[發明專利]一種太陽能無線土壤剖面水分測量裝置

無效

• 申請號: 201110268016.7
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN102419344A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 王新忠;劉飛;韓旭;由婷;閆潤;孔鵬飛
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G08C17/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及土壤水分測量技術領域，特別涉及一種太陽能無線土壤剖面不同深度多點水分測量裝置。

背景技術

在農林業生產中，土壤水分的準確測量對及時掌控土壤墑情、實現節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探針式結構土壤水分傳感器存在其單點測量的局限性，有線的測量方式也不利于農田多點部署實現土壤水分的動態監測。因此，土壤剖面多點水分測量傳感器以及實現傳感器測量數據的無線傳輸技術，是今后水分測量傳感器研發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，由單個傳感器節點、電路板和絕緣套管組成，與以往傳統土壤探針式結構水分傳感器相比，結構簡單，可測量土壤剖面多點水分含量。但是該類型傳感器是通過單個傳感器節點在套管中上下移動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土壤剖面的具體深度，另一方面該傳感器也只適合現場即時測量，不適于自動、長期定點監測土壤水分。專利[CN200720090099.4]公開的一種無線智能土壤水分自動監測儀，通過合理布設監測站點、無線發射數據，可及時、準確了解土壤剖面多點水分動態變化情況。但是該自動監測儀一方面沒有涉及整個系統能耗問題，單個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，探測器與數據采集器之間依舊是有線連接，布線復雜，網絡拓撲難以靈活調整。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，可實現長期定點的土壤水分監測。但是該傳感器依舊基于傳統探針式結構，適于表層土壤單點含水量的測量，不能滿足一定深土層或土壤剖面多點（不同深度）含水量的測定需求；若進行土壤剖面動態水分監測，土壤剖面多個傳感器穿插，布設困難、費時費力，前期工作量大，能量消耗也會隨之變大。

綜上所述，一種土壤水分傳感器利用太陽能光伏發電作能源，對土壤剖面單點或多點水分同時進行測量，基于短距離無線通信技術實現測量數據的無線傳輸。目前，缺乏該類傳感器的研究。

發明內容

本發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電供給能源，進行土壤剖面單點或多點動態含水量的測量，基于短距離無線通信技術實現采集數據的無線傳輸，能耗低、可靠性強，可自動、連續定點長期監測土壤剖面動態含水量。

本發明的技術方案是：

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、傳感器節點、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據采集及處理模塊相連；所述天線與數據采集及處理模塊連接；所述絕緣套安裝于所述傳感器節點外，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；所述傳感器節點包括兩個金屬片，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。

進一步，所述傳感器節點為兩個及以上，并彼此間隔安裝。

進一步，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金屬片構成的可變電容組成的并聯LC振蕩電路。

進一步，所述數據采集及處理模塊包括單片機、片選模塊、ZigBee無線收發模塊、接口電路、數據存儲模塊；所述片選模塊與單片機連接，用于選通和斷開傳感器節點，實現“喚醒”與“休眠”功能；所述單片機用于對所采集測量數據進行分析處理、存儲并傳輸至用戶終端；所述ZigBee無線收發模塊，用于接受用戶終端指令，測量數據；所述接口電路為RS232或RS485接口電路，用于與PC或PDA的串行數據通信；所述數據存儲模塊用于測量數據。

進一步，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換成電能經由充放電控制器存儲于鋰電池；所述充放電控制器與單片機連接，用于對鋰電池的充電和放電智能控制。

進一步，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。