CN101285818B - 一种测量土壤剖面参数的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量土壤剖面参数的装置，该装置包括底座和底座上的主机，主机包括：外壳；与外壳内壁相连的上、下支架；电机；由电机驱动的接在上、下支架之间的滚珠丝杠，用于将电机的旋转运动转化为滑块的轴向直线运动；设置在滚珠丝杠上的滑块；固定在上、下支架之间的两根光轴，分别穿过滑块的两端的通孔，与滚珠丝杠平行起导轨的作用；安装在滑块上的参数测量传感器，用于采集土壤剖面参数信号；与参数测量传感器连接的圆锥杆及锥头；测量滑块行进深度的深度测量装置；数据采集与控制装置，用于接收土壤剖面参数信号，并根据深度滑块行进深度，控制所述电机旋转或停止。本发明运行精度高，可以实现一个或多个参数的连续同步实时测量。

Description

一种测量土壤剖面参数的装置 

技术领域

本发明涉及农业工程测量领域，具体涉及一种测量土壤剖面参数的装置。 

背景技术

近十年来，加拿大土地资源研究所Topp等于1996年、2001年和2003年、美国加洲大学戴维斯分校的Vaz与Hopmans于2001年、美国农业部密苏里农业工程研究所Hummel等于2004年、日本学者KOSUGI等于2004年、德国霍亨海姆大学Koeller于2005年、比利时学者Mouazen与Ramon于2006年分别尝试着土壤圆锥指数与含水率的复合及实时测量。 

Topp等研究所将测量含水率的时域反射TDR(time domain reflectometer)传感器嵌入圆锥指数传感器并安装在一个由直流电机驱动的测量装置上，纵向行进深度上以每6cm为一个进程，通过控制电机反复的“启动—停止等待-启动”的办法来实现两个传感器的同步测量。显然如果一个等待时间为20秒，对于60cm深度的测量全过程，定点一次测量时间至少需要200秒。这种方案不仅耗时长、数据不连续，更严重的后果是每次电机启动都伴随一个不可避免的瞬时冲击(正加速度引起)和每次电机停止带来一个负加速度引起的反作用力，所以测量获取的土壤紧实度信息是难以置信的。针对这一问题，研究人员Vaz与Hopmans将时域反射传感器集成到一个利用重锤下落冲击原理的圆锥指数测量装置中。当重锤质量与冲程一定时，圆锥行进深度与土壤紧实度成正比。根据他们的研究报告，为了保持与时域反射传感器同步，每次冲击后等待时间为60秒。事实上由于重锤质量和冲程高度有限，该方法一个测量过程更长。此外，冲击引起的加速 度是瞬变的，无法实时测量，只能根据圆锥进程大致估计。所以这两种研究方案虽然各有创意，但未见应用性成果进展。 

日本学者KOSUGI等于2004年、德国霍亨海姆大学Koeller于2005年先后尝试将时域反射传感器与圆锥指数传感器复合集成应用于车载行进工作方式的测量。与Topp、Vaz与Hopmans遇到的问题一样，他们首先必须面对利用时域反射一个测量过程需要数十秒的事实。进一步分析，假定车载行进速度是3km/h，利用时域反射一次测量时间为20秒，这意味着土壤水分传感器行进过程中每间隔16m采一个样点。在当前卫星定位导航系统GPS定位精度达到米级甚至亚米级的情况下，这种粗大的采样间隔对于农田信息的数字化精确定位处理显然是不能满足需要的。此外，以上所述各种时域反射技术集成路线还有一个共性的缺陷，即复合传感器的电极物理结构复杂、刚性差而导致田间使用极易受损且价格昂贵。从进一步考虑测量装置商品化应用前景看，这些缺陷都可能是致命性的。 

美国农业部密苏里农业工程研究所Hummel博士、比利时学者Mouazen与Ramon等人认识到时域反射传感器所存在的实时性问题，先后提出了将近红外土壤水分传感器与圆锥指数传感器复合为一体的设计方案。其中Hummel是将此应用在固定测量方式下，选用波长为1600～2500纳米，Mouazen与Ramo是将此应用在车载移动方式下，选用波长为1710.9nm。这种技术路线虽然解决了双参数复合传感器的同步响应问题，但是由于在近红外区电磁波的波长与土壤颗粒直径处于同一数量级，不仅对传感器周围土壤的穿透能力十分有限，所带来的新问题是漫反射引起不容忽视的测量误差。此外，复杂的物理结构、刚性差与价格昂贵也同样制约着该方法的应用。 

中国农业大学精细农业中心孙宇瑞教授于1999年开始从事土壤水分频域测量方法研究，2001年起开始涉足于土壤圆锥指数与含水率实时、同步测量研究领域。其课题组应用基于频域法FD原理的水分 传感器与应变式压力传感器复合的方法先后于2004年和2005年分别研制出SMP-V型土壤剖面水分/圆锥指数复合测试仪和车载式土壤水分/圆锥指数复合测量仪，基本解决了土壤含水率与圆锥指数的同步、实时测量问题。其科技成果“农田土壤含水量与压实度新型测量装备技术研究”已于2006年通过教育部鉴定，部分成果达到世界领先水平。其中SMP-V型土壤剖面水分/圆锥指数复合测试仪(见中国实用新型专利申请号200420120131.5与发明专利申请号200510063149.5)是通过电机驱动纵锥以30mm s-1的恒速打入土层，通过连接在纵锥上端的压力传感器实时的获取所受的土壤阻力，从而得到土壤的圆锥指数。其圆锥杆最大行程深度为50mm，圆锥指数的最大量程为500N。但是，由于上述复合测量仪采用齿轮齿条的传动结构，使得设备运行精度较差，效率较低，而且伴随着较大的噪音。同时，在测量坚硬的土壤时500N的圆锥指数最大量程很难满足所需测量深度的要求。并且，整个仪器的传动部件直接暴露于空气中，在田间长时间作业时很容易由于尘土等原因降低设备的使用寿命。 

发明内容

本发明的目的是提供一种测量土壤剖面参数的装置，克服现有技术中的上述缺陷，利用该装置进行土壤剖面参数测量，具有运行精度高的特点，可以实现一个或多个参数的连续同步实时测量。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

提供一种测量土壤剖面参数的装置，包括底座和设置在底座上的主机，所述主机包括：设置在底座上的外壳；与所述外壳上部内壁相连的上支架，及固定在所述底座上与外壳内壁相连的下支架；设置在外壳内位于上端的电机；通过连轴器与电机连接、由电机驱动的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的上、下两端分别通过轴承与所述上支架、下支架连接，用于将所述电机的旋转运动转化为滑块的轴向直线运动；所述滑块，设置在所述滚珠丝杠上，在所述滚珠丝杠的带动下轴向直线 运动，所述滑块的左、右两端设置有两个通孔；固定在所述上支架与下支架之间的两根光轴，分别穿过所述滑块的两个通孔，与所述滚珠丝杠平行，在滑块上下移动时起导轨的作用；安装在滑块上的参数测量传感器，用于采集土壤剖面参数信号；与所述参数测量传感器连接，用于在滑块的带动下插入土壤的圆锥杆；用于测量滑块行进深度的深度测量装置；数据采集与控制装置，分别与电机、参数测量传感器、深度测量装置连接，用于接收参数测量装置采集的土壤剖面参数信号，并根据深度测量装置测量的滑块行进深度，控制所述电机正转、反转或停止。 

其中，所述的数据采集及控制装置包括：整流滤波器，用于对参数测量传感器采集的土壤剖面参数信号进行整流滤波，得到土壤剖面参数模拟信号；与整流滤波器连接的A/D转换器，用于将土壤剖面参数模拟信号转换为土壤剖面参数数字信号，并发送到微控制单元；微控制单元，与所述A/D转换器连接，用于将接收所述土壤剖面参数数字信号存储在数据存储器，向上位机发送土壤剖面参数数字信号和滑块行进深度，根据深度测量装置测量的滑块行进深度或上位机发送的控制信号，控制电机正转、反转或停止；数据存储器，用于存储所述土壤剖面参数数字信号；数据通讯接口，用于连接上位机，将上位机发送的控制信号传输到微控制单元，将微控制单元发送土壤剖面参数数字信号和滑块行进深度传输到上位机。 

其中，用于测量滑块行进深度的深度测量装置包括：安装在所述外壳内壁一侧的光电开关，包括红外发射端和红外接收端，在所述红外发射端和红外接收端之间有、无遮挡物时分别输出不同的高低电平到所述深度测量装置；安装在所述连轴器上、由连轴器带动旋转的码盘，所述码盘外围均匀分部有若干通孔，所述码盘旋转时，其外围穿过所述红外发射端和红外接收端之间。 

其中，该装置还包括全球定位GPS接收机，与数据采集与控制 装置连接，用于实时获取测量点的空间位置信息，并发送到所述数据采集与控制装置。 

其中，所述参数测量传感器为单参数测量传感器或多参数复合测量传感器。 

其中，所述该装置还包括上接盘和减速箱，所述上接盘安装在外壳的顶部，所述上接盘上端安装所述电机，下端连接所述减速箱，所述上接盘四周与外壳的内壁相连，所述电机与所述减速箱连接，由所述减速箱通过连轴器与所述滚珠丝杠连接。 

其中，在所述外壳的正面安装有玻璃窗槽，用于安装玻璃窗。 

其中，在所述下支架上安装有防尘罩，用于防止滑块向上运动时将尘土带入主机。

其中，在所述外壳的上部的两侧安装有两手柄。 

其中，所述主机还包括导线杆、上行控制开关和下行控制开关，所述导线杆的上下两端分别固定与上支架和下支架上；上行控制开关位于导线杆的上端，与所述电机的继电器的控制端连接，用于在上行过程中受到滑块碰触后，断开继电器的控制端停止电机旋转，停止滑块上行；下行控制开关位于导线杆的下端，与所述电机的控制端连接，用于在下行过程中受到滑块碰触后，断开继电器的控制端停止电机旋转，停止滑块下行。 

其中，所述主机还包括电源控制开关和线位杆，电源控制开关位于所述上支架上方，与电机的电源连接，用于在受到线位杆碰触后切断电机的电源；线位杆位于所述上支架的左下侧，其位置在参数测量传感器起点的上方。 

其中，所述底座包括：底板；设置在底板左右两侧的中框，所述中框通过合页与底板连接，通过插销与底板水平固定；设置在所述中框前后两侧的脚踏板，所述脚踏板通过合页与所述中框连接，通过插销与所述中框水平固定。 

其中，所述底座还设置有行走轮，所述行走轮安装在所述底板的一侧面，位于两脚踏板之间。 

利用本发明的测量土壤剖面参数的装置来测量土壤剖面参数时，具有以下优点： 

1、由于该装置采用电机驱动滚珠丝杠的传动方式，运行精度高，并且机械的传动效率可达到95％以上，且整体机械结构简单，电机固定于设备上端，减轻了滑块重量； 

2、在滑块上安装任意种类的土壤单参数传感器或多参数复合传感器，可在0-700mm的深度范围内连续同步实时测量土壤的一个或多个物理参数，绘出土壤单个或多个物理参数的纵向分布剖面图，实现了土壤剖面单一或多个物理参数的同步实时测量。 

3、本发明通过外壳和防尘罩使得设备的传动机构严格密封，起到了良好的防尘防土作用，进而增加了设备在田间恶劣环境下的使用寿命； 

4、安装在滑块上的参数测量传感器的行进深度可通过上位机预先进行设定； 

5、参数测量传感器插入土壤的速度是恒定的，为30mm/s，从而保证了美国农业工程协会(ASAE)的协会标准ASAE Standard S313.3 FEB04与ASAE Standard EP542 FEB99中对于土壤圆锥指数的测量设备(即圆锥指数仪)及测量过程的操作规范； 

6、提供了操作时可以让操作者站立的脚踏板，有效的克服了测量过程中土壤向上的反作用力，特别是设备在移动过程中脚踏板可以进行折叠，从而增加了仪器的便携性； 

7、行走轮安装于底板侧部，即不影响测量，又便于田间移动； 

8、具备软硬件自我保护功能，可在出现异常情况下，对设备起到保护作用； 

9、设置数据采集与存储部分，并可以与上位机联接，实时把采 得的数据传送给上位机； 

10、设备的测量数据集成了GPS定位信息，简化了后续的数据处理以及地理信息系统GIS分析。 

附图说明

图1为本发明测量土壤剖面参数的装置的主视剖面图； 

图2为本发明测量土壤剖面参数的装置的右视图； 

图3为本发明测量土壤剖面参数的装置的俯视图； 

图4为本发明测量土壤剖面参数装置中主机左视局部剖面图； 

图5为本发明测量土壤剖面参数装置中的深度测量装置示意图； 

图6为本发明测量土壤剖面参数装置控制与数据采集装置的组成框图。 

图中：1、主机；2、底座；3、电机；4、减速箱；5、数据采集与控制装置；6、手柄；7、滑块；8、光轴；9、滚珠丝杠；10、行走轮；11、蓄电池盒；12、底板；13、中框；14、脚踏板；15、插销；16、合页；17、光电开关；18、码盘；19、连轴器；20、电源控制开关；21、线位杆；22、上行程开关；23、下行程开关；24、复合测量传感器；25、防尘罩；26、导线杆；27、上接盘；28、上支架；29、下支架；30、轴承；31、外壳；32、玻璃窗槽；33、红外发射端；34、红外接收端；35、通孔。 

具体实施方式

本发明提出的一种测量土壤剖面参数的装置和方法，结合附图和实施例说明如下。

本实施例中的测量土壤剖面参数的装置包括底座2和设置在底座2上的主机1。如附图3所示，本实施例中的底座2包括底板12、中框13和脚踏板14，其中：中框13设置在底板12左右两侧，通过合页16与底板12连接，中框13与底板12通过插销15水平固定；脚踏板14设置在中框13的前后两侧，通过合页16与中框13连接，通过插销15与中框13 水平固定，测量时，可以测试人员站在脚踏板上，用于克服测量过程中土壤反作用力产生的反弹。 

这里所说的左右、前后是参考附图3说的，实际中底板12、中框13、脚踏板14位于同一水平面的，本实施例中通过合页连接的好处是，在不使用时可以将插销15把出，将脚踏板14、中框13进行折叠，减少了该装置所占用的面积，增加了仪器的便携性。 

如图1、图2、图4所示，本实施例中的主机1包括：设置在底座2上的外壳31，该外壳31将主机1包围，用以承受设备所受的径向力及扭力；与外壳31上部内壁相连的上支架28，及固定在底座2上与外壳内壁相连的下支架29，上支架28与外壳31的顶部有一定空间，可在上支架28上固定一些装置；安装在外壳31顶部的上接盘27，上接盘27与减速箱4下端相连，其四周与外壳31的内壁相连，用于支撑减速箱4以及减速箱4上方的电机；安装在上接盘27上方的电机；降低电机转速的减速箱4，该减速箱4与电机连接；用于连接减速箱4与滚珠丝杠9的连轴器19；把电机3的旋转运动转化为滑块7轴向直线运动的滚珠丝杠9，该滚珠丝杠9通过连轴器19与减速箱4连接，由电机3经减速箱4减速后驱动旋转，滚珠丝杠9的上、下两端分别通过轴承30与上支架28、下支架29连接；设置在滚珠丝杠9上的滑块7，滑块7由滚珠丝杠9旋转后带动而上下移动，滑块7的左、右两端设置有两个通孔；通过螺钉固定在上支架28与下支架29之间的两根光轴8，分别穿过滑块7的两个通孔，与滚珠丝杠9平行，在滑块7上下移动时起导轨的作用；安装在滑块7上的参数测量传感器24，用于采集土壤剖面参数信号；与参数测量传感器24连接，用于在滑块7的带动下插入土壤的圆锥杆；用于测量滑块7行进深度的深度测量装置；数据采集与控制装置5，分别与电机3、参数测量传感器24、深度测量装置连接，用于接收参数测量装置24采集的土壤剖面参数信号，并根据深度测量装置测量的滑块行进深度，控制电机3正转、反转或停止。 

本实施例中的参数测量传感器为单参数测量传感器或多参数复合测量传感器，具体实施时，参数测量传感器24采用土壤三参数传感器，其原理及结构详见发明专利申请号200510063149.5。本实施例中电机3与减速箱4连接后，由减速箱4通过连轴器19与滚珠丝杠9连接，也可以去掉减速箱4由电机3通过连轴器19与滚珠丝杠9连接。 

本实施例中，测量土壤剖面参数的装置还包括全球定位GPS接收机，该GPS接收机通过数据通讯接口和数据采集与控制平台5相连接，测量时可实时获取该测量点的空间位置信息，并将其存储在数据存储器中，还可通过数据通讯接口实时传输到上位机。这样，用户可通过上位机操作电机正转、反转、停止和读取测量数据及GPS位置信息。 

如图6所示，本实施例的数据采集与控制装置5固定于电机3上，它的面板上有三个控制按钮，分别用于控制控制电机旋转带动滑块7向上，向下或停止运动。数据采集与控制装置5的功能有两个方面：接收上位机的指令并根据指令控制电机3的运转从而控制滑块7的运行，以及采集GPS接收机和参数测量传感器24的信号实时传输到上位机。数据采集与控制装置5包括： 

-由普通的整流滤波电路作为整流滤波器，该整流滤波器将参数测量传感器24输入的信号做相应的整流滤波处理； 

-控制电路为普通的电机控制电路，微控制单元MCU发出控制信号，通过控制电路控制电机的运行状态； 

-三个按键，向微控制单元MCU发出控制信号，通过控制电路分别控制电机正转、反转和停止； 

-A/D转换器为MSP430的ADC12模块，它将传感器输入的模拟信号转换为数字信号，输入信号经A/D转换器转换处理后，将其存储到数据存储器中； 

-MCU单元为MSP430，其中MCU单元接收到上位机的指令或数据采集与控制装置5面板上按钮的控制信号后，开始发出控制信号驱动电机3运行，同时根据上位机的指令开始采集传感器的信号和GPS信号，并将数据实时传输到上位机； 

-数据存储器其为FLASH628，用于存储采集到的传感器和GPS数据； 

-数据通讯接口为MAX3223，它有两组收发接口，一组与上位机相连接，MCU通过其接收上位机发给数据采集与控制装置5的指令，并且数据采集与控制装置5通过此接口将采集的传感器和GPS数据传输给上位机；另一组接口与GPS接收机相连接，MCU通过其对GPS接收机进行系统设置，并且通过此接口接收GPS数据。 

本实施例中数据采集与控制装置5的微控制单元根据传感器采集的信号，获知阻力大于1000N或行进深度大于预先的设定值时，微控制单元MCU也会向电机3发出控制信号，驱动电机3反转。 

本实施例中，在外壳31的正面还开有一玻璃窗槽32，可在其上面安装透明有机玻璃窗，方便观察测量时机械的运动情况，在遇到故障时也很容易将其卸下对设备进行检修。 

本实施例中，在外壳31上部的两侧分别安装有手柄6，行走轮10安装在底板12的一侧面，位于两脚踏板14之间。如图2所示，设备工作时，行走轮10悬空，移动时，将与两个中框13连接的前后两块脚踏板14分别向中框13的正面和反面进行折叠，再将左右两中框13向上折叠于主机1两侧，通过手柄6向后倾斜主机1使行走轮10着地行走，便于移动。 

如图5所示，本实施例中用于测量滑块7行进深度的深度测量装置为光电开关17和码盘18，光电开关17安装在外壳31内壁一侧，或固定在上支架28上，包括红外发射端33和红外接收端34，在红外发射端33和红外接收端34之间有、无遮挡物时分别输出不同的高 低电平到数据采集与控制装置5行进深度测量装置，本实施例中在码盘18旋转过程中，光电开关17的红外发送端33与接收端34在遇到通孔35无遮挡时输出高电平，遇到其它部分遮挡时输出低电平；码盘18安装在连轴器19上、由连轴器19带动旋转，码盘18外围均匀分部有若干通孔35，本实施例中码盘18为圆形码盘，其四周均匀分部有二十个通孔35，码盘18旋转时，其外围部分穿过红外发射端33和红外接收端34之间。 

本实施例中利用上述装置实现行进深度测量的过程为：当测量开始时，电机2同步带动连轴器19转动，安装在连轴器19上的码盘18也随之同步旋转，在码盘18旋转过程中光电开关17的红外发送端33与接收端34在遇到通孔35无遮挡时输出高电平，遇到其它部分遮挡时输出低电平，由于滚珠丝杠9的行程是确定值，本实施例中为5mm/r，码盘18旋转一周可使得光电开关17产生二十个脉冲，也就相当于每个脉冲滑块7行进0.25mm，因此数据采集与控制装置5根据光电开光17产生的脉冲个数就可以得到滑块7的行进深度，实现对参数测量传感器24行进深度的测量。 

本实施例中在下支架29上安装有防尘罩25，在测量过程中，由于本实施例中的土壤三参数传感器的锥头与圆锥杆会进入土壤(详见发明专利申请号200510063149.5)，在滑块7向上运动时会将尘土带入主机1，使得传动机构损坏，因此在圆锥杆的下端安装防尘罩25可以有效的解决这一问题。 

本实施例中，该装置还具有在出现异常情况下，对设备起到保护作用的设置，具体是由主机1中的导线杆26、上行控制开关22和下行控制开关23实现的，其具体结构为： 

所述导线杆26的上下两端分别固定于上支架28和下支架29上； 

上行控制开关22位于导线杆26的上端，与电机3的正向旋转的控制端连接，因为在电机3正向旋转时滑块7上行，在参数测量传感 器24上行过程中，如果由于不确定原因导致微控制单元程序跑飞从而造成对电机3的控制失灵时，参数测量传感器24在到达预定的行进深度时电机3将不能反转，滑块7会继续上行，在滑块7在碰到上行程开关22时，可直接断开控制电机3正向旋转的继电器的控制端，使得继电器停止工作，从而使得电机3停转，起到保护设备的作用； 

下行控制开关23位于导线杆26的下端，与电机3的反向旋转控制端连接，因为在电机3反向旋转时滑块7下行，当参数测量传感器24在下行过程中，由于不确定原因导致微控制单元程序跑飞从而造成对电机3的控制失灵时，参数测量传感器24在到达预定的行进深度时电机3将不能反转，滑块7会继续下行，当滑块7在碰到下行程开关23时，可直接断开控制电机3正向旋转的继电器的控制端，使得继电器停止工作，从而使得电机3停转，起到保护设备的作用。 

本实施例中还可以设置电机的控制失灵情况的保护设备，具体为：在上接盘27的上方设置与电机的电源装置连接的电源控制开关20，在受到线位杆21碰触后，可以切断电机的电源装置；线位杆21设置在上接盘27的左下侧，与电源控制开关20连接，在参数测量传感器24上行过程中，如果控制电机3正向旋转的继电器的控制端失灵，参数测量传感器3在回到起点后，将继续向上运动，只有当滑块7碰到线位杆21，使得线位杆21的上端碰到电源控制开关20时，电机3的电源被切断，电机3停止旋转，起到保护设备的作用。 

本实施例的装置采用蓄电池为电机3、数据采集与控制装置5、光电开关17、参数测量传感器24供电，工作时两块蓄电池分别放置于底板12上两个蓄电池盒11内。 

本发明测量土壤剖面参数的装置的工作方式如下： 

上位机通过数据通讯接口和数据采集和控制装置5相连接，上位机和数据采集和控制装置5进行通讯。首先在上位机中设置参数测量传感器24的行进深度(其值应小于导轨的有效行程700mm)，并发送 到数据采集和控制装置5；第二步从上位机向数据采集和控制装置5发送向下行进的命令或按下控制平台面板上的向下按钮，数据采集和控制装置5的微控制单元MCU接到信号后向电机3发出控制信号，驱动电机3正转，滚珠丝杠9把电机3的旋转运动转化为滑块7的轴向直线运动，使得安装在滚珠丝杠上的滑块7向下运行；测量开始时，参数测量传感器24与滑块7一起向下运行，同时数据采集和控制装置5开始接收参数测量传感器24采集的测量信号，并做处理、存储，并同时向上位机实时传送采集的测量信号。当参数测量传感器24下行距离超过预定深度值或阻力大于1000N时，微控制单元会向电机3发出向上运行的控制信号，驱动电机3反转，使得安装在滚珠丝杠9上的滑块向上行进，同时结束传感器信号的采集并停止向上位机传送数据。当滑块向上回到起点时，微控制单元会向电机发出停止运行的控制信号，停止电机运行，一个测量操作过程结束。 

当传感器在下行过程中，由于不确定原因导致MCU程序跑飞从而造成对电机的控制失灵时，传感器在到达预定的行进深度时电机将不能反转，滑块会继续下行。当滑块在碰到下行程开关时，可直接断开控制电机正向旋转的继电器的控制端，使得继电器停止工作，从而使得电机停转，起到保护设备的作用。与此相同，在传感器上行过程中，遇到类似情况滑块在碰到上行程开关时，同样可直接断开控制电机反向旋转的继电器的控制端，使得继电器停止工作，从而使得电机停转，起到保护设备的作用。 

在传感器上行过程中，如果控制电机正向旋转的继电器的控制端失灵，传感器在回到起点后，将继续向上运动，只有当滑块碰到线位杆，使得线位杆的上端碰到电源控制开关时，电机的电源被切断，电机停止旋转，起到保护设备的作用。 

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (13)

1. 一种测量土壤剖面参数的装置，包括底座和设置在底座上的主机，其特征在于，所述主机包括：

设置在底座上的外壳；

与所述外壳上部内壁相连的上支架，及固定在所述底座上与外壳内壁相连的下支架；

设置在外壳内位于上端的电机；

通过连轴器与电机连接、由电机驱动的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的上、下两端分别通过轴承与所述上支架、下支架连接，用于将所述电机的旋转运动转化为滑块的轴向直线运动；

所述滑块，设置在所述滚珠丝杠上，在所述滚珠丝杠的带动下轴向直线运动，所述滑块的左、右两端设置有两个通孔；

固定在所述上支架与下支架之间的两根光轴，分别穿过所述滑块的两个通孔，与所述滚珠丝杠平行，在滑块上下移动时起导轨的作用；

安装在滑块上的参数测量传感器，用于采集土壤剖面参数信号；

与所述参数测量传感器连接，用于在滑块的带动下插入土壤的圆锥杆；

用于测量滑块行进深度的深度测量装置；

数据采集与控制装置，分别与电机、参数测量传感器、深度测量装置连接，用于接收参数测量装置采集的土壤剖面参数信号，并根据深度测量装置测量的滑块行进深度，控制所述电机正转、反转或停止。

2. 如权利要求1所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，所述的数据采集及控制装置包括：

整流滤波器，用于对参数测量传感器采集的土壤剖面参数信号进行整流滤波，得到土壤剖面参数模拟信号；

与整流滤波器连接的A/D转换器，用于将土壤剖面参数模拟信号转换为土壤剖面参数数字信号，并发送到微控制单元；

微控制单元，与所述A/D转换器连接，用于将接收所述土壤剖面参数数字信号存储在数据存储器，向上位机发送土壤剖面参数数字信号和滑块行进深度，根据深度测量装置测量的滑块行进深度或上位机发送的控制信号，控制电机正转、反转或停止；

数据存储器，用于存储所述土壤剖面参数数字信号；

数据通讯接口，用于连接上位机，将上位机发送的控制信号传输到微控制单元，将微控制单元发送土壤剖面参数数字信号和滑块行进深度传输到上位机。

3. 如权利要求1或2所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，用于测量滑块行进深度的深度测量装置包括：

安装在所述外壳内壁一侧的光电开关，包括红外发射端和红外接收端，在所述红外发射端和红外接收端之间有、无遮挡物时分别输出不同的高低电平到所述深度测量装置；

安装在所述连轴器上、由连轴器带动旋转的码盘，所述码盘外围均匀分部有若干通孔，所述码盘旋转时，其外围穿过所述红外发射端和红外接收端之间。

4. 如权利要求1或2所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，该装置还包括全球定位GPS接收机，与数据采集与控制装置连接，用于实时获取测量点的空间位置信息，并发送到所述数据采集与控制装置。

5. 如权利要求1或2所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，所述参数测量传感器为单参数测量传感器或多参数复合测量传感器。

6. 如权利要求1或2所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，所述该装置还包括上接盘和减速箱，所述上接盘安装在外壳的顶部，所述上接盘上端安装所述电机，下端连接所述减速箱，所述上接盘四周与外壳的内壁相连，所述电机与所述减速箱连接，由所述减速箱通过连轴器与所述滚珠丝杠连接。

7. 如权利要求1或2所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，在所述外壳的正面安装有玻璃窗槽，用于安装玻璃窗。

8. 如权利要求1或2所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，在所述下支架上安装有防尘罩，用于防止滑块向上运动时将尘土带入主机。

9. 如权利要求1或2所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，在所述外壳的上部的两侧安装有两手柄。

10. 如权利要求1或2所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，所述主机还包括导线杆、上行控制开关和下行控制开关，其中：

所述导线杆的上下两端分别固定与上支架和下支架上；

上行控制开关位于导线杆的上端，与所述电机的继电器的控制端连接，用于在上行过程中受到滑块碰触后，断开继电器的控制端停止电机旋转，停止滑块上行；

下行控制开关位于导线杆的下端，与所述电机的控制端连接，用于在下行过程中受到滑块碰触后，断开继电器的控制端停止电机旋转，停止滑块下行。

11. 如权利要求10所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，所述主机还包括电源控制开关和线位杆，其中：

电源控制开关位于所述上支架上方，与电机的电源连接，用于在受到线位杆碰触后切断电机的电源；

线位杆位于所述上支架的左下侧，其位置在参数测量传感器起点的上方。

12. 如权利要求1或2所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，所述底座包括：

底板；

设置在底板左右两侧的中框，所述中框通过合页与底板连接，通过插销与底板水平固定；

设置在所述中框前后两侧的脚踏板，所述脚踏板通过合页与所述中框连接，通过插销与所述中框水平固定。

13. 如权利要求12所述的测量土壤剖面参数的装置，其特征在于，所述底座还设置有行走轮，所述行走轮安装在所述底板的一侧面，位于两脚踏板之间。

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