[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

技術領域

本發明涉及一種深層土壤濕度實時測控系統，系統中計算機通過RS485對鉆孔內的測控裝置進行實時控制，利用FDS120土壤濕度傳感器實現了鉆孔內深層土壤濕度的遠程實時測量，屬于土壤濕度測量技術領域。?

背景技術

土壤的溫度控制各層土壤間的能量輸送，調節土壤的熱屬性，決定了土壤當地熱容及土壤導熱率。獲得當地各層土壤的濕度參數可以促進對當地土壤層的合理利用，與土壤相關的工程和研究一般都需要深層土壤的濕度參數，例如地熱鉆孔深層土壤熱物性的測定、地源換熱器鉆孔外土壤傳熱模型的設計、淺層和深層地熱能的利用等。?

目前測定土壤濕度參數的方法歸納起來有兩大類，一類是變動位置取樣測定(如烘干稱重法)，另一類是原位取樣測定(如中子法、γ射線法、時域反射儀法、傳感器法)，但這些方法一般只用于表層土壤的濕度測量。而對于深層土壤的濕度測量一般是通過取土鉆鉆孔并取出土樣，再通過烘干法來測量土壤濕度，這種儀器不僅操作繁瑣、成本高，精度也無法保障。?

發明內容

本實用新型的目的在于克服深層土壤濕度測量大多是離線測量，且操作繁瑣、測量精度低、操作繁瑣的現狀，提出了一種深層土壤濕度實時測控系統。?

本實用新型的技術方案如圖1和圖2所示，包括地面部分和井下部分。特征在于：地面部分包括有供電設備1、裝有上位機監控程序的主控計算機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；其中頂層?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用于接收主控計算機2發來的控制命令及其他各電路送出的信號，產生控制信號控制其他各電路，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FDS1208，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；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相連，推動固定部件完成裝置在鉆孔內的固定和取回工作。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-Q5MB?1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。?

所述的CPU中央處理器為TI公司的MSP430系列單片機，單片機不同管腳實現不同的功能，通過接插件及排線輸入輸出信號控制其他各電路工作。?