[發(fā)明專利]一種太陽能無線土壤剖面水分測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110268016.7
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN102419344A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王新忠;劉飛;韓旭;由婷;閆潤;孔鵬飛
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G08C17/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土壤水分測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能無線土壤剖面不同深度多點(diǎn)水分測量裝置。

背景技術(shù)

在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中，土壤水分的準(zhǔn)確測量對及時(shí)掌控土壤墑情、實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉起著非常重要的作用。而土壤水分測量所基于的傳統(tǒng)探針式結(jié)構(gòu)土壤水分傳感器存在其單點(diǎn)測量的局限性，有線的測量方式也不利于農(nóng)田多點(diǎn)部署實(shí)現(xiàn)土壤水分的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。因此，土壤剖面多點(diǎn)水分測量傳感器以及實(shí)現(xiàn)傳感器測量數(shù)據(jù)的無線傳輸技術(shù)，是今后水分測量傳感器研發(fā)有待突破的方向之一。

專利[CN200520005689.3]公開的一種基于介電FDR法測量土壤剖面含水量的土壤水分傳感器，由單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)、電路板和絕緣套管組成，與以往傳統(tǒng)土壤探針式結(jié)構(gòu)水分傳感器相比，結(jié)構(gòu)簡單，可測量土壤剖面多點(diǎn)水分含量。但是該類型傳感器是通過單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在套管中上下移動(dòng)去測量土壤剖面一定深度含水量，一方面難以知道含水量所對應(yīng)土壤剖面的具體深度，另一方面該傳感器也只適合現(xiàn)場即時(shí)測量，不適于自動(dòng)、長期定點(diǎn)監(jiān)測土壤水分。專利[CN200720090099.4]公開的一種無線智能土壤水分自動(dòng)監(jiān)測儀，通過合理布設(shè)監(jiān)測站點(diǎn)、無線發(fā)射數(shù)據(jù)，可及時(shí)、準(zhǔn)確了解土壤剖面多點(diǎn)水分動(dòng)態(tài)變化情況。但是該自動(dòng)監(jiān)測儀一方面沒有涉及整個(gè)系統(tǒng)能耗問題，單個(gè)探測器可能需要定期更換電池，一定程度上增加了投入成本；另一方面，探測器與數(shù)據(jù)采集器之間依舊是有線連接，布線復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆y以靈活調(diào)整。專利[CN201010235594.6]公布的一種太陽能無線土壤水分傳感器，在不需要通信電纜及電源線條件下，可實(shí)現(xiàn)長期定點(diǎn)的土壤水分監(jiān)測。但是該傳感器依舊基于傳統(tǒng)探針式結(jié)構(gòu)，適于表層土壤單點(diǎn)含水量的測量，不能滿足一定深土層或土壤剖面多點(diǎn)（不同深度）含水量的測定需求；若進(jìn)行土壤剖面動(dòng)態(tài)水分監(jiān)測，土壤剖面多個(gè)傳感器穿插，布設(shè)困難、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，前期工作量大，能量消耗也會(huì)隨之變大。

綜上所述，一種土壤水分傳感器利用太陽能光伏發(fā)電作能源，對土壤剖面單點(diǎn)或多點(diǎn)水分同時(shí)進(jìn)行測量，基于短距離無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的無線傳輸。目前，缺乏該類傳感器的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種太陽能無線土壤剖面水分測量裝置。該裝置利用太陽能光伏發(fā)電供給能源，進(jìn)行土壤剖面單點(diǎn)或多點(diǎn)動(dòng)態(tài)含水量的測量，基于短距離無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的無線傳輸，能耗低、可靠性強(qiáng)，可自動(dòng)、連續(xù)定點(diǎn)長期監(jiān)測土壤剖面動(dòng)態(tài)含水量。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種太陽能無線土壤剖面水分測量裝置，包括太陽能電池、天線、傳感器節(jié)點(diǎn)、絕緣套和防水堵頭；所述太陽能電池通過充放電控制器與數(shù)據(jù)采集及處理模塊相連；所述天線與數(shù)據(jù)采集及處理模塊連接；所述絕緣套安裝于所述傳感器節(jié)點(diǎn)外，所述絕緣套上端通過連接體與所述太陽能電池連接，所述絕緣套下端與所述防水堵頭連接；所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括兩個(gè)金屬片，所述兩金屬片徑向彼此間隔的固定于絕緣柱體表面，所述兩金屬片分別與傳感器電路板相連。

進(jìn)一步，所述傳感器節(jié)點(diǎn)為兩個(gè)及以上，并彼此間隔安裝。

進(jìn)一步，所述傳感器電路板包括高頻振蕩電路，放大電路，整流電路，分頻電路；所述高頻振蕩電路是由固定電感、固定電容及所述兩個(gè)金屬片構(gòu)成的可變電容組成的并聯(lián)LC振蕩電路。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊包括單片機(jī)、片選模塊、ZigBee無線收發(fā)模塊、接口電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；所述片選模塊與單片機(jī)連接，用于選通和斷開傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“喚醒”與“休眠”功能；所述單片機(jī)用于對所采集測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、存儲(chǔ)并傳輸至用戶終端；所述ZigBee無線收發(fā)模塊，用于接受用戶終端指令，測量數(shù)據(jù)；所述接口電路為RS232或RS485接口電路，用于與PC或PDA的串行數(shù)據(jù)通信；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于測量數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述太陽能電池與充放電控制器、鋰電池組成電源模塊；所述太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能經(jīng)由充放電控制器存儲(chǔ)于鋰電池；所述充放電控制器與單片機(jī)連接，用于對鋰電池的充電和放電智能控制。

進(jìn)一步，所述連接體帶有夾槽和圓孔，夾槽用于夾具固定作用裝置，圓孔用于引出天線。