一种基于综合遥感技术的森林环境遥感监测系统

摘要

本发明公开了一种基于综合遥感技术的森林环境遥感监测系统，属于森林环境遥感监测技术领域，包括微控制器，所述微控制器的输入端与A‑D转换模块的输出端电性连接，所述A‑D转换模块的输入端与低通滤波模块的输出端电性连接。本发明中，通过设置的图像获取模块、路由模块、协调模块、光谱数据获取模块、定性分析模块、颜色传感器以及控制面板模块等结构的互相配合下，制定有针对性的病虫害防治措施，是一种无损害监测技术，且该系统还具有准确的森林颜色识别性能和良好的稳定性，两种技术互相印证，能够更加准确的检测出森林的病虫害问题，该系统功耗低，实时性强、可自组网，借助这些优点，该系统可以准确实时地监控森林环境。

说明书

技术领域

本发明属于森林环境遥感监测技术领域，尤其涉及一种基于综合遥感技术的森林环境遥感监测系统。

背景技术

森林是社会、经济发展不可或缺的资源，它作为陆地生态系统的主体，在减少温室气体排放中发挥着举足轻重的作用，无法应用于大范围检测当中，现如今的森林虫害及黄叶病发生的几率越来越高，而且发展的速度也十分的快，所以我们必须采取先进的措施来关注森林病虫害的发生，其监控措施以及防护手段都不停地改进，因此，现阶段亟需一种基于综合遥感技术的森林环境遥感监测系统来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现如今的森林虫害及黄叶病发生的几率越来越高，而且发展的速度也十分的快，所以我们必须采取先进的措施来关注森林病虫害的发生，其监控措施以及防护手段都不停地改进的问题，而提出的一种基于综合遥感技术的森林环境遥感监测系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于综合遥感技术的森林环境遥感监测系统，包括微控制器，所述微控制器的输入端与A-D转换模块的输出端电性连接，所述A-D转换模块的输入端与低通滤波模块的输出端电性连接，所述低通滤波模块的输入端与I-V转换放大电路的输出端电性连接，所述I-V转换放大电路的输入端与颜色传感器的输出端电性连接，所述微控制器与控制面板模块双向电性；

所述微控制器的输入端与定量分析模块的输出端电性连接，所述定量分析模块的输入端与定性分析模块的输出端电性连接，所述定性分析模块的输入端与光谱数据获取模块的输出端电性连接，所述光谱数据获取模块的输入端与协调模块的输出端电性连接，所述协调模块通过路由模块与图像获取模块无线连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述颜色传感器选用TCS230颜色传感器，且所述TCS230颜色传感器是将硅光电二极管与电流频率转化器集成在一个单一的CMOS电路上。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述控制面板模块主要包括数码管和LED显示模块，所述微控制器主要包括颜色识别电路和数码管显示电路。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述数码管通过微控制器的P0和P2接口分别控制显示的段选和位选，所述LED显示模块包括红、绿、蓝三盏LED灯，且所述红、绿、蓝三盏LED灯均与微控制器的I/O口电性连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述I-V转换放大电路是一个电压负反馈放大电路，所述I-V转换放大电路与微控制器的I/O口电性连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述协调模块包括电源模块、时钟模块和天线模块，所述协调模块通过串口完成与上位机的通信连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述时钟模块由两个不同频率部分组成，所述时钟模块的工作频率设定为33MHz，所述时钟模块的工作频率还设定为31kHz。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述天线模块由阻抗匹配电路和天线馈线电路组成，所述天线模块采用whip天线。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述协调模块用于建立无线网络，且所述网络协调模块还用于接收终端节点的状态信息，且所述协调模块还用于发送命令控制图像获取模块的状态。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述微控制器与PC模块双向连接，并且上位机还与微控制器双向连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过设置的图像获取模块、路由模块、协调模块、光谱数据获取模块、定性分析模块、颜色传感器以及控制面板模块等结构的互相配合下，可以探测早期农作物的病虫害情况，能够在满足树木生长需要的基础上，制定有针对性的病虫害防治措施，是一种无损害监测技术，且该系统还具有准确的森林颜色识别性能和良好的稳定性，两种技术互相印证，能够更加准确的检测出森林的病虫害问题，该系统功耗低，实时性强、可自组网，借助这些优点，该系统可以准确实时地监控森林环境。

2、本发明中，通过设置的图像获取模块、路由模块、协调模块、光谱数据获取模块、定性分析模块和定量分析模块，利用图像获取模块探测害虫的辐射来获得相关电磁波，并获取害虫的图像与光谱数据，通过路由模块将采集到的数据实时发送至协调模块，路由模块完成数据的转发，协调模块初始化并完成网络的组件、终端阶段的管理及PC模块的数据通信，检测区域较小时可以减少图像获取模块的数量来减少成本，节省资源，当检测区域变大时，可以增加图像获取模块的个数，增加检测范围，PC模块实时显示森林环境中的监测数据，并且可以通过上位机的界面来实现图像获取模块的管理和配置，并由定性分析模块和定量分析模块依次对所获取的数据进行定性、定量分析，为树木病虫害诊治提供依据，能够有效监测森林树木的生物、物理以及生化参数的变化，并根据参数变化情况分析光谱改变的原因，可以探测早期农作物的病虫害情况，能够在满足树木生长需要的基础上，制定有针对性的病虫害防治措施，是一种无损害监测技术。

3、本发明中，通过设置的协调模块，协调模块由电源模块、时钟模块和天线模块组成，在系统中ZigBee协调模块界面完成网络初始化和网络组件功能，并对接收到的数据进行处理，通过串口完成与上位机的通信，时钟部分由两个不同频率部分组成，分别为：32MHz的频率提供给系统进行正常的工作的时钟频率，而32.768kHz则提供了系统在低功耗模式下的工作频率，以节省能耗，射频天线单元由阻抗匹配电路和天线馈线电路组成，采用whip天线，具有高可靠性的全向天线，能够完成森林环境中害虫信息的采集，且该系统功耗低，实时性强、可自组网，借助这些优点，该系统可以准确实时地监控森林环境。

4、本发明中，通过设置的颜色传感器，它将硅光电二极管与电流频率转化器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上还成了红绿蓝RGB三种滤光器，反应速度快，输出为数字信号，使用方便，有较强的抗干扰能力。

5、本发明中，通过设置的颜色传感器、I-V转换放大电路、低通滤波电路、A-D转换模块和控制面板模块，微控制器作为核心的控制部分，实现对颜色传感器信号输出频率的获取，控制面板模块，主要包括数码管、LED显示及其按键控制主要包括颜色识别电路和数码管显示电路，I-V信号放大电路是一个电压负反馈放大电路，可以提高系统的运算精度，使系统稳定运行，低通滤波模块，由于颜色传感器采集到的是低频信号，在信号采集过程中，由于外界奇特信号的影响，必须滤除高频的噪声信号，低通滤波模块是使低频信号通过，抑制高于截止频率的信号，控制面板模块，数码管显示部分通过微控制器的P0和P2口分别控制数码管显示的段选和位选，来实现数码管的动态显示，用来显示最终的RGB值，LED显示，用于实现的功能是在微控制器的I/O口中接上红、绿、蓝三盏LED灯来分别测试RGB的值，以验证该系统对颜色识别的准确性实验表明，该系统具有准确的森林颜色识别性能和良好的稳定性。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于综合遥感技术的森林环境遥感监测系统的模块框图。

图例说明：

1、微控制器；2、A-D转换模块；3、低通滤波模块；4、I-V转换放大电路；5、颜色传感器；6、控制面板模块；7、定量分析模块；8、定性分析模块；9、光谱数据获取模块；10、协调模块；11、路由模块；12、图像获取模块；13、PC模块；14、上位机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于综合遥感技术的森林环境遥感监测系统，包括微控制器1，所述微控制器1的输入端与A-D转换模块2的输出端电性连接，所述A-D转换模块2的输入端与低通滤波模块3的输出端电性连接，所述低通滤波模块3的输入端与I-V转换放大电路4的输出端电性连接，所述I-V转换放大电路4的输入端与颜色传感器5的输出端电性连接，所述微控制器1与控制面板模块6双向电性；

本实施例具体为：微控制器1作为核心的控制部分，实现对颜色传感器5信号输出频率的获取，控制面板模块6，主要包括数码管、LED显示及其按键控制主要包括颜色识别电路和数码管显示电路，I-V信号放大电路是一个电压负反馈放大电路，可以提高系统的运算精度。

所述微控制器1的输入端与定量分析模块7的输出端电性连接，所述定量分析模块7的输入端与定性分析模块8的输出端电性连接，所述定性分析模块8的输入端与光谱数据获取模块9的输出端电性连接，所述光谱数据获取模块9的输入端与协调模块10的输出端电性连接，所述协调模块10通过路由模块11与图像获取模块12无线连接。

本实施例具体为：利用图像获取模块12探测害虫的辐射来获得相关电磁波，并获取害虫的图像与光谱数据，通过路由模块11将采集到的数据实时发送至协调模块10，路由模块11完成数据的转发，协调模块10初始化并完成网络的组件、终端阶段的管理及PC模块13的数据通信，检测区域较小时可以减少图像获取模块12的数量来减少成本，节省资源，当检测区域变大时，可以增加图像获取模块12的个数，增加检测范围，PC模块13实时显示森林环境中的监测数据，并且可以通过上位机14的界面来实现图像获取模块12的管理和配置，并由定性分析模块8和定量分析模块7依次对所获取的数据进行定性、定量分析，为树木病虫害诊治提供依据。

具体的，如图1所示，所述颜色传感器5选用TCS230颜色传感器5，且所述TCS230颜色传感器5是将硅光电二极管与电流频率转化器集成在一个单一的CMOS电路上。

本实施例具体为：颜色传感器5将硅光电二极管与电流频率转化器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上还成了红绿蓝RGB三种滤光器，反应速度快，输出为数字信号，使用方便，有较强的抗干扰能力。

具体的，如图1所示，所述控制面板模块6主要包括数码管和LED显示模块，所述微控制器1主要包括颜色识别电路和数码管显示电路。

具体的，如图1所示，所述数码管通过微控制器1的P0和P2接口分别控制显示的段选和位选，所述LED显示模块包括红、绿、蓝三盏LED灯，且所述红、绿、蓝三盏LED灯均与微控制器1的I/O口电性连接。

具体的，如图1所示，所述I-V转换放大电路4是一个电压负反馈放大电路，所述I-V转换放大电路4与微控制器1的I/O口电性连接。

具体的，如图1所示，所述协调模块10包括电源模块、时钟模块和天线模块，所述协调模块10通过串口完成与上位机14的通信连接。

本实施例具体为：在系统中ZigBee协调模块10界面完成网络初始化和网络组件功能，并对接收到的数据进行处理，通过串口完成与上位机14的通信，时钟部分由两个不同频率部分组成，分别为：32MHz的频率提供给系统进行正常的工作的时钟频率，而32.768kHz则提供了系统在低功耗模式下的工作频率，以节省能耗，射频天线单元由阻抗匹配电路和天线馈线电路组成，采用whip天线，具有高可靠性的全向天线。

具体的，如图1所示，所述时钟模块由两个不同频率部分组成，所述时钟模块的工作频率设定为33MHz，所述时钟模块的工作频率还设定为31kHz。

具体的，如图1所示，所述天线模块由阻抗匹配电路和天线馈线电路组成，所述天线模块采用whip天线。

具体的，如图1所示，所述协调模块10用于建立无线网络，且所述网络协调模块10还用于接收终端节点的状态信息，且所述协调模块10还用于发送命令控制图像获取模块12的状态。

具体的，如图1所示，所述微控制器1与PC模块13双向连接，并且上位机14还与微控制器1双向连接。

工作原理：使用时，利用图像获取模块12探测害虫的辐射来获得相关电磁波，并获取害虫的图像与光谱数据，通过路由模块11将采集到的数据实时发送至协调模块10，路由模块11完成数据的转发，协调模块10初始化并完成网络的组件、终端阶段的管理及PC模块13的数据通信，检测区域较小时可以减少图像获取模块12的数量来减少成本，节省资源，当检测区域变大时，可以增加图像获取模块12的个数，增加检测范围，PC模块13实时显示森林环境中的监测数据，并且可以通过上位机14的界面来实现图像获取模块12的管理和配置，并由定性分析模块8和定量分析模块7依次对所获取的数据进行定性、定量分析，为树木病虫害诊治提供依据，能够有效监测森林树木的生物、物理以及生化参数的变化，并根据参数变化情况分析光谱改变的原因，可以探测早期农作物的病虫害情况，能够在满足树木生长需要的基础上，制定有针对性的病虫害防治措施，是一种无损害监测技术，在系统中ZigBee协调模块10界面完成网络初始化和网络组件功能，并对接收到的数据进行处理，通过串口完成与上位机14的通信，时钟部分由两个不同频率部分组成，分别为：32MHz的频率提供给系统进行正常的工作的时钟频率，而32.768kHz则提供了系统在低功耗模式下的工作频率，以节省能耗，射频天线单元由阻抗匹配电路和天线馈线电路组成，采用whip天线，具有高可靠性的全向天线，能够完成森林环境中害虫信息的采集，且该系统功耗低，实时性强、可自组网，借助这些优点，该系统可以准确实时地监控森林环境，微控制器1作为核心的控制部分，实现对颜色传感器5信号输出频率的获取，控制面板模块6，主要包括数码管、LED显示及其按键控制主要包括颜色识别电路和数码管显示电路，I-V信号放大电路是一个电压负反馈放大电路，可以提高系统的运算精度，使系统稳定运行，低通滤波模块3，由于颜色传感器5采集到的是低频信号，在信号采集过程中，由于外界奇特信号的影响，必须滤除高频的噪声信号，低通滤波模块3是使低频信号通过，抑制高于截止频率的信号，控制面板模块6，数码管显示部分通过微控制器1的P0和P2口分别控制数码管显示的段选和位选，来实现数码管的动态显示，用来显示最终的RGB值，LED显示，用于实现的功能是在微控制器1的I/O口中接上红、绿、蓝三盏LED灯来分别测试RGB的值，以验证该系统对颜色识别的准确性实验表明，该系统具有准确的森林颜色识别性能和良好的稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。