基本信息
- 项目名称：
- 非接触式甘蔗含糖量检测仪及其无线传感器网络
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 糖业是关系国计民生的重要产业，蔗糖在其中占有重要的比例。通过甘蔗糖含量测量仪，能指导广大蔗农科学种植甘蔗和工厂按质论价收购甘蔗。在消化吸收前人有关蔗糖含量的检测方法和研究成果的基础上，本团队对蔗糖含量的检测进行了研究，研制出了基于高频电磁波技术的非接触式甘蔗糖含量测量仪，本仪器主要包括非接触式手持测糖仪，无线传感器网络和上位机配套软件三大模块。手持测糖仪用于采集甘蔗的糖含量，并通过无线网络将采集到的数据传输到工厂PC机，同时PC机处理中的上位机配套软件自动接收和存储数据，最终实现高效的自动化的甘蔗种植管理模式。
- 详细介绍：
- 本项目主要包括非接触式手持测糖仪，无线传感器网络和上位机配套软件三大模块。手持测糖仪用于采集甘蔗的糖含量，并通过无线网络将采集到的数据传输到工厂的PC机，PC机对接收的数据进行分析处理并存储，为工厂对广大农田进行管理提供帮助. （1）非接触式手持测糖仪 手持测糖仪的工作原理主要是借助高频电磁波来进行测量，即传感器通过发射电磁波并穿过介质，由电磁波信号穿过介质的强弱可测出甘蔗糖含量。当传感器发射的电磁波穿过甘蔗或糖液时，信号便产生反射、透射和散射等现象。甘蔗糖含量越低说明水分越高，信号可能衰减就大，反之，甘蔗糖含量越高电磁波信号衰减就越小。根据信号穿过溶液其频率变化便可测出甘蔗糖含量。 本仪器的核心技术问题是高频电磁波传感器的制作和微处理器软硬件设计。课题组在完成接触式甘蔗测糖仪的基础上，采用高频电磁波透射方法，通过两年多的努力，研发出可以不破坏被测对象即可完成糖含量测量的传感器，解决了使用针式探头（即接触式传感器）测量存在的不足，并可以实现更大范围浓度的准确测量。 （2）无线传感器网络 无线传感器网络由田间局域网和远程传输网构成。 田间局域网是通过多个基于CC1100的短距离无线收发模块建立起来的，目的在于将测糖仪测得的数据通过这个网络传回工厂或数据处理中心。田间局域网中各个短距离无线收发模块为一测量节点，此外还有一个信息管理中心，用于管理各个节点。当其中有某个节点不正常工作时，可以通过相邻节点完成数据传输。 远程传输网是建立在TC35i硬件平台上的GSM网络。它负责将数据从田间局域网管理中心处及时地传送到工厂。 （3）上位机（PC机）配套软件 上位机配套软件能够通过无线连接和直接连接两种方式获得仪器数据，并实现Excel式的数据保存、管理。可以通过所接收到的数据判断是否到甘蔗收割的时节，甘蔗施肥是否合理，甘蔗是否遭受病虫害等。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.发明目的 糖业是关系国计民生的重要产业，蔗糖在其中占有重要的比例。但现在农民科学种植甘蔗水平和制糖业信息化管理水平仍然很低。因而研究出一种先进的糖含量检测仪并结合信息化技术提升农业现代化种植管理水平，很好地帮助广大蔗农掌握何时施肥才能高产，施什么样的肥才能种出高糖度的甘蔗，何时收割才能使糖厂和蔗农获得最大的经济效益，以及预防病虫害等科学种植甘蔗的新方法提供手段和信息化管理平台有着极其重要的目的意义。 2.基本思路 本项目主要包括非接触式手持测糖仪，无线传感器网络和上位机配套软件三大模块。手持测糖仪用于采集甘蔗的糖含量，并通过无线网络将采集到的数据传输到工厂的PC机，PC机对接收的数据进行分析处理并存储，为工厂对广大农田进行管理提供帮助。 3.创新点 （1）首次将高频电磁波技术应用于甘蔗种植，实现蔗糖含量的非接触式测量； （2）将无线传感网络技术成功运用到甘蔗的种植领域，变革了传统管理模式 （3）该手持测糖仪也可应用于其它农作物和各种饮料糖含量的快速检测。 4.技术关键 （1）如何设计出测量甘蔗含糖量的传感器电路； （2）怎样提高传感器的测量分辨率、稳定性和可靠性。 5.主要技术指标 （1）电源管理:工作模式，休眠模式，掉电模式； （2）糖浓度检测范围：5%～35%；
科学性、先进性
- 经过查阅国内外关于制糖技术研究的文献得知，前人对甘蔗制糖生产工艺、制糖过程化学管理分析方法以及如何科学地检测出煮糖罐中糖液过饱和度等内容做了大量研究工作，取得了许多的重要成果，对提高生产效率和产品质量，降低工人的劳动强度有很好的促进作用。但是就甘蔗生长过程中糖含量无损非接触式检测及其无线传感器网络方面研究而言，这还是一个空白。本课题组在总结前人关于糖度分析、检测所采用的技术方法的基础上，借鉴了伽马法糖浓度仪、近红外分析仪、阿贝分析仪、锤度计以及针式探头糖含量检测仪等检测手段的设计优点。提出采用基于高频电磁波技术的非接触式检测法解决甘蔗糖含量问题的设想。通过两年多的不懈努力，实现了这个梦想。这种非接触式检测法及装置的特点是：无核辐射，无机械磨损；检测速度快，且无损伤，能耗低，体积更小、重量更轻、性价比更高。通过无线传感器网络能实施甘蔗生长中糖含量实时检测及实现数据传输和海量存储，改变了落后的甘蔗种植生产管理模式，具有广阔的市场前景。
获奖情况及鉴定结果
- 2008年10月获得某校第四届“创新杯”科技发明A类三等奖。 2008年10月获准“国家大学生创新性实验计划”项目资金支持。
作品所处阶段
- 实验室阶段。
技术转让方式
- 面议。
作品可展示的形式
- 实物样机、现场演示与文字图片描述。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品采用自主研发的高频电磁波传感器实现甘蔗含糖量的非接触式测量，为了节能该仪器的数据采集及显示采用超低功耗微处理器c8051f007和OLED设计;为了能实时地掌握甘蔗的生长情况，所测数据能通过无线局域网络发送到信息管理中心，然后再由该无线局域网信息管理中心通过GSM网络传输到工厂的PC，实现远距离数据海量存储。 其主要优势为：实现样本无损检测，测量便捷速度快，远程海量数据存储。无核辐射，探头无机械磨损，能耗低，体积更小、重量更轻、性价比更高。 该仪器的开发成功为甘蔗科学种植、参数检测与传输提供了有力手段。同时对广西推进蔗糖制造业智能化信息管理也有良好的促进作用，使广西的甘蔗种植技术赶超国际领先水平有着极其重要的意义。 本装置不但适用于甘蔗的种植和收购使用，而且还可以用于水果和饮料的糖含量检测。因此本作品具有很好的推广应用价值，经济效益和社会效益显著。
同类课题研究水平概述
- 经过查阅国内外有关甘蔗糖含量技术的文献得知，就甘蔗生长过程中糖含量无损非接触式检测及其无线传感器网络方面研究而言，这还是一个空白。本课题组在总结前人关于糖度分析、检测所采用的技术方法的基础上，借鉴了伽马法糖浓度仪、近红外分析仪、阿贝分析仪以及锤度计等检测手段的设计优点。提出采用基于高频电磁波技术的非接触式检测法解决甘蔗糖含量问题的设想。这种非接触式检测法的核心技术是如何研制出对蔗糖敏感的特殊传感器。这种技术若能开发成功，那么它将不存在核辐射影响，传感器也不存在机械磨损的问题。事实上，通过两年多的不懈努力，实现了这个梦想。这种非接触式甘蔗糖含量检测法及装置主要由高频电磁波传感器和无线传感器网络以及数据实现远程传输的GSM模块等硬件和软件组成，其特点是：无核辐射，无机械磨损；检测速度快，且无损伤，能耗低，体积更小、重量更轻、性价比更高。通过无线传感器网络能实施甘蔗生长过程中糖含量实时检测及实现数据传输和海量存储。该仪器的研发成功为改变落后的甘蔗种植生产管理模式提供了极好的手段。此外，本装置不但适用于甘蔗的种植和收购使用，而且还可以用于水果和饮料的糖含量检测。因此本作品具有很好的推广应用价值，经济效益和社会效益显著。具有广阔的市场前景。
