具有自主导航功能的作物参数检测装置的制作方法

本发明属于作物表型参数检测领域和装置领域，尤其涉及一种具有自主导航功能的作物表型参数检测装置。

背景技术：

农业现代化快速发展，在研究农作物时，需要对作物表型参数进行检测，近些年来，虽然针对作物表型参数检测的各种传感器已经研制成功且广泛应用，但作物表型参数的检测工作还十分不便，检测人员常常需要携带各种检测设备亲自在田间进行检测，或者从田间取回样本再回到实验室进行检测，这样不仅效率低下，而且使得检测人员十分劳累。装置技术和导航技术的发展，为解决这类问题提供了可能性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种具有自主导航功能的作物参数检测装置，将自主导航装置和作物参数检测传感器相结合，使得获取数据变得更加智能化，同时使得对作物表行参数的检测更为快捷、方便，大大减少了检测人员的工作强度。

为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是：具有自主导航功能的作物参数检测装置，包括：MCU 单元、叶绿素检测模块、红外测温模块、NDVI 检测模块、SD 卡模块、GPRS 通信模块、图像采集模块、GPS 模块、激光测距模块、接触传感器模块、电机驱动模块、陀螺仪模块、充电管理模块、锂离子蓄电池、太阳能电池板，其中MCU 单元分别与叶绿素检测模块、红外测温模块、NDVI 检测模块、SD 卡模块、GPRS 通信模块、图像采集模块、GPS 模块、激光测距模块、接触传感器模块、电机驱动模块、陀螺仪模块和充电管理模块相连，锂离子蓄电池和太阳能电池板分别与充电管理模块相连，同时充电管理模块与电机驱动模块相连；所述的太阳能电池板为圆形，其上设有凸透镜层，所述的凸透镜层是由焦距不同的六棱形凸透镜组成的向上拱起的半球状曲面；或者所述的太阳能电池板为椭圆形，其上设有凸透镜层，所述的凸透镜层是由焦距不同的六棱形凸透镜组成的向上拱起的半椭球状曲面。

优选地，MCU 单元型号为ATMEGA2560。

优选地，叶绿素检测模块型号为TYS-3N。

优选地，红外测温模块型号为MLX90614ESF。

优选地，NDVI检测模块型号为GreenSeeker。

优选地，SD 卡模块型号为MicroSD Card Adapterv0.9b。

优选地，GPRS模块型号为GTM900。

优选地，图像传输模块型号为OV7670。

优选地，GPS 模块型号为ATK-GPS。

优选地，陀螺仪模块型号为MPU6050。

本发明的技术方案采用嵌入式智能控制技术，内部集成了自主导航模块，通过GPS 导航和激光测距传感器以及接触传感器相结合(GPS 模块负责大致定位，激光测距传感器和接触传感器用于精确定位和测定装置四周的障碍物情况)，可实现大范围的自主导航。装置搭载了多种作物表型参数检测传感器，可对作物的各种参数进行检测，利用GPRS模块来远距离传输测量结果和对装置进行远程控制。并且装置利用锂离子蓄电池和太阳能电池板相结合，为装置提供电源，提高连续作业能力，以实现大范围野外连续测量任务。本发明可根据不同需求响应挂载不同的传感器，可以测量多种作物的表型参数，以适应不同场合的需求。本发明的太阳能电池板其上具有向上拱起的半球状或者半椭球状的凸透镜层，一方面凸透镜具有聚光能力，能够增加太阳能电池板的光照强度，另一方面向上拱起的半球状或者半椭球状曲面能够增加受光面积，从而也能增加太阳能电池板的光照强度，光照强度增加，太阳能电池板的光电转化效率也增加。

附图说明

图1 为本发明的结构组成框图。

图2为太阳能电池板的具体结构。

具体实施方式

参见附图，一种具有自主导航功能的作物表型参数检测装置，包括：MCU、叶绿素检测模块、红外测温模块、NDVI 检测模块、SD 卡模块、GPRS 通信模块、图像采集模块、GPS 模块、激光测距模块、接触传感器模块、电机驱动模块、陀螺仪模块、充电管理模块、锂离子蓄电池、太阳能电池板，其中MCU 分别于叶绿素检测模块、红外测温模块、NDVI 检测模块、SD卡模块、GPRS 通信模块、图像采集模块、GPS 模块、激光测距模块、接触传感器模块、电机驱动模块、陀螺仪模块、充电管理模块相连，锂离子蓄电池和太阳能电池板与充电管理模块相连，充电管理模块还与电机驱动模块相连。

如图2所示，所述的太阳能电池板8为圆形，其上设有凸透镜层81，所述的凸透镜层81是由焦距不同的六棱形凸透镜82组成的向上拱起的半球状曲面；或者所述的太阳能电池板8为椭圆形，其上设有凸透镜层81，所述的凸透镜层81是由焦距不同的六棱形凸透镜82组成的向上拱起的半椭球状曲面。所述凸透镜层上的六棱凸透镜的焦点都落在太阳能电池板上。

MCU 作为中央控制器，其型号为ATMEGA2560(Flash Memory 256KB,100pin)，该芯片集成了4 路UART 串口通信模块，具有15 路AD/DA 和一路IIC 总线，以及SPI 接口。片内外设丰富，可以简化电路减轻机体负载。

叶绿素检测模块用于检测植株的叶绿素、氮素含量，其型号为TYS-3N，可同时测得叶绿素、氮素含量，便于植物养分等信息分布图形的绘制，为植物精确施肥提供依据。其特点是快速无损地进行植物活体检测，不损害作物，不影响植物的成长。叶绿素检测模块与MCU 相连，通信方式为串口通信。

红外测温模块用于检测植株的表面温度，其型号为MLX90614ESF，MLX90614ESF 是一款非接触式温度测量的红外温度计。其封装内集成了对红外灵敏的热电堆探测器芯片和信号处理ASSP( 专用集成电路) 芯片。由于集成了低噪声放大器、17 位ADC 和强大的DSP单元，可以高精度地测量温度，其在整个温度测量范围内的分辨率为0.02℃，输出方式为数字SMBus 输出。

NDVI 检测模块型号为GreenSeeker，GreenSeeker 光谱仪是一种作物研究与诊断工具，能够提供植被归一化指数(NDVI) 和植被等物质的红光与近红外的比值。这些指数反映作物对于养分的响应、作物生长条件、潜在产量、应力以及病虫害的影响等。该模块也可以用来监测田间( 作物、植被) 环境的变化，或者对比不同施肥量与当地标准施肥量之间所产生的差异。

SD 卡模块用于存储作物参数的检测数据，其型号为MicroSD Card Adapter v0.9b，该模块(MicroSD Card Adapter) 是MicroSD 卡读写模块，通过SPI 接口驱动程序，利用MCU 完成对SD 卡的初始化和读写，其体积小，通信速度快，可长时间、大容量存取传感器测得的参数。

GPRS 模块用于远距离传输作物参数的检测数据和装置的控制命令，其型号为GTM900 模块，GTM900 模块集电话、短信、GPRS 功能于一身，具有接收灵敏度高、待机电流小、并且体积小、质量轻等优点。

图像采集模块用于图像的采集，其型号为OV7670( 含FIFO 存储)，该模块采用640*480 感光阵列，输出VGA 图像最高达到30 帧/ 秒，SCCB 总线控制，带FIFO 存储，解决了采集速度快，而图像传输速度慢的问题。

GPS 模块用于装置的定位及导航，其型号为ATK-GPS，该模块采用U-BLOX NEO-6M模组，模块自带高性能无源陶瓷天线，并自带可充电后备电池，支持温启动或热启动，后备电池在主电源断电后，可以维持半小时左右的GPS 接收数据保存。

激光测距传感器和接触传感器用于精确定位，以及测定装置四周的障碍物情况。

电机驱动模块用于驱动装置运动。

陀螺仪模块型号为MPU6050，MPU-6000 为全球首例整合性6 轴运动处理组件，减少了大量的包装空间。其作用是保持装置行进运动时的平稳。

充电管理模块负责管理锂离子蓄电池和太阳能电池板的充电，并为整个装置系统供电。

装置利用搭载的多种作物表型参数检测传感器( 包括：红外测温模块、叶绿素检测模块、NDVI 检测模块)，可对作物的各种参数进行检测；利用现有的物联网技术和移动通信技术，通过装置的GPS 模块大致定位，利用GPRS 模块实时和监测控制中心进行远程通讯，一方面GPRS 模块向监测中心发送位置信息和作物参数检测所得数据，另一方面监测中心根据GPRS 发回的位置信息向装置发送到达指定位置、自主导航、参数采集、停止工作等指令，实现对装置的远程遥控。利用锂离子蓄电池和太阳能电池板相结合，为装置提供电源，提高装置的连续作业能力，以实现大范围野外连续测量任务。在装置的整个工作过程中，图像采集模块进行图像采集。此外，装置可根据不同需求响应挂载其他不同的传感器，可以测量多种作物的表型参数，以适应不同场合的需求。

装置在自主导航过程中，只需指定目的地即可，无需人为干涉导航路径，可装置的MCU 通过分析GPS 模块、激光测距传感器和接触传感器提供的信息(GPS 模块负责大致定位，激光测距传感器和接触传感器用于精确定位和测定装置四周的障碍物情况)，准确确定行进路线，且同时控制电机驱动模块，驱动装置运动，从而实现装置的自主运动。