CN101793891A - 一种传感器控制装置以及包括该装置的土壤水分监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传感器控制装置,属于土壤水分测量领域及自动监测量领域。为实现现场无人操作、全自动土壤剖面水分数据的自动采集与传输,本发明提供的水分监测装置包括控制装置包括传感器移动装置以及控制系统;所述传感器移动装置用于带动其所连接的传感器在竖直方向上运动;所述控制系统与所述传感器移动装置连接,用于控制所述传感器移动装置按照预设的方式自动进行动作。此外,本发明还提供包括该控制装置的土壤水分监测装置。本发明所提供的土壤水分监测装置,对于野外土壤监测极有极大的应用效益,尤其是在恶劣的环境与气候影响下,无需人工现场操作,依旧可以顺利完成数据采集。
Description
技术领域
本发明属于土壤水分测量领域及自动监测量领域,具体涉及一种传感器控制装置以及包括该装置的土壤水分监测装置。
背景技术
土壤水分贮存量及其变化规律的监测是农业气象、生态环境及水文环境监测的基础性工作之一。掌握土壤水分变化规律,对农业生产、墒情监测预测和其它相关生态环境监测预测服务和理论都具有重要意义。
管式水分传感器是用来测量土壤不同深度剖面含水量的专用仪器。在定点监测点上,先按要求埋入适当尺寸的PVC塑料管,并尽量保证外管壁与土壤保持紧密接触,不留气隙。测量时,将水分传感器探头插入PVC塑料管内,根据插入的深度即可获得该深度点的水分值。上下移动水分传感器探头,就可以获得不同深度下的土壤水分信息。
相对于传统的探针式水分传感器,管式水分传感器更适合于野外定点监测。一般情况下,管式水分传感器的测量深度可以达2米左右,而且因为通常采用FDR原理(Frequency Domain Reflection),管式水分传感器具有连续动态实时监测的优点。
但是为了管式水分传感器的连续动态实时监测,在测量过程中要求水分探头在整个测量剖面上恒速上下移动,因此这个过程通常需要手工操作。对于野外定点监测或是多点监测,则需要大量的人力操作。例如,在野外设置了十个定点监测点,为了获得每天的数据,就需要每天派人到野外手动测量,而如果要获得更短时间间隔的数据困难就更大。手工操作,主要是手动上下升降水分传感器探头的因素极大的限制了该类型传感器的应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本明所要解决的技术问题是实现现场无人操作、全自动土壤剖面水分数据的自动采集与传输。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供一种传感器控制装置,包括传感器移动装置以及控制系统;
所述传感器移动装置用于带动其所连接的传感器在竖直方向上运动;
所述控制系统与所述传感器移动装置连接,用于控制所述传感器移动装置按照预设的方式自动进行动作。
所述传感器移动装置包括至少一个管状导轨、移动杆、旋转轴、支架装置以及动力装置;
所述管状导轨设置于地表层以下,内部用于设置传感器;
所述移动杆下部设置于所述管状导轨内,下部与传感器相连,用于带动传感器在竖直方向上运动;
所述旋转轴设置在地表层以上,与所述移动杆上端连接,用于通过旋转带动所述移动杆在竖直方向上运动;
所述支架装置固定设置在地表层以上,用于固定所述旋转轴;
所述动力装置分别连接所述控制系统以及旋转轴,用于根据所述控制系统的指令为所述旋转轴提供旋转运动的动力。
所述控制系统包括移动控制器以及上位机;
所述移动控制器分别连接所述上位机以及所述动力装置,用于根据所述上位机的指令来对所述动力装置进行控制操作。
所述管状导轨为PVC塑料管。
所述动力装置为电动机。
所述上位机为PC台式机。
一种包括权利要求1所述传感器控制装置的土壤水分监测装置,所述水分监测装置还包括水分感应装置;
所述水分感应装置用于在所述传感器控制装置的控制操作下按预设的方式在竖直方向上自动进行动作;以及
用于接受所述传感器控制装置的指令进行土壤水分信号的连续实时采集、收集以及上行传输操作。
所述水分感应装置为管式水分传感器。
(三)有益效果
(1)通过电动机的控制实现了水分传感器探头在PVC塑料管中的自动上下升降。
(2)每次升降动作的间隔时间、升降的速度等控制参数均可通过上位机向移动控制器发送,实现了远程控制的功能。
(3)若采用太阳能电源供电,数据传输方式采用无线方式,则实现了完全无线功能,特别适合于田间野外不宜布线的工作环境。
(4)本发明所控制的管式水分传感器,即可是单个传感器,也可以是多个传感器的组合。
本发明所提供的包含传感器控制装置的土壤水分监测装置,对于野外土壤监测极有极大的应用效益,尤其是在恶劣的环境与气候影响下,无需人工现场操作,依旧可以顺利完成数据采集。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的土壤水分监测装置的结构示意图;
图中:
1-地表 2-PVC塑料管 3-管式水分传感器
4-支架 5-旋转轴 6-信号线
7-数据采集与移动控制器 8-电动机
9-电源 10-控制线 11-电源线
12-上位机 13-数据传输线 14-移动杆
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例描述本发明技术方案所提供的传感器控制装置的结构特征。
所述控制装置包括传感器移动装置以及控制系统;
所述传感器移动装置用于带动其所连接的传感器在竖直方向上运动;
所述控制系统与所述传感器移动装置连接,用于控制所述传感器移动装置按照预设的方式自动进行动作。
所述传感器移动装置包括至少一个管状导轨、移动杆、旋转轴、支架装置以及动力装置;
所述管状导轨设置于地表层以下,内部用于设置传感器;
所述移动杆下部设置于所述管状导轨内,下部与传感器相连,用于带动传感器在竖直方向上运动;
所述旋转轴设置在地表层以上,与所述移动杆上端连接,用于通过旋转带动所述移动杆在竖直方向上运动;
所述支架装置固定设置在地表层以上,用于固定所述旋转轴;
所述动力装置分别连接所述控制系统以及旋转轴,用于根据所述控制系统的指令为所述旋转轴提供旋转运动的动力。
所述控制系统包括移动控制器以及上位机;
所述移动控制器分别连接所述上位机以及所述动力装置,用于根据所述上位机的指令来对所述动力装置进行控制操作。
所述管状导轨为PVC塑料管。
所述动力装置为电动机。
所述上位机为PC台式机。
实施例2
本实施例描述本发明技术方案所提供的土壤水分监测装置的结构特征。
所述水分监测装置包括水分感应装置以及前述实施例1中所提供的传感器控制装置;所述水分感应装置用于在所述传感器控制装置的控制操作下按预设的方式在竖直方向上自动进行动作;以及
用于接受所述传感器控制装置的指令进行土壤水分信号的连续实时采集、收集以及上行传输操作。
所述水分感应装置为管式水分传感器。
实施例3
本实施例结合附图对实施例2中所提供的土壤水分监测装置的具体结构以及应用方式进行详细的描述。
如图1所示,所述土壤剖面水分监测装置,包括一组(共10个)0.5米的间距的埋在地表1下的PVC塑料管2,PVC塑料管2高出地表10cm并在上部用套头密封,防止雨水或土壤颗粒等异物进入PVC塑料管2内部。
PVC塑料管2中安装有可上下升降的一组管式水分传感器3,管式水分传感器3安装于移动杆14下端,移动杆14上端连接有旋转轴5,旋转轴5由支架4固定于地表1上,旋转轴5一端与电动机8相连,由电动机8驱动实现旋转轴5的正反转。移动杆14外部刻有精密齿条,与旋转轴5上的小齿轮配合,进而通过旋转轴5的正反转来实现移动杆14上下升降功能。
移动杆14为空心金属管,信号线6穿过移动杆14分别连接管式水分传感器3和数据采集与移动控制器7,数据采集与移动控制器7同时还通过控制线10控制电动机8的正反转动作。电源9通过电源线11给数据采集与移动控制器7及电动机8供电。电源采用室内220/380V交流电源供电。数据采集与移动控制器7同时还通过数据传输线13与上位机12进行通讯,所述的数据传输线13为通过用的串行/并行通讯线,向上位机传输采集到的实时监测数据。数据采集与移动控制器采用市场通用电子元器件组成。数据采集与移动控制器7与上位机的通讯方式采用GPRS无线通讯方式,上位机采用通用PC台式机。
在测量过程中,先由上位机向数据采集与移动控制器发送参数,动电动作时间间隔的1h,电机转速为30mm/s,最大测量深度为2m,数据采样间隔为0.1s,数据上传时间间隔为1h。数据采集与移动控制器接收到参数并进行设置后,控制电动机每隔1h将管式水分传感器从顶部按30mm/s的速度向下降,并同时开始按0.1s的时间间隔采集水分测量数据,当达到最大深度2m后,数据采集与移动控制器控制电动机反转,将管式水分传感器向上提升,速度30mm/s,按0.1s的时间间隔采集水分测量数据。当管式水分传感器提升到管口(深度为0m)时,电动机停止动作,同时停止数据采集,开始通过GPRS无线通讯方式向上位机传输采集数据。等到1h后,继续重复上述操作,从而实现连续监测功能。
当然在其他具体实施方式中所述的电源9也可以为12/24V蓄电池电源,或太阳能电源等。所述的数据传输线13也可以为通过USB通讯线,或是无线通讯等。所述的上位机13也可以为笔记本,PDA或其他类似设备。电动机的动作时间间隔可以为1-24小时范围内的其他时间。电机的转速可以是1-100毫米/秒内其他数值。数据采样间隔可以为5-50次/秒范围内的其他数值。只需根据具体的现场的采样测量操作要求进行设置即可,在此均不再赘述。
本发明所提供的包括传感器控制装置的土壤水分监测装置,对于野外土壤监测极有极大的应用效益,尤其是在恶劣的环境与气候影响下,无需人工现场操作,依旧可以顺利完成数据采集。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种传感器控制装置,其特征在于,所述控制装置包括传感器移动装置以及控制系统;
所述传感器移动装置用于带动其所连接的传感器在竖直方向上运动;
所述控制系统与所述传感器移动装置连接,用于控制所述传感器移动装置按照预设的方式自动进行动作。
2.如权利要求1所述的传感器控制装置,其特征在于,所述传感器移动装置包括至少一个管状导轨、移动杆、旋转轴、支架装置以及动力装置;
所述管状导轨设置于地表层以下,内部用于设置传感器;
所述移动杆下部设置于所述管状导轨内,下部与传感器相连,用于带动传感器在竖直方向上运动;
所述旋转轴设置在地表层以上,与所述移动杆上端连接,用于通过旋转带动所述移动杆在竖直方向上运动;
所述支架装置固定设置在地表层以上,用于固定所述旋转轴;
所述动力装置分别连接所述控制系统以及旋转轴,用于根据所述控制系统的指令为所述旋转轴提供旋转运动的动力。
3.如权利要求2所述的传感器控制装置,其特征在于,所述控制系统包括移动控制器以及上位机;
所述移动控制器分别连接所述上位机以及所述动力装置,用于根据所述上位机的指令来对所述动力装置进行控制操作。
4.如权利要求2-3所述的传感器控制装置,其特征在于,所述管状导轨为PVC塑料管。
5.如权利要求2-3所述的传感器控制装置,其特征在于,所述动力装置为电动机。
6.如权利要求3所述的传感器控制装置,其特征在于,所述上位机为PC台式机。
7.一种包括权利要求1所述传感器控制装置的土壤水分监测装置,其特征在于,所述水分监测装置还包括水分感应装置;
所述水分感应装置用于在所述传感器控制装置的控制操作下按预设的方式在竖直方向上自动进行动作;以及
用于接受所述传感器控制装置的指令进行土壤水分信号的连续实时采集、收集以及上行传输操作。
8.如权利要求7所述的水分监测装置,其特征在于,所述水分感应装置为管式水分传感器。
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