[實用新型]一種深層土壤濕度實時測控系統

有效

• 申請號: 201220054036.4
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN202583176U
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 張亞庭;姜大偉;廖先旭
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

1.一種深層土壤濕度實時測控系統，包括地面部分和井下部分；其特征在于：地面部分包括有供電設備（1）、主控計算機（2）和四芯電纜（3），四芯電纜（3）中兩根為供電線，兩根為數據線，供電設備（1）通過四芯電纜（3）給井下部分供電，主控計算機（2）通過四芯電纜（3）對井下部分進行實時控制，實現鉆孔內深層土壤層（11）濕度的遠程實時測量；井下部分即井下測控裝置（10），其外形結構是空心圓柱體，內部從上到下分為四層；其中頂部為電源模塊（9），與四芯電纜（3）相連，將其中的220V交流電轉換為直流電，給裝置內各層設備供電；第二層為嵌入式測控系統（4），包括CPU中央處理器、濕度信號處理電路、溫度采集電路、步進電機驅動電路、電動推桿驅動電路、接近開關及其電壓轉換電路、電源管理電路、485通訊電路、狀態顯示電路和鍵盤，CPU中央處理器用于接收主控計算機（2）發來的控制命令及各電路送出的信號，產生控制信號，并經485通訊電路將實時測量數據和狀態信息通過四芯電纜（3）傳送至主控計算機（2）；第三層為步進電機（5）和土壤濕度傳感器FDS120（8），步進電機固定在裝置內部，并通過絲桿傳動的方式與土壤濕度傳感器相連，步進電機帶動土壤濕度傳感器在土壤中運動；第四層為兩個電動推桿（6）和兩個固定部件（7），兩電動推桿固定在裝置內部，可移動部分分別與兩個固定部件（7）相連；嵌入式測控系統（4）中的信號處理電路由高精度電阻、二極管、電容與CPU連接組成；溫度采集電路由數字式溫度傳感器DS18B20與CPU連接組成；步進電機驅動電路由控制芯片L297、驅動芯片L298與CPU連接組成；電動推桿驅動電路由光電耦合器TLP521-4、驅動芯片L298N與CPU連接組成；接近開關及其電壓轉換電路由PNP型接近開關TL-Q5MB1經NPN型三極管與CPU連接組成；電源管理電路包括電源監測電路和掉電保護電路，電源監測電路由電源監測芯片TPS3823與CPU連接組成，掉電保護電路由RC回路與CPU連接組成；485通訊電路由RS485接口芯片與CPU連接組成；信號處理電路用于將土壤濕度傳感器輸出的標準電流信號轉換為電壓信號，其輸出的電壓信號交由CPU計算處理得?到土壤層的濕度值，并傳送至主控計算機；溫度采集電路用于實現裝置內的溫度測量，溫度采集頻率及精度受CPU控制；步進電機驅動電路用于接受CPU輸出的脈沖和方向信號，完成對步進電機的實時控制；電動推桿驅動電路用于接受CPU輸出的脈沖信號，完成對電動推桿的實時控制；接近開關及其電壓轉換電路中接近開關分別安裝在電動推桿最外側和濕度傳感器出口內側，對固定部件和濕度傳感器的直線進給位移進行限定，其輸出電平信號經電壓轉換電路處理后交由CPU處理，實現對步進電機和電動推桿的自動控制；電源管理電路用于避免CPU出現上電死機現象并實現嵌入式測控系統運行過程中各設備的狀態數據在掉電時的保存；485通訊電路用于將主控計算機（2）經過四芯電纜（3）發來的控制命令傳給CPU，并將井下測控裝置的狀態信息和測得的濕度數據通過四芯電纜（3）上傳至主控計算機（2），其數據的接受和發送過程受CPU控制。

2.根據權利要求1所述的一種深層土壤濕度實時測控系統，其特征在于：CPU中央處理器為TI公司的MSP430系列單片機。

3.根據權利要求1所述的一種深層土壤濕度實時測控系統，其特征在于：信號處理電路中土壤濕度傳感器FDS120與CPU的連接為，CPU的P6.0管腳經過精度為1%的電阻R41、濾波電容C41、ESD保護二極管D30與FDS120信號輸出端相連，將FDS120輸出的電流信號轉換為電壓信號經過具有A/D功能的P6.0管腳送入CPU進行計算處理獲得土壤濕度值。

4.根據權利要求1所述的一種深層土壤濕度實時測控系統，其特征在于：溫度采集電路中溫度傳感器DS18B20與CPU的連接為，DS18B20的DQ管腳通過上拉電阻接至+5V，并與CPU的P2.1管腳相連，由CPU控制DS18B20的溫度讀取頻率和精度。

5.根據權利要求1所述的一種深層土壤濕度實時測控系統，其特征在于：步進電機驅動電路中控制芯片L297、驅動芯片L298與CPU的連接為，CPU的P5.0～5.3管腳分別與L297的4個控制管腳ENABLE、HALF/FULL、CLOCK?及CW/CCW相連，L297通過相應管腳與L298相連，L298的output1～4分別與步進電機的四條控制線相連，實現步進電機的實時控制。