一种利于玉米增产的田间管理系统及管理方法

技术领域

本发明涉及玉米种植技术领域，具体地说是一种利于玉米增产的田间管理系统及管理方法。

背景技术

玉米是我国重要的粮食作物之一，影响玉米产量的因素有很多，除了育种得到的玉米种品质好坏外，还有一些外部因素，如：病虫害情况、田地中杂草情况、种植密度、是否缺苗以及是否缺肥缺水。这就需要经常对田间进行管理，以便于在玉米生长的不同时期，及时发现玉米存在的问题，进而进行针对性的处理，便可以确保玉米的增产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利于玉米增产的田间管理系统及管理方法，用于实现对玉米生长期内不同阶段的图像采集，进而便于田间管理。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种利于玉米增产的田间管理系统，其特征是，它包括：

硬件部分，所述硬件部分包括预埋在土壤内的底座、与底座可拆卸连接的支架、设置在支架下端侧壁上的侧杆、安装在侧杆上的安装杆、设置在安装杆下端且伸入土壤内的水分探针、位于支架上部侧壁上的伸展机构、设置在伸展机构上的防护罩、位于防护罩内的摄像头以及驱动摄像头摆动的调节机构、位于支架顶部的太阳能电板，在支架上部侧壁设有壳体，壳体内设有蓄电池与太阳能电板连接；

控制部分，所述控制部分包括位于壳体内的PLC控制器和数据传输模块，PLC控制器与数据传输模块、PLC控制器与调节机构、PLC控制器与摄像机、PLC控制器与水分探针均信号连接，数据传输模块与远方监控主机4G/5G通信。

进一步地，所述底座为圆柱形金属件，底座中下部设有配重块，在底座上设有台阶孔，支架下部伸入台阶孔中。

进一步地，在支架底部设有螺杆，螺杆与台阶孔下部小孔螺纹连接。

进一步地，所述伸展机构为剪叉式升降机构，且伸展机构横向设置。

进一步地，所述调节机构包括第一电机、固定在第一电机输出端的第一转轮、固定在第一转轮侧壁上的第二电机、固定在第二电机输出端的第二转轮，摄像机与第二转轮侧壁固定，第一、第二转轮所在的平面相互垂直。

进一步地，安装杆上端与侧杆螺纹连接。

进一步地，在支架上部侧壁设有固定板，在固定板上设有连接板，在太阳能电板背面设有安装架，安装架上设有耳板，耳板与连接板之间提供螺栓组件连接固定。

进一步地，所述连接板为“[”形结构。

一种利于玉米增产的田间管理方法,其特征是，它包括以下步骤：

(1)在播种玉米后，将管理系统架设在玉米地中，管理系统的架设应确保数据采集的全面性；

(2)通过管理系统定期采集玉米地中的数据信息，这些数据信息包括玉米植株图像和田间地表图像、土壤内水分含量；

(3)将采集的数据信息上传至远方监控主机；

(4)管理人员查阅管理系统传递而来的数据信息，了解玉米地存在的问题，如旱涝情况、长势情况、虫害情况、杂草情况、植株密度、是否缺苗，并根据上述存在的问题制定合理的处理措施，如施肥、灌溉、除草、杀虫、补苗等。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种利于玉米增产的田间管理系统及管理方法,管理系统结构简单，且安装拆卸方便；在使用过程中，可以定期获取玉米植株图像以及田间地表图像，并能将采集的数据上传至远方监控主机，以便于管理人员了解田间情况，也实现了田间的无人管理方式。根据了解的田间情况，可以制定相应的措施，进而确保玉米植株所处环境的良好，进而确保增产。

附图说明

图1为本发明在田间的布置示意图(俯视)；

图2为本发明的硬件结构示意图；

图3为底座的剖视图；

图4为支架的正视图；

图5为调节机构示意图；

图6为太阳能电板安装示意图

图7为支架与防护罩的装配示意图；

图8为本发明控制部分示意图；

图9为玉米收获季节去除支架后的示意图；

图中：1玉米地，11土壤，2管理系统，3底座，31配重块，32安装孔，33端盖，4支架，41螺杆，42侧杆，5安装杆，6防护罩，61伸展机构，62电动伸缩杆，63第一电机，64第一转轮，65第二电机，66第二转轮，67摄像机，7壳体，71导线，8太阳能电板，81支撑架，82耳板，83连接板，84螺栓组件，85固定板。

具体实施方式

如图1至图9所示，本发明的管理系统2主要包括硬件部分和控制部分，其中硬件部分主要包括底座3、支架4、摄像机67、调节机构、伸展机构和太阳能电板8，控制部分主要包括PLC控制器和数据传输模块，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明的管理系统2分布在玉米地1内，且在玉米地的前后左右均设置有管理系统，进而确保对玉米地内信息采集的全面性。管理系统包括底座3、支架4、摄像机67、调节机构、伸展机构和太阳能电板8，如图2、图3所示，底座3为圆柱形的金属杆，底座的中下部外围设有配重块31，配重块的实质为混凝土块。安装时，首先在玉米地1的土壤11中挖出土坑，然后将配重块放入土坑内，此时整个底座均位于地表之下，即将底座预埋在土壤中。底座内设有安装孔32，安装孔为台阶孔，且安装孔的顶部贯穿底座上表面，在底座的顶部安装有端盖33，端盖为圆柱形结构，端盖底部设有密封环，使用时将安装环旋入安装孔内，此时端盖对底座上的安装孔进行封堵，可以避免土壤进入安装孔内造成堵塞。

如图2所示，支架4的实质为金属管，支架的长度为2.9-3.2m之间。如图4所示，在支架的底部设有螺杆41，螺杆用于与台阶孔下部的小孔螺纹连接。在支架下部的侧壁上固定有侧杆42，侧杆自由端设有螺纹孔，使用时，在侧杆上安装有安装杆5，安装杆的下端插入土壤内，在安装杆下端安装有水分探针，用于探测土壤内水分含量，进而了解玉米植株是否处于缺水状态。

在支架的上部设有伸展机构，如图7所示，伸展机构为剪叉式升降机构，伸展机构横向设置，且伸展机构为设置在支架左右两侧的一对。伸展机构的驱动力为设置在伸展机构与支架之间的电动伸缩杆62，伸展机构的第一端与支架连接，伸展机构的第二端安装有防护罩6。在电动伸缩杆的作用下驱动防护罩靠近或远离支架。在防护罩内设有摄像机67及调节机构，在调节机构的作用下调节摄像头的姿态，即摄像头镜头朝向，进而便于获取合适位置的图像。如图5所示，调节机构包括固定在防护罩内的第一电机63、固定在第一电机输出端的第一转轮64、固定在第一转轮外壁上的第二电机65、固定在第二电机输出端的第二转轮66，第一转轮所在的旋转平面与第二转轮所在的旋转平面垂直。在调节机构的作用下，可以驱动摄像头的摆动，且摄像头可以前后摆动，也可以左右摆动，进而实现了灵活摆动。防护罩对摄像机起到保护的作用，在防护罩底部应设置通孔，以便于防护罩内热量的散发、摄像头镜头的露出。

在伸展机构和调节机构的作用下，摄像头可以处于合适的位置和角度，进而便于获取玉米植株图像、田间地表图像，通过玉米置于图像可以了解玉米植株存在的生长问题、病虫害问题，通过田间地表图像可以了解地表杂草情况、土壤干旱情况。在支架的顶部设有太阳能电板8，如图6所示，太阳能电板背面设有安装架81，在安装架上固定有至少两个上下设置的耳板82，耳板为U形结构，且耳板的开口侧与安装架接触固定。在支架上部的外壁上焊接固定有固定板85，固定板上固定有连接板83，连接板为“[”形结构，连接板的第一端与固定板接触固定，在连接板的第二端与耳板之间设有螺栓组件84，通过螺栓组件实现耳板与连接板的连接固定，进而实现安装架与支架的固定连接，此时太阳能电板处于倾斜状态且朝向太阳所在的一侧，吸收太阳能转化为电能储存在蓄电池内，进而为第一电机、第二电机、水分探针和摄像头提供电能。

在支架上部侧壁设有壳体7，蓄电池位于壳体内，在壳体内还设有数据传输模块和PLC控制器，PLC控制器与数据传输模块、PLC控制器与调节机构中的第一电机和第二电机、PLC控制器与水分探针、PLC控制器与摄像机、PLC控制器与电动伸缩杆均信号连接，PLC控制器用于控制摄像机、水分探针、数据传输模块和调节机构的工作状态。PLC控制器可以向摄像机、调节机构、电动伸缩杆发送信号，驱动伸展机构工作，使得摄像头处于合适的水平位置，以及合适的姿态(摄像头镜头的朝向)，此后摄像头拍摄田间地表图像、玉米植株图像。摄像头应为高清摄像头，以确保采集图像的清晰度、辨识度。PLC控制器可以向水分探针发送信号，驱动水分探针获取土壤内水分含量，并将检测数据上传至PLC控制器。PLC控制器可以向数据传输模块发送信号，将摄像机、水分探针获取的数据信息以4G/5G的形式发送至远方的监控主机，以便于管理人员在需要时了解田间情况。数据传输模块以及4G/5G通信技术，为现有技术，不再赘述。在壳体与防护罩之间设有导线71，导线连接蓄电池和第一电机、蓄电池和第二电机以及蓄电池和摄像头，进而为第一电机、第二电机和摄像头提供电能。由于摄像头、伸展机构、电动伸缩杆、水分探针和数据传输模块均是定期工作，太阳能电板吸收、转化得到的电能足够本管理系统进行一次数据采集(摄像头采集图像、水分探针检测到的水分含量)。

在玉米播种后，最迟在玉米幼苗长出后，便可以在底座上方挖土，直至底座顶部露出，此时将端盖卸下，然后将支架安装在底座上，此时支架便固定在土壤中；随后，将土壤回填至底座上方压实。在玉米幼苗此后的生长过程中，通过本管理系统可以进行各个生长阶段的管理(数据采集，即图像采集和水分检测)，玉米的生长期基本固定，此时只要设置好定期数据采集的时间即可。在玉米长成后、收获前，可以将底座上方土壤挖开，然后将支架卸下，并将端盖安装在底座顶部，随后回填土壤。此后，在使用大小型收割设备进行玉米收获时，底座位于地表之下一定距离不会影响玉米的收获。当再次播种玉米后，只需要将支架再次安装至底座上即可。支架还可以设计为可以折叠的结构形式，支架与太阳能电板、支架与摄像头、支架与壳体均可以模块化设计，这样可以方便整个管理系统的装配。

一种利于玉米增产的田间管理方法，其特征是，它包括以下步骤：

(1)在播种玉米后，将管理系统架设在玉米地中，管理系统的架设应确保数据采集的全面性；

(2)通过管理系统定期采集玉米地中的数据信息，这些数据信息包括玉米植株图像和田间地表图像、土壤内水分含量；

(3)将采集的数据信息上传至远方监控主机；

(4)管理人员查阅管理系统传递而来的数据信息，了解玉米地存在的问题，如旱涝情况、长势情况、虫害情况、杂草情况、植株密度、是否缺苗，并根据上述存在的问题制定合理的处理措施，如施肥、灌溉、除草、杀虫、补苗等。

本发明的管理系统，结构简单，且安装拆卸方便；在使用过程中，可以定期获取玉米植株图像以及田间地表图像，并能将采集的数据上传至远方监控主机，以便于管理人员了解田间情况。根据了解的田间情况，可以制定相应的措施，进而确保玉米植株所处环境的良好，进而确保增产。