基于物联网的农作物生长监测装置论文和设计-张宝忠

全文摘要

本实用新型公开了一种基于物联网的农作物生长监测装置，其包括若干监测机构，每个监测机构包括基座和固定在基座上的支撑杆，支撑杆设置有采用上锥形罩和下锥形罩扣合而成的电器安装箱；邻近上锥形罩最低面的支撑杆上设置有带动摆臂旋转的部件，摆臂上设置有若干激光测距传感器，上锥形罩所在段的支撑杆上设置有带动超高清摄像头旋转的部件，超高清摄像头采集的图像可以用于管理人员对农作物的叶片生长情况进行确定，激光测距传感采集的数据可以用于农作物株高的确认。

主设计要求

1.基于物联网的农作物生长监测装置，其特征在于，包括若干安装在田间的作物监测机构，所述作物监测机构包括支撑杆和若干布置于土壤中的土壤传感器，所述支撑杆的上端固定有一开口向下的上锥形罩，所述上锥形罩下方的支撑杆上活动安装有相对支撑杆上下滑动的下锥形罩，所述下锥形罩与所述上锥形罩扣合形成电器安装箱；邻近上锥形罩最低面的支撑杆上通过轴承安装有第一涡轮，所述第一涡轮的上表面固定有一安装块，所述安装块上固定有与支撑杆垂直的摆臂，所述摆臂的下表面安装有若干等间距排布的激光测距传感器，所述下锥形罩的边缘开设有一容纳摆臂的条形卡槽；所述电器安装箱内的支撑杆上固定有支撑板，所述支撑板上放置有蓄电池、与蓄电池连接的第一电机、控制器和第一电动推杆，所述第一电机的输出轴上固定有与第一涡轮配合的第一蜗杆，所述第一电动推杆的自由端与下锥形罩的内表面固定连接，且安装第一电动推杆的支撑板的最高点低于摆臂的最低点；所述第一电机、第一电动推杆、激光测距传感器、土壤传感器均与蓄电池和控制器连接，所有作物监测机构的控制器均通过物联网与监控室内的服务器连接。

设计方案

1.基于物联网的农作物生长监测装置，其特征在于，包括若干安装在田间的作物监测机构，所述作物监测机构包括支撑杆和若干布置于土壤中的土壤传感器，所述支撑杆的上端固定有一开口向下的上锥形罩，所述上锥形罩下方的支撑杆上活动安装有相对支撑杆上下滑动的下锥形罩，所述下锥形罩与所述上锥形罩扣合形成电器安装箱；

邻近上锥形罩最低面的支撑杆上通过轴承安装有第一涡轮，所述第一涡轮的上表面固定有一安装块，所述安装块上固定有与支撑杆垂直的摆臂，所述摆臂的下表面安装有若干等间距排布的激光测距传感器，所述下锥形罩的边缘开设有一容纳摆臂的条形卡槽；

所述电器安装箱内的支撑杆上固定有支撑板，所述支撑板上放置有蓄电池、与蓄电池连接的第一电机、控制器和第一电动推杆，所述第一电机的输出轴上固定有与第一涡轮配合的第一蜗杆，所述第一电动推杆的自由端与下锥形罩的内表面固定连接，且安装第一电动推杆的支撑板的最高点低于摆臂的最低点；所述第一电机、第一电动推杆、激光测距传感器、土壤传感器均与蓄电池和控制器连接，所有作物监测机构的控制器均通过物联网与监控室内的服务器连接。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的农作物生长监测装置，其特征在于，所述作物监测机构还包括基座，所述支撑杆固定在所述基座上，所述基座上固定安装有若干向下倾斜延伸的固定爪，所述土壤传感器固定在固定爪上。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的农作物生长监测装置，其特征在于，邻近上锥形罩顶面的支撑杆上通过轴承安装有第二涡轮，所述第二涡轮的上表面固定有一支撑块，所述支撑块通过连接杆倾斜安装有超高清摄像头，所述超高清摄像头的最低点高于摆臂的最高点；其中一块支撑板上固定有第二电机，所述第二电机的输出轴上固定有与第二涡轮配合的第二蜗杆，所述超高清摄像头和第二电机均与控制器和蓄电池连接。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的农作物生长监测装置，其特征在于，所述支撑杆的顶面通过球形铰连接有一顶面积大于电器安装箱最大横截面面积的太阳能电池板，所述太阳能电池板的顶面安装有雨量传感器和光照传感器；

所述电器安装箱内的同一支撑板上放置有蓄电池、与蓄电池连接的第二电动推杆和第三电动推杆；第二电动推杆和第三电动推杆与支撑杆的连线相互垂直；所述太阳能电池板通过太阳能控制器与蓄电池和控制器连接；

所述第二电动推杆和第三电动推杆的自由端均穿出上锥形罩与太阳能电池板固定连接，且所述太阳能电池板处于水平状态时，第二电动推杆和第三电动推杆处于伸长状态；所述第二电动推杆和第三电动推杆均与控制器连接。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的农作物生长监测装置，其特征在于，所述第一涡轮下方的支撑杆上设置有通过控制开关与蓄电池电连接的杀虫灯，所述控制器分别与控制开关与杀虫灯连接。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的农作物生长监测装置，其特征在于，所述杀虫灯包括通过连杆设置在支撑杆上的圆形底座和灯盖，所述圆形底座和灯盖之间安装有玻璃灯罩；所述玻璃灯罩外设置有通过控制开关与蓄电池电连接的高压电网，玻璃灯罩内设置有柱形电路板；

所述柱形电路板包括若干圈具有唯一ID的环形电路板，不同环形电路板上安装有若干光谱为单波段的灯珠，同一环形电路板上的灯珠的光谱相同，不同环形电路板上的灯珠的光谱均不相同。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的农作物生长监测装置，其特征在于，所述土壤传感器包括与控制器电连接的土壤盐分传感器、PH值探头和湿度传感器。

8.根据权利要求1-7任一所述的基于物联网的农作物生长监测装置，其特征在于，所述摆臂为与控制器和蓄电池连接的第四电动推杆，所述激光测距传感器的数量比第四电动推杆的伸缩节数量少一个，第四电动推杆的最大直径的伸缩节短于余下伸缩节，且余下伸缩节的长度均相等；

非最大直径的伸缩节上均设置有一个激光测距传感器，且激光测距传感器位于伸缩节邻近下一个直径缩小伸缩节的端部；第四电动杆缩短至最小长度时，其位于电器安装箱内。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及农作物监控技术领域，具体涉及基于物联网的农作物生长监测装置。

背景技术

中国作为农业大国，各种农作物种植范围非常广大，同时，各种对农作物进行改善的研究也层出不穷。为了确保农作物的生长状态，以便提供合理的照顾，对农作物的实时监测十分重要，尤其是试验田中的试产农作物，更是需要实时监测，获得详细数据以便作为实验依据。

目前，对农作物生长状态的监测，多是通过工作人员实地观察来实现，如此，工作强度大，费时费力，工作效率难以提高。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供了一种管理人员在监控室就可以了解农作物生长状况的基于物联网的农作物生长监测装置。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为：

提供一种基于物联网的农作物生长监测装置，其包括若干安装在田间的作物监测机构，所述作物监测机构包括支撑杆和若干布置于土壤中的土壤传感器，所述支撑杆的上端固定有一开口向下的上锥形罩，所述上锥形罩下方的支撑杆上活动安装有相对支撑杆上下滑动的下锥形罩，所述下锥形罩与所述上锥形罩扣合形成电器安装箱；

进一步地，所述作物监测机构还包括基座，所述支撑杆固定在所述基座上，所述基座上固定安装有若干向下倾斜延伸的固定爪，所述土壤传感器固定在固定爪上。

进一步地，邻近上锥形罩顶面的支撑杆上通过轴承安装有第二涡轮，所述第二涡轮的上表面固定有一支撑块，所述支撑块通过连接杆倾斜安装有超高清摄像头，所述超高清摄像头的最低点高于摆臂的最高点；其中一块支撑板上固定有第二电机，所述第二电机的输出轴上固定有与第二涡轮配合的第二蜗杆，所述超高清摄像头和第二电机均与控制器和蓄电池连接。

进一步地，所述支撑杆的顶面通过球形铰连接有一顶面积大于电器安装箱最大横截面面积的太阳能电池板，所述太阳能电池板的顶面安装有雨量传感器和光照传感器；

所述电器安装箱内的同一支撑板上放置有蓄电池、与蓄电池连接的第二电动推杆和第三电动推杆；第二电动推杆和第三电动推杆与支撑杆的连线相互垂直；太阳能电池板通过太阳能控制器与蓄电池和控制器连接；

进一步地，所述第一涡轮下方的支撑杆上设置有通过控制开关与蓄电池电连接的杀虫灯，所述控制器分别与控制开关与杀虫灯连接。

进一步地，所述杀虫灯包括通过连杆设置在支撑杆上的圆形底座和灯盖，所述圆形底座和灯盖之间安装有玻璃灯罩；所述玻璃灯罩外设置有通过控制开关与蓄电池电连接的高压电网，玻璃灯罩内设置有柱形电路板；

进一步地，所述土壤传感器包括与控制器电连接的土壤盐分传感器、PH值探头和湿度传感器。

进一步地，所述摆臂为与控制器和蓄电池连接的第四电动推杆，所述激光测距传感器的数量比第四电动推杆的伸缩节数量少一个，第四电动推杆的最大直径的伸缩节短于余下伸缩节，且余下伸缩节的长度均相等；

本实用新型的有益效果为：本方案的作物监测机构在工作时，首先通过第一电动推杆带动下锥形罩向下运动一段距离，之后通过第一电机、第一蜗杆和第一涡轮的相互配合，可以带着若干激光测距传感器在一定范围内旋转，实现对不同范围内的农作物的高度的采集，之后通过控制器上传至服务器，这样管理人员通过服务器接收的数据就可以得知田间作物的株高。

本方案采用上锥形罩和下锥形罩扣合构成电器安装箱，电器部件可以封闭在箱体内，以提高布置在田间的监测机构中电器部件的安全性；高清摄像头采集的图像经过控制上传至服务器，管理人员可以通过服务器接收的图像了解农作物的叶子生长情况、是否发生倒伏及农作物是否出现虫害。

采用第一电动推杆可以带着下锥形罩沿着支撑杆向下运动，以使位于电器安装箱内的高清摄像头的视野无遮挡。采用第二电机、第二涡轮和第二蜗杆的相互配合，可以使高清摄像头相对支撑杆旋转，以进一步在每次监测时扩大采集到农作物的面积，以达到监测更准确的目的。

本方案设置的固定爪可以辅助基座插入田间，同时其还可以作为土壤传感器的附着点，方便土壤传感器快速地布置在田间。

附图说明

图1为基于物联网的农作物生长监测装置的结构示意图。

图2为图1中局部放大图。

图3为下锥形罩的侧视图。

图4为柱形电路板的立体图。

其中，1、基座；11、固定爪；12、土壤传感器；2、支撑杆；21、轴承；22、第一涡轮；221、安装块；23、摆臂；231、激光测距传感器；24、第二涡轮；241、支撑块；25、连接杆；26、超高清摄像头；27、球形铰；

3、电器安装箱；31、上锥形罩；32、下锥形罩；321、条形卡槽；33、支撑板；34、蓄电池；35、第一电机；351、第一蜗杆；36、第二电机；361、第二蜗杆；37、第一电动推杆；38、第二电动推杆；39、第三电动推杆；

4、太阳能电池板；41、雨量传感器；42、光照传感器；5、控制器；6、杀虫灯；61、连杆；62、圆形底座；63、灯盖；64、玻璃灯罩；65、高压电网；66、柱形电路板；661、环形电路板；6611、灯珠。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1所示，本方案提供的基于物联网的农作物生长监测装置包括若干安装在田间的作物监测机构，作物监测机构包括支撑杆2和若干布置于土壤中的土壤传感器12。

实施时，本方案优选土壤传感器12包括与控制器5电连接的土壤盐分传感器、PH值探头和湿度传感器。设置土壤盐分传感器、PH值探头和湿度传感器后，其能够将采集的土壤信息通过控制器5发送给服务器进行存储，管理人员通过服务器收到的土壤信息以确定农作物是否缺营养物质和水分，以实现给农作物合理补充相应物质。

支撑杆2的上端固定有一开口向下的上锥形罩31，上锥形罩31下方的支撑杆2上活动安装有相对支撑杆2上下滑动的下锥形罩32，下锥形罩32与上锥形罩31扣合形成电器安装箱3。

如图1至图3所示，邻近上锥形罩31最低面的支撑杆2上通过轴承21安装有第一涡轮22，第一涡轮22的上表面固定有一安装块221，安装块221上固定有与支撑杆2垂直的摆臂23，摆臂23的下表面安装有若干等间距排布的激光测距传感器231，下锥形罩32的边缘开设有一容纳摆臂23的条形卡槽321；条形卡槽321的宽度大于摆臂23和激光测距传感器231两个中的最大宽度。

条形卡槽321的设置，在下锥形罩32与上锥形罩31扣合时，摆臂23进入条形卡槽321内，以使下锥形罩32与上锥形罩31的上下表面完全接触，以避免摆臂23的存在使下锥形罩32与上锥形罩31扣合不严，而影响电器安装箱3内电器件的保护。

电器安装箱3内的支撑杆2上固定有支撑板33，支撑板33上放置有蓄电池34、与蓄电池34连接的第一电机35、控制器5和第一电动推杆37；第一电机35的输出轴上固定有与第一涡轮22配合的第一蜗杆351，第一电动推杆37的自由端与下锥形罩32的内表面固定连接，且安装第一电动推杆37的支撑板33的最高点低于摆臂23的最低点；

第一电动推杆37与摆臂23相对位置的设置，可以使摆臂23的旋转中心高于第一电动推杆37，以避免摆臂23在旋转时碰撞至第一电动推杆37，以影响细长的摆臂23的使用寿命。

其中，第一电机35、第一电动推杆37、激光测距传感器231、土壤传感器12均与蓄电池34和控制器5连接，所有作物监测机构的控制器5均通过物联网与监控室内的服务器连接。控制器5为采用STC89C52RC芯片的单片机，服务器为电脑，土壤盐分传感器的品牌为万普，其型号为WP-Y100；PH值探头的型号为BPHDJT9501；湿度传感器的型号为Honeywell公司的HIH-3605型。

如图1所示，作物监测机构还包括基座1，支撑杆2固定在基座1上，基座1上固定安装有若干向下倾斜延伸的固定爪11，土壤传感器12固定在固定爪11上。固定爪11的设置，可以提高支撑杆2固定在田间的稳定性，同时还可以作为土壤传感器12提供附着点，以方便土壤传感器12的快速安装及后续维护。

如图1和图2所示，邻近上锥形罩31顶面的支撑杆2上通过轴承21安装有第二涡轮24，第二涡轮24的上表面固定有一支撑块241，支撑块241通过连接杆25倾斜安装有超高清摄像头26，超高清摄像头26的最低点高于摆臂23的最高点；超高清摄像头26与摆臂23相对位置的独特设置，可以避免超高清摄像头26在旋转时碰撞上摆臂23，影响农作物图像采集及碰撞损坏昂贵的超高清摄像头26。

在本发明的一个实施例中，摆臂23为与控制器5和蓄电池连接的第四电动推杆，激光测距传感器231的数量比第四电动推杆的伸缩节数量少一个，第四电动推杆的最大直径的伸缩节短于余下伸缩节，且余下伸缩节的长度均相等；

非最大直径的伸缩节上均设置有一个激光测距传感器231，且激光测距传感器231位于伸缩节邻近下一个直径缩小伸缩节的端部；第四电动杆缩短至最小长度时，其位于电器安装箱3内。

摆臂23采用上述结构后，在未进行农作物高度采集时，可以将摆臂23和所有的激光测距传感器231收纳于电器安装箱3内，以避免人为损坏摆臂23及风力吹断摆臂23，从而提高了摆臂23及激光测距传感器231的使用寿命。

其中一块支撑板33上固定有第二电机36，第二电机36的输出轴固定有与第二涡轮24配合的第二蜗杆361，超高清摄像头26和第二电机36均与控制器5和蓄电池34连接。

第二电机36、第二蜗杆361和第二涡轮24的相互配合，可以在第一电动推杆37带动下锥形罩32运动一定距离后，带动超高清摄像头26旋转，以获得更宽视野的图像。

实施时，本方案优选支撑杆2的顶面通过球形铰27连接有一顶面积大于电器安装箱3最大横截面面积的太阳能电池板4，太阳能电池板4的顶面安装有雨量传感器41和光照传感器42。雨量传感器41的型号为JZ-1501，光照传感器42的型号为HA2003。

太阳能电池板4尺寸的独特设置，可以在太阳能电池板4位于水平状态时完全遮挡住电器安装箱3，这样在下雨时，太阳能电池板4可以对电器安装箱3起到避雨的作用，以达到对电器安装箱3内的电器部件的保护。

电器安装箱3内的同一支撑板33上放置有蓄电池34、与蓄电池34连接的第二电动推杆38和第三电动推杆39；第二电动推杆38和第三电动推杆39与支撑杆2的连线相互垂直；太阳能电池板4通过太阳能控制器与蓄电池34和控制器连接；第二电动推杆38和第三电动推杆39安装位置的设置，可以通过其中一个电动推杆实现太阳能电池板4两个方向的调整。

第二电动推杆38和第三电动推杆39的自由端均穿出上锥形罩31与太阳能电池板4通过球形铰27连接，且太阳能电池板4处于水平状态时，第二电动推杆38和第三电动推杆39处于伸长状态；第二电动推杆38和第三电动推杆39均与控制器5连接。

雨量传感器41的设置，控制器5可以根据雨量传感器41上传的雨量信息确定天气，以最终确定是否调整第二电动推杆38和第三电动推杆39使太阳能电池板4位于水状态，给电器安装箱3提供挡雨的功能。控制器5可以根据实时时间确定太阳位于的方位，之后再结合光照传感器42可以达到对太阳能电池板4朝向的调整，以最终保证太阳能电池板4持续处于最佳光照状态。

在本实用新型的一个实施例中，第一涡轮22下方的支撑杆2上设置有通过控制开关与蓄电池34电连接的杀虫灯6，控制器5分别与控制开关与杀虫灯6连接。设置杀虫灯6后，在管理人员根据超高清摄像头26上传的图片确定农作物发生虫害时，以通过服务器控制控制器5在害虫活动时间段启动杀虫灯6，以达到对害虫的捕杀。

如图4所示，杀虫灯6包括通过连杆61设置在支撑杆2上的圆形底座62和灯盖63，圆形底座62和灯盖63之间安装有玻璃灯罩64；玻璃灯罩64外设置有通过控制开关与蓄电池电连接的高压电网65，玻璃灯罩64内设置有柱形电路板66。

柱形电路板66包括若干圈具有唯一ID的环形电路板661，不同环形电路板661上安装有若干光谱为单波段的灯珠6611，同一环形电路板661上的灯珠6611的光谱相同，不同环形电路板661上的灯珠6611的光谱均不相同。

采用上述结构的杀虫灯6后，管理人员可以根据农作物叶片的情况确定爆发的害虫的类型或者根据农作物当前生长所处周期易爆发的害虫类型，接着管理人员再根据害虫的类型确定害虫的活动时间及偏好的波段，之后通过服务器控制其在相应时段开启害虫偏好波段的灯珠6611，以达到有针对性的对害虫进行捕杀。

设计图

基于物联网的农作物生长监测装置论文和设计

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