[實用新型]基于無線傳輸的緊湊型、低功耗土壤水分自動檢測儀

有效

• 申請號: 201720067029.0
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN206583903U
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 呂華芳;楊漢波;雷慧閩;鄭航
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G08C17/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本實用新型屬于土壤信息測試裝置范圍，特別涉及基于無線傳輸的緊湊型、低功耗土壤水分自動檢測儀。

背景技術

在農業生產中，精準灌溉要求長期檢測和及時獲取田間的土壤水分空間分布信息，這就需要在田間安裝土壤水分測試裝置。

目前成熟的土壤含水率檢測方法有TDR(時域反射法)、FDR(頻域反射法)和SWR(駐波率法)，其中TDR和FDR是國外的專利技術，測量精度比較高，但是由于處理電路復雜導致成本極高，一臺TDR高達數萬美元，一臺FDR高達數千美元；由于每畝水農作物每年的平均收益不高，所以上述三種土壤水分傳感器不可能在田間推廣應用。

當前我國不管是農業灌溉還是城市綠化用水都是采取很粗放的方式，即憑借經驗定時人工灌溉。這種原始的灌溉方式既無法保證植物正常生活所需水量，同時又大大浪費了寶貴的水資源。而園林綠化用水當中常用的人工漫灌方法會造成土壤表層水流過快而來不及滲透到植物根系就順著地形的流動形成水洼或流到馬路當中造成浪費。在各種不同的灌溉系統中，由于土壤表層與其下方的各個深層含水量的不同，實時檢測不同深度土壤商情信息，根據作物不同生長時期的需水量來酌量灌溉，這就需要大范圍布設低成本的土壤水分傳感器，進行實時監控，以解決如何既有利于植物的生長又盡量不浪費水資源的問題。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對現有技術的不足提出一種基于無線傳輸的緊湊型、低功耗土壤水分自動檢測儀；其特征在于，所述土壤水分自動檢測儀的外殼由埋入支撐桿、轉換接頭、主板及鋰離子電池固定倉和自動檢測儀頂帽依次連接組成，上述各部分之間均保持良好的密閉性，具有防滲水和耐腐蝕性能；在埋入支撐桿底部固定土壤水分自動檢測儀探頭；在自動檢測儀頂帽端部固定2.4GHz全向天線；與轉換接頭連接的主板及鋰離子電池固定倉內設置固定平臺，電池及主板平行固定于上面，無線傳輸模塊與主板固定在一起；自動檢測儀頂帽將主板、鋰離子電池與無線傳輸模塊密封在外殼內；

所述主板上集成了電源控制模塊、控制模塊、時鐘模塊、數據采集模塊、數據存儲模塊和無線傳輸模塊；其中，電源控制模塊分別與控制模塊和數據采集模塊連接，數據采集模塊分別與控制模塊和傳感器探頭連接，控制模塊分別與時鐘模塊、數據存儲模塊和無線傳輸模塊連接，無線傳輸模塊可遠程連接到PC上位機。

所述電源控制模塊由鋰離子電池和電源控制連接構成，其電源控制由LT1129-3.3V及LM2575-3.3集成可控穩壓電源芯片擔任。

所述控制模塊選用單片機MSP430F1611作為主控單元，MSP430F1611與看門狗、復位電路依次連接成回路，MSP430F1611再與JTAG接口連接，實現超低功耗的系統控制。

所述時鐘模塊選用SD2200ELPI實時時鐘芯片擔任，以對沒有實時時鐘的單片機MSP430F1611的外部時鐘支持。

所述數據采集模塊選用具有16位高分辨率的ADS1100作為外部A/D轉換電路芯片，其可編程增益放大器使得在高分辨情況下能夠采樣到小信號，且具有低功耗工作模式。

所述數據存儲模塊采用CH376S作為系統外部SD卡存儲的文件系統管理芯片。使用常用SD卡，滿足大容量存儲。

所述無線傳輸模塊包括Bluetooth模塊、Zigbee模塊及GPRS模塊；其串口選用MAX3232芯片和藍牙模塊擔任近距離通訊；采用Zigbee無線協議近距離組網、GPRS通用分組無線協議進行遠距離傳輸，和藍牙無線通訊協議實現現場調試的組合方式，三者均屬于串行通訊方式；并用一個模擬開關對上述三種通訊方式進行切換，以達到分時傳輸的目的。

本實用新型的有益效果是設計了基于CRC和ARQ協議的數據接收與存儲優化算法的土壤水分自動檢測儀，提高了傳感器數據采集的準確性以及系統運行的可靠性；本土壤水分自動檢測儀結構簡單，低成本。具有如下優點：

1.土壤水分自動檢測儀的測量深度為(可調)；土壤水分測量范圍為0～100％，測量精度達到±3％，工作環境-30℃～50℃；

2.選擇體積更小的鋰離子電池供電，外觀更加緊湊，使用更加方便；具有質量輕、良好的防滲水和耐腐蝕性；

3.內嵌的數據采集儀具有在低溫(-30℃)環境下連續工作的能力，現場數據可以保存3年以上；

附圖說明

圖1為土壤水分自動檢測儀結構示意圖。

圖2為土壤水分自動檢測儀控制主板組成框圖。

具體實施方式