[發明專利]基于Arduino板的氨揮發在線檢測裝置

在審

• 申請號: 202210747868.2
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115097075A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 毛譯;楊啟良;苗為偉;張建;王若亞
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N33/24
• 代理公司: 昆明同聚專利代理有限公司 53214
• 代理人: 蘇蕓蕓

本發明公開了一種基于Arduino板的氨揮發在線檢測裝置，其包括擋雨蓋、單向氣腔、支架、清潔室、數據處理單元、檢測室、PTC發熱元件、步進電機、螺桿、重力葉片Ⅰ；擋雨蓋通過擋雨蓋支架固定在單向氣腔上方，清潔室固定在單向氣腔頂部中心處并與其連通，檢測室固定在清潔室頂部并位于擋雨蓋下方，3個以上的支架活動設置在單向氣腔下部外側，單向氣腔底部開口；本發明裝置自動化程度高、易攜帶，能適應大田檢測環境，能較穩定地遠程檢測氨濃度，檢測結果較準確。

技術領域

本發明屬于氨揮發檢測技術領域，具體涉及一種基于Arduino板的氨揮發在線檢測裝置。

背景技術

氨揮發是土壤中氮元素以氣態NH₃的形式從農田表面或者農田水面揮發，減少了土壤中氮元素的含量，降低了農業生產中施加的氮肥利用效率，傳統方法測定氨揮發大多依賴酸吸收法，但因采樣時間長，勞動量大，精確度有待提高，更重要的是難以獲得實時的氨氣揮發速率。近年來對于傳感器的使用與算法的結合越來越被大眾所熟知，但是單一的傳感器不僅精度不夠準確，當出現故障時也會出現裝置無法運行的情況，基于這個背景，此裝置在本設計中采用了Arduino板和多傳感器數據融合算法技術，在提高裝置精確度的同時，也保證了裝置在農田惡劣的環境當中可以保持持續高強度的運作。

發明內容

本發明提供了一種基于Arduino板的氨揮發在線檢測裝置，其包括擋雨蓋、單向氣腔、支架、清潔室、數據處理單元、檢測室、PTC發熱元件、步進電機、螺桿、重力葉片Ⅰ；擋雨蓋通過擋雨蓋支架固定在單向氣腔上方，清潔室固定在單向氣腔頂部中心處并與其連通，檢測室固定在清潔室頂部并位于擋雨蓋下方，3個以上的支架活動設置在單向氣腔下部外側，單向氣腔底部開口；

所述PTC加熱片通電工作，可以1分鐘內將檢測氣室的溫度提升到43℃，在這樣的環境溫度中，傳感器組的探頭殘留的氨氣等氣體會揮發從而實現了清潔傳感器探頭的效果；

所述單向氣腔內頂部中心處通過步進電機支架固定有步進電機，步進電機輸出軸通過聯軸器與螺桿固連，單向氣腔內設置有一個以上的導桿，柵格底盤套裝在螺桿、導桿上且其中心處與螺桿螺紋配合，柵格底盤上通過合頁連接有2個以上的重力葉片Ⅰ，重力葉片Ⅰ位于柵格底盤上的孔上方，PTC發熱元件通過支架固定在清潔室腔體內并位于步進電機上方；

所述檢測室包括上下開口中空殼體、引流板，引流板通過支架固定在殼體下開口處的下方，2個重力葉片Ⅱ通過軸活動設置在殼體上開口處，傳感器支架固定在檢測室內，其上安裝有3個化學傳感器、1個半導體傳感器；所述傳感器為CLE-1012-400化學傳感器、7ID-NH3化學傳感器、NH3-B1化學傳感器、MQ137半導體傳感器；傳感器支架為十字形，引流板為圓板；

所述數據處理單元包括盒體和設置在盒體中的Arduino Mega2560、Arduino Uno板、無線傳輸模塊，Arduino Mega2560通過Arduino Uno板與無線傳輸模塊連接，ArduinoUno板分別與步進電機、PTC發熱元件連接，4個傳感器分別與Arduino Mega2560連接，無線傳輸模塊與電腦或智能手機連接；

無線傳輸模塊型號為ESP8266，Arduino Mega2560負責收集并處理從傳感器獲取的數據(Rs、時間)，Arduino Uno板負責接收上機位指令、控制步進電機的移動和數據傳輸。

本裝置還可以在數據處理單元上設置顯示屏，顯示屏與Arduino Mega2560連接，用于顯示氨氣濃度和時間，還可以在數據處理單元上設置調速按鈕，調速按鈕通過ArduinoUno板與步進電機連接，用于調節步進電機的轉速；

所述Arduino Mega2560還包括計算模塊，用于將采集的傳感器電阻數據換算為某一時間段內的氨氣濃度，具體為：