CN101581713B

CN101581713B - 农田信息采集装置

Info

Publication number: CN101581713B
Application number: CN 200910074777
Authority: CN
Inventors: 张淑娟; 裘正军; 王凤花
Original assignee: Shanxi Agricultural University
Current assignee: Shanxi Agricultural University
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2029-06-15
Also published as: CN101581713A

Abstract

本发明涉及农田信息采集，具体是一种农田信息采集装置。满足了精细农业农田信息采集的需求，包括信息处理主机、用于检测土壤参数的土壤属性传感器；信息处理主机包含机壳、置于机壳内的信息处理电路；信息处理电路包含单片机、与单片机相连的存储器、GPS接收模块、MAX232电平转换芯片、A/D转换芯片、用于检测环境温湿度的温湿度传感器，以及3路输出端与A/D转换芯片相连的信号放大电路；机壳上设有与单片机连接的LCD显示屏、键盘、与MAX232电平转换芯片连接的通讯接口、实现各传感器与信息处理电路连接的信息采集接口。本发明结构合理、紧凑，能快速实现农田测量点的定位、农田测量点处多种土壤属性信息和环境信息的测量。

Description

农田信息采集装置

技术领域

本发明涉及农田信息采集，具体是一种主要获取土壤属性信息、位置信息、农田环境信息的农田信息采集装置。

背景技术

精细农业是基于信息和知识支持的现代农业，其核心是动态、实时地获取农田小区土壤和农作物的信息，诊断作物长势和产量时空差异的原因，并对小区进行准确的灌溉、施肥、喷药，最大限度地提高水、肥和药物的利用效率，增加产量，减少环境污染，获得最佳的经济效益和生态效益。其中，快速有效地采集和描述影响作物生长的田间信息，是开展精细农业实践的重要基础。田间信息大致可以分为土壤属性信息(如：土壤含水量、土壤紧实度、土壤温度、土壤电导率、土壤pH值等)、位置信息、作物生长信息、农田环境信息(如环境的温湿度)和作物产量信息等，其具有量大、多维、动态、不确定、不完整、稀疏性、时空变异性强等特点。因此，由于农田信息采集的特殊性：野外测量、测量范围广、测量点分散等，如果使用单一检测功能的仪器来测量农田信息，那么每测一种农田信息，就要重复地在农田区域定位、采样、测量、数据处理。不但要耗费大量人力，而且效率低，实时性差，不能满足精细农业农田信息采集的需求。

发明内容

本发明为了能满足精细农业农田信息采集的需求，主要针对土壤属性信息、位置信息、农田环境信息的获取，提供了一种农田信息采集装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：农田信息采集装置，包括信息处理主机、用于检测土壤参数的土壤水分传感器、土壤紧实度传感器、土壤电导率传感器、土壤pH值传感器、土壤温度传感器；信息处理主机包含机壳、置于机壳内的信息处理电路；信息处理电路包含单片机、存储器、GPS接收模块、MAX232电平转换芯片、A/D转换芯片、用于检测环境温湿度的温湿度传感器、以及3路分别用于对土壤紧实度传感器、土壤电导率传感器、土壤pH值传感器的输出信号进行放大的信号放大电路，存储器、GPS接收模块、MAX232电平转换芯片、A/D转换芯片、以及温湿度传感器与单片机相连，信号放大电路的输出端与A/D转换芯片相连；机壳上设有与单片机连接的LCD显示屏、键盘、与MAX232电平转换芯片连接的RS232通讯接口、以及实现各传感器与信息处理电路连接的信息采集接口CON4、CON5，温湿度传感器的探头设置于机壳外侧；其中，所述单片机采用78LE58型号单片机；GPS接收模块采用LEA-4S型号GPS接收模块；A/D转换芯片采用TLC2543型号A/D转换芯片；用于对土壤紧实度传感器的输出信号进行放大的信号放大电路包含OP-07差分放大器，OP-07差分放大器的同相端、反相端与信号采集接口CON5相连，OP-07差分放大器的反相端与输出端之间串联有电阻R15，输出端经电阻R16、电容C9接地，电阻R16、电容C9的连接节点与A/D转换芯片的引脚IN2连接，OP-07差分放大器的同相端经电阻R13接地，经电阻R14与电源VCC连接；用于对土壤电导率传感器的输出信号进行放大的信号放大电路包括两个由LM358型运算放大器构成的跟随器U9A、U9B，跟随器U9A的同相端与单片机的P20口相连，输出端经电阻R4、电阻R21、电容C12接地，电阻R4、电阻R21的连接节点DDL、跟随器U9B的输出端DDH与信号采集接口CON4相连，电阻R21、电容C12的连接节点与A/D转换芯片的引脚IN1连接，跟随器U9B的同相端经电阻R12接地，经电阻R22与电源VCC连接；用于对土壤pH值传感器的输出信号进行放大的信号放大电路包含ICL7650型斩波稳零式高精度运算放大器，ICL7650型斩波稳零式高精度运算放大器的+IN引脚与信号采集接口CON4相连，引脚CA与引脚CB之间、引脚CR与引脚CB之间分别串联有电容C10、C11，引脚-IN与引脚OUT相连，引脚OUT与A/D转换芯片的引脚IN4连接，两引脚NC相连。

为了信息处理主机能将采集到的农田信息通过无线传输方式传输至上位机，本发明所述采集仪还配置有采用RS232通讯接口的GSM通讯模块，可连接于信息处理主机的RS232通讯接口。

另外，为了减小信息处理主机的体积，进一步实现携带方便的目的，信息处理主机的信息采集接口采用接口共用方式，仅设置1-2个信息采集接口，本发明中土壤水分传感器、土壤紧实度传感器和土壤温度传感器共用一个信息采集接口；土壤电导率和土壤pH值传感器共用另一个信息采集接口；即在测量土壤不同属性时，将相应的传感器与其中相应的信息采集接口相连，即可在单片机控制下进行相应土壤属性的测量。

所述土壤水分传感器、土壤紧实度传感器、土壤电导率传感器、土壤pH值传感器、土壤温度传感器、温湿度传感器是现有公知产品，能由市面直接购得；

与现有技术相比，以本发明所述采集仪在各农田测量点进行农田信息采集时，内置于信息处理主机的GPS接收模块可以在进行采集田间信息属性值的同时获取测量点的GPS定位信号，并传输至单片机，由单片机处理得出农田测量点的经、纬度信息，便于快速建立地理位置与农田状况的对应关系；内置于信息处理主机的温湿度传感器，通过设置于机壳外侧的探头可以实时测量当前环境的温、湿度和露点温度；与信息处理主机外接的土壤属性传感器对各土壤属性：土壤水分、土壤紧实度、土壤温度、土壤溶液pH值、以及土壤溶液电导率进行实时、快速检测；传感器将检测信号传输至信息处理电路的单片机，在相应软件支持下，单片机将经换算处理得到的参数值或直接获取得到的参数值经由LCD显示屏显示、存储器存储，同时，由MAX232电平转换芯片电平转换后，由通讯接口将与测量点对应的经、纬度信息和土壤属性信息、环境温湿度信息通过有线或无线通讯方式上传至上位机，由上位机进行后续汇总、分析处理。

本发明结构合理、紧凑，能快速实现农田测量点的定位、以及农田测量点处多种土壤属性信息(土壤含水量、土壤紧实度、土壤温度、土壤电导率、土壤pH值)和环境信息(环境温湿度)的测量，满足精细农业对农田信息采集的需求。

附图说明

图1为本发明的原理方框图；

图2为本发明信息处理电路的电路原理图；

具体实施方式

如图1、2所示，农田信息采集装置，包括信息处理主机、用于检测土壤参数的土壤水分传感器、土壤紧实度传感器、土壤电导率传感器、土壤pH值传感器、土壤温度传感器；信息处理主机包含机壳、置于机壳内的信息处理电路；信息处理电路包含单片机、存储器、GPS接收模块、MAX232电平转换芯片、A/D转换芯片、用于检测环境温湿度的温湿度传感器、以及3路分别用于对土壤紧实度传感器、土壤电导率传感器、土壤pH值传感器的输出信号进行放大的信号放大电路，存储器、GPS接收模块、MAX232电平转换芯片、A/D转换芯片、以及温湿度传感器与单片机相连，信号放大电路的输出端与A/D转换芯片相连；机壳上设有与单片机连接的LCD显示屏、键盘、与MAX232电平转换芯片连接的RS232通讯接口、以及实现各传感器与信息处理电路连接的信息采集接口CON4、CON5，温湿度传感器的探头设置于机壳外侧；其中，所述单片机采用78LE58型号单片机；GPS接收模块采用LEA-4S型号GPS接收模块；A/D转换芯片采用TLC2543型号A/D转换芯片；用于对土壤紧实度传感器的输出信号进行放大的信号放大电路包含OP-07差分放大器，OP-07差分放大器的同相端、反相端与信号采集接口CON5相连，OP-07差分放大器的反相端与输出端之间串联有电阻R15，输出端经电阻R16、电容C9接地，电阻R16、电容C9的连接节点与A/D转换芯片的引脚IN2连接，OP-07差分放大器的同相端经电阻R13接地，经电阻R14与电源VCC连接；用于对土壤电导率传感器的输出信号进行放大的信号放大电路包括两个由LM358型运算放大器构成的跟随器U9A、U9B，跟随器U9A的同相端与单片机的P20口相连，输出端经电阻R4、电阻R21、电容C12接地，电阻R4、电阻R21的连接节点DDL、跟随器U9B的输出端DDH与信号采集接口CON4相连，电阻R21、电容C12的连接节点与A/D转换芯片的引脚IN1连接，跟随器U9B的同相端经电阻R12接地，经电阻R22与电源VCC连接；用于对土壤pH值传感器的输出信号进行放大的信号放大电路包含ICL7650型斩波稳零式高精度运算放大器，ICL7650型斩波稳零式高精度运算放大器的+IN引脚与信号采集接口CON4相连，引脚CA与引脚CB之间、引脚CR与引脚CB之间分别串联有电容C10、C11，引脚-IN与引脚OUT相连，引脚OUT与A/D转换芯片的引脚IN4连接，两引脚NC相连。还配置有采用RS232通讯接口的GSM通讯模块。

具体实施时，土壤水分传感器采用SWR-2型土壤水分传感器；土壤紧实度传感器采用杭州传感器厂生产的CL-YB-13型电阻应变拉压力传感器；土壤温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的一款基于1-Wire总线协议的可编程数字温度传感器DS18B20型温度传感器；土壤pH值传感器采用武汉能世化学有限公司的高性能pH复合电极ASP2101电极；土壤电导率传感器采用武汉能世化学有限公司的SDL-1型电导电极；温湿度传感器采用数字式温湿度传感器SHT11；键盘采用行列式按钮；LCD显示屏采用122×32字符型液晶显示模块TJDM12232C；存储器采用ATMEL公司生产的512K位串行电可擦的可编程只读存储器AT24C512；GSM通讯模块采用Wavecom公司研制的Wavecom WMOD2B Modem；机壳采用工程塑料制成，既减轻了仪器质量，又满足了强度要求。

Claims

1.一种农田信息采集装置，其特征在于：包括信息处理主机、用于检测土壤参数的土壤水分传感器、土壤紧实度传感器、土壤电导率传感器、土壤PH值传感器、土壤温度传感器；信息处理主机包含机壳、置于机壳内的信息处理电路；信息处理电路包含单片机、存储器、GPS接收模块、MAX232电平转换芯片、A/D转换芯片、用于检测环境温湿度的温湿度传感器、以及3路分别用于对土壤紧实度传感器、土壤电导率传感器、土壤PH值传感器的输出信号进行放大的信号放大电路，存储器、GPS接收模块、MAX232电平转换芯片、A/D转换芯片、以及温湿度传感器与单片机相连，信号放大电路的输出端与A/D转换芯片相连；机壳上设有与单片机连接的LCD显示屏、键盘、与MAX232电平转换芯片连接的RS232通讯接口、以及实现各传感器与信息处理电路连接的信息采集接口CON4、CON5，温湿度传感器的探头设置于机壳外侧；其中，所述单片机采用78LE58型号单片机；GPS接收模块采用LEA-4S型号GPS接收模块；A/D转换芯片采用TLC2543型号A/D转换芯片；用于对土壤紧实度传感器的输出信号进行放大的信号放大电路包含OP-07差分放大器，OP-07差分放大器的同相端、反相端与信号采集接口CON5相连，OP-07差分放大器的反相端与输出端之间串联有电阻R15，输出端经电阻R16、电容C9接地，电阻R16、电容C9的连接节点与A/D转换芯片的引脚IN2连接，OP-07差分放大器的同相端经电阻R13接地，经电阻R14与电源VCC连接；用于对土壤电导率传感器的输出信号进行放大的信号放大电路包括两个由LM358型运算放大器构成的跟随器U9A、U9B，跟随器U9A的同相端与单片机的P20口相连，输出端经电阻R4、电阻R21、电容C12接地，电阻R4、电阻R21的连接节点DDL、跟随器U9B的输出端DDH与信号采集接口CON4相连，电阻R21、电容C12的连接节点与A/D转换芯片的引脚IN1连接，跟随器U9B的同相端经电阻R12接地，经电阻R22与电源VCC连接；用于对土壤PH值传感器的输出信号进行放大的信号放大电路包含ICL7650型斩波稳零式高精度运算放大器，ICL7650型斩波稳零式高精度运算放大器的+IN引脚与信号采集接口CON4相连，引脚CA与引脚CB之间、引脚CR与引脚CB之间分别串联有电容C10、C11，引脚-IN与引脚OUT相连，引脚OUT与A/D转换芯片的引脚IN4连接，两引脚NC相连；所述土壤水分传感器、土壤温度传感器与土壤紧实度传感器共用信号采集接口CON5。

2.根据权利要求1所述的农田信息采集装置，其特征在于：还配置有采用RS232通讯接口的GSM通讯模块。

3.根据权利要求1所述的农田信息采集装置，其特征在于：土壤水分传感器采用SWR-2型土壤水分传感器；土壤紧实度传感器采用CL-YB-13型电阻应变拉压力传感器；土壤温度传感器采用DS18B20型温度传感器；土壤pH值传感器采用ASP2101型pH复合电极；土壤电导率传感器采用SDL-1型电导电极；温湿度传感器采用数字式温湿度传感器SHT11。

4.根据权利要求1所述的农田信息采集装置，其特征在于：LCD显示屏采用122×32字符型液晶显示模块TJDM12232C；存储器采用AT24C512型可编程只读存储器。