一种基于气体污染物传感器的农业可视化系统的制作方法

本实用新型涉及智慧农业领域，尤其涉及一种应用于现代农业可视化以及环境气体浓度检测的智慧农业信息系统。

背景技术：

空气是万物生存之本。然而，随着社会建设中带来的废气随意排放，使得大气环境每况愈下，污染物的浓度相比以往有所提高。这些大气污染物的存在不仅影响着人类的生活健康，对于农作物的生长也非常不利。当大气污染物的浓度超过农作物的忍耐限度，会使农作物的细胞及组织器官受到伤害，生理功能和生长发育受阻，从而降低产物品质，严重时可造成农作物的死亡。由此可见大气污染物的含量对于农作物的生长至关重要。而农场管理可视化能够大大提高农业管理效率，实时了解农作物生长情况，周围空气环境等重要参数也能够为促进管理者的实时决策提供可靠依据。有鉴于此，本实用新型提出了一种基于气体污染物传感器的农业可视化系统，具体来说是基于全景环带镜头与气体污染物传感器的智能农业可视化系统。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提出了一种基于气体污染物传感器的农业可视化系统，具体是集成了360度全景环带镜头以及气体污染物传感器的智慧农业可视化系统。本实用新型的系统的优势在于：1)利用全景环带镜头的超大型环形视场，能够对田地等农作物区实现大范围可视化成像，采集农作物生长情况等相关信息，同时将采集的视频信息传输给管理者以供使用。2)利用了多种气体污染物传感器来实现对农作物生长周边空气污染物浓度进行数字化实时监测，包括氨气，臭氧，二氧化硫，二氧化碳，硫化氢，氯气等气体污染物浓度的实时超灵敏监测。

本实用新型的一种基于气体污染物传感器的农业可视化系统，包括：多个气体污染物传感器，对空气中的多种污染物进行实时监测；360度全景环带镜头，用于对农场区周围环形视场内的农作物生长情况、人员工作情况进行实时监控；计算机，分别与所述多个气体污染物传感器和360度全景环带镜头连接，其中，每个气体污染物传感器由电化学探头、信号处理器、RS-485接口构成，所述电化学探头作为传感器探测端，用于监测空气中污染物的浓度，所述信号处理器与所述电化学探头连接，将采集的空气污染物浓度信号转换为计算机可识别的电信号输出至RS-485接口，所述RS-485接口用于与所述计算机连接，所述360度全景环带镜头通过数据线与所述计算机连接，将农场区周围的图像信号传输至所述计算机。

优选地，所述多个气体污染物传感器包括氨气传感器、臭氧传感器、二氧化硫传感器、二氧化碳传感器、硫化氢传感器和氯气传感器。

优选地，所述360度全景环带镜头从物侧起依次包括第二凹面反射镜、第一凹面反射镜、中继透镜组以及CCD探测器，其中第一凹面反射镜的中央具有圆孔，第一凹面反射镜和第二凹面反射镜以光轴为中心旋转对称，并且其反射面相对而置，光线经由后置的第一凹面反射镜反射至前置的第二凹面反射镜，由前置的第二凹面反射镜将光线反射通过后置的第一凹面反射镜中央的圆孔而进入中继透镜组，中继透镜组由若干面透镜组成，光线通过中继透镜组聚焦至系统焦平面上，由CCD探测器进行探测成像。

优选地，所述数据线为USB数据线。

优选地，所述360度全景环带镜头安装于路灯支架或农场大棚上。

优选地，所述多个气体污染物传感器设置于农作物生长区。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型的农业可视化系统的建设及维护成本相对于传统的要低。通常，要实现对光学视场位于XOY平面内的物体进行360度成像，一般需要至少4个广角枪机。而所述基于两片反射式的360度全景环带镜头因其独特的光学设计原理与成像原理，只需要一个镜头便可实现大范围视场的监控。因此以360度全景镜头作为视频信息采集装置可在一定程度上降低系统的建设成本。

2、本实用新型的农业可视化系统的稳定性强，故障率低，使用寿命长。传统式的枪机或球机为了实现目标的对焦，都必须采用微型的步进电机以及复杂的机械结构，因此在长时间及恶劣环境下，产品的故障率高，增加了系统的不稳定性，本系统中所述的360度全景环带镜头，主镜头由两片高反镜组成，基于反射成像原理，以极其简单的机械结构实现对大范围视场的成像，整个镜头无运动部件，可适应于各种复杂环境，且在长时间的使用中也很少出现故障。

3、在传统农业中，对于氨气、臭氧、二氧化硫、二氧化碳、硫化氢、氯气等污染物浓度的探测受限于探测手段的落后，或者探测的灵敏度不够高等客观因素，不能准确反映农作物周边空气质量以供管理者决策。在本实用新型的系统中，对于这些重要大气污染物气体浓度采用了环境气体探测器，可实时地给出详细、准确的数字化参数。

4、本系统所采用的环境气体探测器具有较高的分辨率，足以适用于农业生产。

5、本系统采取可视化视频传感器与环境气体传感器结合的方式，不仅可实时输出农业区全景图像，方便务农者了解农产品生长情况，还可以给出相关空气质量参数，有效提高务农者劳作效率以及科学务农。

附图说明

图1是本实用新型的实施例的数字式氨气(臭氧/二氧化硫/二氧化碳/硫化氢/氯气)传感器的结构示意图，图中101为电化学探头，102为信号处理器，103为RS-485接口，104为传感器信号线，105为485信号线。

图2是本实用新型的实施例的360度全景环带镜头的结构示意图，图中201为第一凹面反射镜，202为第二凹面反射镜，203为中继透镜组，204为焦平面(CCD探测器)。

图3是本实用新型的一个实施例的基于气体污染物传感器的农业可视化系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本实用新型作进一步说明，其目的仅在于更好地理解本实用新型的研究内容而非限制本实用新型的保护范围。

发明人发现，智慧农业作为智慧城市建设的重要组成部分之一，而借助于先进的光电传感技术能够从多维度，高效的，智能的，科学的，信息化地辅助农业的劳作与管理，360度全景环带镜头因其超大视场在农场视频成像传输上有着巨大的优势，而一系列的环境气体传感器则能够实时，有效，准确的检测出空气中气体污染物的浓度，两者的有机结合能够为使用者提供“视觉”和“嗅觉”等多维度的信息，从而促进智慧农业，精准农业的发展与管理。

本实用新型提供一种基于气体污染物传感器的农业可视化系统，具体地，是一种集成360度全景镜头和环境气体传感器(气体污染物传感器)的智慧农业信息系统。如图3所示，本实用新型的基于气体污染物传感器的农业可视化系统包括：多个气体污染物传感器11～16，360度全景环带镜头2以及计算机3。

多个气体污染物传感器11～16，用于对空气中的多种污染物浓度进行实时监测。所述多个气体污染物传感器包括氨气传感器11、臭氧传感器12、二氧化硫传感器13、二氧化碳传感器14、硫化氢传感器15和氯气传感器16。其中，每个气体污染物传感器由电化学探头、信号处理器、RS-485接口构成，所述电化学探头作为传感器探测端，用于监测空气中污染物的浓度，所述信号处理器与所述电化学探头连接，将采集的气体污染物浓度信号转换为计算机可识别的电信号输出至RS-485接口，所述RS-485接口用于与所述计算机3连接。多个气体污染物传感器11～16通过述RS-485接口分别与计算机3连接，将传感器采集到的信号传输至计算机3。

360度全景环带镜头2，用于对农场区周围环形视场内的农作物生长情况、人员工作情况进行实时监控。所述360度全景环带镜头通过数据线与所述计算机3连接，将农场区周围的图像信号传输至所述计算机3。

下面详细说明本实用新型的农业可视化系统的各个部分。

如图1所示，所述气体污染物传感器11～16，用于对空气中的氨气(臭氧/二氧化硫/二氧化碳/硫化氢/氯气)的浓度实时检测。在一个实施例中，各气体污染物传感器主要由电化学探头101，信号处理器102，RS-485接口103组成，电化学探头101用作传感器探头，对氨气(臭氧/二氧化硫/二氧化碳/硫化氢/氯气)浓度进行直接探测。对于不同的污染气体探测需采用不同的电化学探头，电化学探头根据待测物的浓度给出不同的电位差，通过传感器信号线104把信号送入信号处理器102，处理器102根据相应的输入电压值换算成相应的计算机可识别的信号值，由485信号线105连接RS-485接口103，通过RS-485接口103传输至其他外接设备，比如计算机3等，使用前需进行校正。为了使环境气体传感器的检测效果达到最佳，气体污染物传感器11～16应被置于空旷的环境中。在本实施例中，气体污染物传感器11～16可设置于农作物生长区。在另外的实施方式中，各传感器11～16的RS-485接口可以集成为一个RS-485接口模块。

在一个实施例中，所述氨气传感器11的反应时间为：1s内完成90％的读数；使用温度范围：-20℃～50℃；量程范围：0～100ppm；分辨率为2ppm@20℃。具体参数如表1所示：

表1

在一个实施例中，所述臭氧传感器12的反应时间为：1s内完成90％的读数；使用温度范围：-20℃～40℃；量程范围：0～1ppm；分辨率为<0.02ppm@20℃。具体参数如表2所示：

表2

在一个实施例中，所述二氧化硫传感器13的反应时间为：1s内完成90％的读数；使用温度范围：-20℃～50℃；量程范围：0～150ppm；分辨率为1ppm。具体参数如表3所示：

表3

在一个实施例中，所述二氧化碳传感器14的反应时间为：1s内完成90％的读数；使用温度范围：0℃～50℃；量程范围：0～2000ppm；分辨率为3％。具体参数如表4所示：

表4

在一个实施例中，所述硫化氢传感器15的反应时间为：1s内完成90％的读数；使用温度范围：-20℃～50℃；量程范围：0～100ppm；分辨率为1ppm。具体参数如表5所示：

表5

在一个实施例中，所述氯气传感器16的反应时间为：1s内完成90％的读数；使用温度范围：-20℃～50℃；量程范围：0～10ppm；分辨率为0.1ppm。具体参数如表6所示：

表6

如图2所示，本实用新型的农业可视化系统中，所述360度全景环带镜头2，从物侧起依次包括第二凹面反射镜202、第一凹面反射镜201、中继透镜组203以及CCD探测器(系统焦平面)204。该第一凹面反射镜201的中央具有圆孔。所述360度全景环带镜头2的主体设计结构为中心旋转对称式，主镜头由第一凹面反射镜201及第二凹面反射镜202组成。位置上，第一凹面反射镜201的反射面与第二凹面反射镜202的反射面相对而置。成像过程中，视场中的任一光线将经由第一凹面反射镜201反射至第二凹面反射镜202，由凹面反射镜202将光线继续反射，使其通过第一凹面反射镜201中央的圆孔而进入中继透镜组203，中继透镜组由若干面透镜组成，可为凹透镜或凸透镜，视具体设计而定。中继透镜组203用于对相差进行校正，提高成像质量，最终图像聚焦至系统焦平面204上，由CCD探测器进行探测成像。图像数据通过数据线(例如USB数据线)与外接设备计算机等连接。

所述360度全景环带镜头2，可安装于路灯支架、农场大棚上等，用于对农场区周围较大环形视场内的农作物生长情况，人员工作情况等进行实时监控。在一个实施例中，所述360度全景环带镜头2安装于路灯支架上。经所述空气污染物传感器及视频传感器采集到的各类信息最终将通过数据线传递到计算机终端，管理者可在计算机终端上根据使用需要调取相应的数据或者视频信息。

显然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围。