量不精确。尤其是在茎流较小的情况下，上述方法均无法得到精确结果。

同时，现有热平衡法的径流传感器，大多是直接通过热电偶丝将温度的电信号传送至数据处理终端，有线数据传输方式造成一个数据处理终端只能对应较少数量的信号采集节点，对于野外大量的测量时，茎流采集十分不便。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种茎流信号采集节点和包含该节点的基于温补偿的热源自适应茎流测量系统，在现有热平衡法的基础上进行改进，对于茎流较小的情况仍可精确测量，并可智能调节加热量大小，本发明一方面解决了在夜间、阴雨天气等蒸腾作用不明显或者外界温度较低的情况下，测量茎流时精度低的问题；另一方面解决了在有线的数据传输方式下一个数据处理终端只能对应较少数量的信号采集节点的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种茎流信号采集节点，包括包裹于植物茎部的环形的加热片3，在加热片3外表面环绕设置有热电堆4，在植物茎部靠近加热片3的上端和下端分别设置有上部热电偶组1和下部热电偶组5。

所述加热片3外部紧密包裹设置有泡沫保温层2，热电堆4位于加热片3和泡沫保温层2之间。

所述加热片3、热电堆4、上部热电偶组1和下部热电偶组5均以锂电池为电源，所述锂电池连接有能够为其充电的太阳能发电板。

所述泡沫保温层2内部为泡沫绝热材料，外部为银白色阻燃防水保温垫。

所述上部热电偶组1和下部热电偶组5均由两个热电偶组成，分别测量植物茎部在加热片3的上、下四点的温度电信号，所述热电堆4为薄膜式热电堆，用于测量横向的温度平均差的电信号。

所述热电堆4、上部热电偶组1和下部热电偶组5的信号输出端连接信号处理模块，信号处理模块的输出端连接单片机的信号输入端，所述信号处理模块包括依次连接的放大器、滤波器和模数转换器，所述单片机连接有与数据处理终端双向通信的无线通信模块。

所述加热片3连接有PWM驱动模块，PWM驱动模块使用两个场效应管构成一个共集放大电路，实现用PWM对加热片3加热功率进行调节。

所述单片机连接有功率检测模块，所述功率检测模块对加热片3的电路进行分流，将分流的微小电流和电压通过INA226芯片进行检测，将检测的电流大小和电压大小的信号，以串口方式输入给单片机，再通过分流的比例计算出真实的电流值。