[发明专利]一种地下块茎作物生长监测装置及监测方法

权利要求书

1.一种地下块茎作物生长监测装置，其特征在于，包括土壤墒情传感器模块、天气信息采集传感器模块、阵列信息及视频获取模块、激励信号产生模块、开关逻辑选通模块、数据采集模块、中心控制模块、数据传输模块、电源供电模块、以及可视化显示平台，所述土壤墒情传感器模块的信号输出端与数据采集模块的信号输入端连接，所述天气信息采集传感器模块的信号输出端与中心控制模块的信号输入端连接，阵列信息及视频获取模块包括底板、底板卡座，所述底板上安装有电极与摄像头，所述底板固定在底板卡座上，所述底板卡座上设有头部尖锐的插棒，所述底板卡座上固定有刻度棒，所述刻度棒上标有刻度，所述摄像头的信号输出端与中心控制模块的信号输入端相连，所述电极既是激励电极又是测量电极，所述电极由耐腐蚀、耐磨损、具有强导电性的复合金属材料制成，所述电极以N×N，N为正整数，的阵列排列方式嵌入在底板上，电极表面与底板表面齐平，摄像头嵌入在底板阵列电极中心位置，摄像头与底板表面间用耐腐蚀、耐磨损、绝缘透明复合材料隔离，所述电极在开关逻辑选通模块输出信号控制下选通连接激励信号产生模块的信号输出端或数据采集模块的信号输入端，所述开关逻辑选通模块包括M(N×N)个两路转换开关，M为底板数量，每个两路转换开关均由中心控制模块控制，且均与中心控制模块连接，中心控制模块通过M(NN)个两路转换开关其中一路对激励信号产生模块进行通断控制，激励信号产生模块与M(NN)个两路转换开关其中一路连接，中心控制模块通过M(NN)个两路转换开关另外一路对数据采集模块进行通断控制，数据采集模块与M(NN)个两路转换开关另外一路连接，所述激励信号产生模块包括D/A转换器、电流电压转换器、以及多级信号放大器，激励信号产生模块的输入信号与D/A转换器的信号输入端连接，D/A转换器的信号输出端与电流电压转换器的输入端连接，电流电压转换器的输出端与多级信号放大器的信号输入端连接，多级信号放大器的信号输出端在开关逻辑选通模块的输出信号控制下与电极连接，所述数据采集模块包括有多级信号放大器、A/D转换器，多级信号放大器的信号输出端与A/D转换器的信号输入端连接，A/D转换器的信号输出端与中心控制模块的输入端双向连接，所述数据传输模块的信号输入端与中心控制模块的信号传输端连接，数据传输模块的数据输出端与可视化显示平台的信号输入端无线连接，所述中心控制模块的电源输入端与电源供电模块的电源输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种地下块茎作物生长监测装置，其特征在于，所述土壤墒情传感器模块设有土壤温湿度传感器、土壤PH传感器、土壤电导率传感器、土壤养分传感器。

3.根据权利要求1所述的一种地下块茎作物生长监测装置，其特征在于，所述天气信息采集传感器模块安装有空气温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器。

4.根据权利要求1所述的一种地下块茎作物生长监测装置，其特征在于，所述底板有两个，底板由耐腐蚀、耐磨损绝缘复合材料制成，底板卡座由耐腐蚀、耐磨损的复合金属材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种地下块茎作物生长监测装置，其特征在于，所述摄像头为集成化小型摄像头。

6.根据权利要求1所述的一种地下块茎作物生长监测装置，其特征在于：所述可视化显示平台为计算机。

7.根据权利要求1所述的一种地下块茎作物生长监测装置，其特征在于：所述中心控制模块采用ARM控制芯片或DSP芯片。

8.根据权利要求1所述的一种地下块茎作物生长监测装置，其特征在于：所述数据传输模块包括网络化服务器与无线传输模块。

9.根据权利要求1所述的一种地下块茎作物生长监测装置，其特征在于：所述电源供电模块为生物能电源模块。

10.一种使用权利要求1所述地下块茎作物生长监测装置的地下块茎作物生长监测方法，其特征在于，

（1）将带有底板的底板卡座同深度垂直插入被测植物地下块茎生长区域；

（2）启动电源供电模块，电源供电开始向中心控制模块供电；

（3）中心控制模块输出控制信号，数据采集模块开始采集土壤墒情数据与天气信息数据，激励信号产生模块将产生激励电信号；

（4）同时，中心控制模块产生对底板上M(NN)个电极连接的开关逻辑选通模块中转换开关的通断控制信号，并按照电极排列依次完成水平方向与垂直方向的数据采集，其过程如下：

①通过中心控制模块对底板上水平方向M(NN)个电极连接的转换开关进行通断控制，使一个底板上的N路转换开关处于接通激励信号产生模块状态，其余M(NN)-N路转换开关均处于接通数据采集模块状态，处于接通激励信号产生模块的电极为当前激励电极，处于接通数据采集模块状态的电极为当前测量电极；

②通过数据采集模块采集M(NN)-N个测量结果；

③重复①至②，循环控制转换开关的通断，完成水平方向底板上的MN次数据采集过程，并获得数据采集结果包括MN(M(NN)-N)个测量值；

④重复①至③，获得垂直方向的数据采集结果包括MN(M(NN)-N)个测量值；

（5）将采集的土壤墒情数据、天气信息数据、电极测量数据、以及视频信息依次通过中心控制模块、数据传输模块发送至可视化显示平台；

（6）可视化显示平台对底板水平方向与垂直方向获得的2MN(M(NN)-N)个电极测量结果进行数据处理，利用图像重建方法获得监测区域水平方向与垂直方向的成像结果，再利用轮廓提取法进行修正，实现地下块茎作物生长形状、大小的监测，同时，将采集的土壤墒情数据、天气信息数据、以及摄像头采集的视频图像显示并保存。