CN104407017A - 便携式土壤污染物监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为了克服现有技术不仅对取土地块及操作过程要求较高、费时费力，而且精确度不高、连续性差的缺陷，提出了一种便携式土壤污染物监测装置，包括如下部件：供电单元、基于ARM芯片的处理单元、无线通信单元、存储器、GPS模块以及土壤污染物传感器。本发明的装置能够充分利用ARM丰富的接口资源满足对多种采集终端控制要求；此外，无线通信单元能够确保所述便携式土壤污染物监测装置和服务器之间的连通性，从而最大限度地确保通信数据的稳定性和完整性。
Description
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，更具体地，涉及一种便携式土壤污染物监测装置。
背景技术
气象部门在开展墒情或旱情的监测工作中，土壤水分测量是一项十分重要的内容，它对及时掌握各地土壤旱涝灾情，合理安排灌溉资源，都具有非常重要的意义。
土壤含水量是土壤墒情的重要指标。土壤含水量的实时、在线监测是现代农业面临的课题，既要求对土壤酸碱度的准确性、均匀性、波动性进行客观的计量监测，同时又有快速、方便、规范化等要求。对土壤酸碱度的测量经历了一个漫长的发展过程，早期采用机械式酸碱度记录仪，其体积庞大，精度低，响应时间长，检测误差为5％，数据由人工记录，不仅费时费力，而且容易出现故障；之后出现的巡检仪、无纸记录仪也因体积大、成本高、需外接电源，未能大量使用；后期采用高分子湿敏电容或湿敏电阻作为酸碱度传感器，虽然提高了测量的精度，但是测量电路很复杂，给应用带来了诸多不便。目前，自动测量土壤水分方法是通过探测土壤传导性的获得土壤含水量，如：中子仪法、TDR(Time Domain Reflectometry)和FDR(Frequency Domain Reflectometry)等。中子仪法属于将中子源埋入待测土壤中，中子仪测定水分就是通过测定慢中子云的密度与水分子间的函数关系来确定土壤中的水分含量，但这种方法具有中子辐射，对人体健康有潜在的威胁；TDR法是时间域反射反映土壤水分变化，但该方法仪器安装、标定比较困难；而常用的方法是烘干称重法直接测量土壤的重量含水率和容积含水量；这种办法不仅对取土地块及操作过程要求较高、费时费力，而且精确度不高、连续性差。
发明内容
为了克服现有技术中的上述不足，本发明提供了一种便携式土壤污染物监测装置，包括如下部件：供电单元、基于ARM芯片的处理单元、无线通信单元、存储器、GPS模块以及土壤污染物传感器，所述供电单元为上述其他部件供电，所述GPS模块用于获得当前的测量点的GPS信息，所述基于ARM芯片的处理单元采集土壤污染物传感器测量的土壤电导率数据，所述无线通信单元，与嵌入式处理器相连，用于发送污染数据及接收控制命令，该无线通信单元还包括基于ARM的路径计算单元，所述路径计算单元用于根据所述GPS信息查找符合预订区域内的所有该土壤污染物传感器的唯一通信标识信息，且所述数据收发器根据所述查找的结果获得该区域内各个该土壤污染物传感器的工作状态，所述该土壤污染物传感器根据所述工作状态，向所述区域内距离服务器最短前三个土壤污染物传感器分别传输环境污染监测数据，其中该被传输的污染监测数据被按照预定的比例划分为三个部分分别传输到所述的三个土壤污染物传感器。
进一步地，所述基于ARM芯片的处理单元采用嵌入式ATMEL AT91SAM9260。
进一步地，所述供电单元由太阳能电池板和蓄电池组成。
进一步地，所述便携式土壤污染物监测装置还包括触摸屏，该触摸屏用于在现场接收通过触摸方式选择的指令并给出指令列表和测量结果。
进一步地，所述基于ARM芯片的处理单元将土壤电导率数据通过无线通信单元发送给服务器，服务器进行数据处理得到土壤污染数据并通过所述触摸屏显示测量结果。
进一步地，所述GPS模块还用于获得测量时间。
进一步地，所述便携式土壤污染物监测装置还包括温度测量单元，其用于测量所述便携式土壤污染物监测装置的土壤污染物传感器的温度。
进一步地，当所述温度超过预定阈值时，停止所述便携式土壤污染物监测装置的工作。
本发明的有益效果在于：(1)能够充分利用ARM丰富的接口资源满足对多种采集终端控制要求；(2)无线通信单元能够确保所述便携式土壤污染物监测装置和服务器之间的连通性，从而最大限度地确保通信数据的稳定性和完整性。
附图说明
图1示出了根据本发明的优选实施例的土壤污染物监测装置的组成框图。
具体实施方式
下面将结合图1详细说明本发明的优选实施例。如图1所示，便携式土壤污染物监测装置包括如下部件：供电单元、基于ARM芯片的处理单元、存储器、无线通信单元、GPS模块以及土壤污染物传感器。其中，所述供电单元和基于ARM芯片的处理单元均与其他所有部件相连接。
所述供电单元为上述其他部件供电，所述GPS模块用于获取经度、纬度、时间信息，通过串口2发送给处理控制模块，串口的波特率设置为9600bps。采用QE-GSM/GPRS/GPS一体化模块，供电电压5-9V。
所述基于ARM芯片的处理单元(例如，为嵌入式ATMEL AT91SAM9260)采集土壤污染物传感器测量的土壤电导率数据，该土壤电导率数据的获得是通过监测棒实现的。土壤电导率监测棒直接插入土壤并从土壤电导率数据，通过标定得出来的土壤电导和土壤含水量之间的相互关系，把测得的电导值转变为含水量值。为了能反映不同深度的土壤水分状况，每个测试节点的探头设计有4层电极对。
本发明采用适当塑料管22，比如PVC-U管作为电极对的载体，用塑料帽28，比如密封帽封住管底，防止土壤中的水分从底部进入，影响测试结果。在PVC-U管外壁，从底层开始，每隔3cm贴一层电极对，电导片24用导线从PVC-U的内壁引出，连接到插座26上。
无线通信单元与处理器相连，用于发送污染数据及接收控制命令，该无线通信单元还包括基于ARM的路径计算单元，所述路径计算单元用于根据所述GPS信息查找符合预订范围内的所有该土壤污染物传感器的唯一通信标识信息，且所述数据收发器根据所述查找的结果获得该区域内各个该土壤污染物传感器的工作状态，该土壤污染物传感器根据所述工作状态，向所述区域内距离服务器最短前三个土壤污染物传感器分别传输环境污染监测数据，其中该被传输的污染监测数据被按照预定的比例划分为三个部分分别传输到所述的三个土壤污染物传感器。
更具体地讲，首先，所述存储器中预先保存有所有便携式土壤污染物监测装置的GPS信息。假定某便携式土壤污染物监测装置X的无线通信模块经过查找预定的10KM范围内的所有便携式土壤污染物监测装置以后，得到这些便携式土壤污染物监测装置的唯一通信标识信息。然后，设备X与这些便携式土壤污染物监测装置进行通信，以获得上述各个便携式土壤污染物监测装置的工作状态。这种工作状态是通过各种土壤污染物传感器自身具有的通信协议实现的，例如：发送读取当前读数以后，能够得到其有效数值，则判断其工作状态有效。在本发明的优选实施例中，这些土壤污染物传感器采用自身具有自检功能的传感器，因此，状态的获得将变得更加方便。至此，该设备X即可获得所有的在上述预定区域内的土壤污染物传感器的工作状态。
接下来，根据上述工作状态，找到各个工作状态处于正常的土壤污染物传感器，再计算这些工作正常的土壤污染物传感器哪三个距离服务器端最近。确定(例如是设备Y)以后，该设备X即将自身监测的数据发送给设备Y，其中该被传输的污染监测数据被按照预定的比例划分为三个部分分别传输到所述的三个土壤污染物传感器。
所述太阳能供电系统由太阳能电池板和14V蓄电池组成，为整个系统提供电能。
所述便携式土壤污染物监测装置还包括触摸屏，该触摸屏用于在现场接收通过触摸方式选择的指令并给出指令列表和测量结果。优选地，带触摸屏的彩色LCD显示器16选用四线式电阻式触摸屏，同时选用ADS7843作为该触摸屏控制器15。
进一步地，所述便携式土壤污染物监测装置还包括温度测量单元，其用于测量所述便携式土壤污染物监测装置的土壤污染物传感器的温度。当所述温度超过预定阈值时，停止所述便携式土壤污染物监测装置的工作。这些温度值能够有助于所述便携式土壤污染物监测装置的自我保护，防止被烧坏。尤其是其中的土壤污染物传感器。
根据本发明的优选实施例，所述基于ARM芯片的处理单元将土壤电导率数据通过无线通信单元发送给服务器，服务器进行数据处理得到土壤污染数据并通过所述触摸屏显示测量结果。这样，便携式土壤污染物监测装置不需要集成过多的分析软件，也就不需要再为采样较多时机器温度过高或者监测棒的温度过高而停止使用，此外还能减小体积。
优选地，所述GPS模块还用于获得测量时间。这样，每一条获得的土壤数据都有时间信息，有利于完整地了解土壤的动态污染情况。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (8)
1.一种便携式土壤污染物监测装置，包括如下部件：供电单元、基于ARM芯片的处理单元、无线通信单元、存储器、GPS模块以及土壤污染物传感器，所述供电单元为上述其他部件供电，所述GPS模块用于获得当前的测量点的GPS信息，所述基于ARM芯片的处理单元采集土壤污染物传感器测量的土壤电导率数据，所述无线通信单元，与嵌入式处理器相连，用于发送污染数据及接收控制命令，其特征在于，该无线通信单元还包括基于ARM的路径计算单元，所述路径计算单元用于根据所述GPS信息查找符合预订区域内的所有该土壤污染物传感器的唯一通信标识信息，且所述数据收发器根据所述查找的结果获得该区域内各个该土壤污染物传感器的工作状态，所述该土壤污染物传感器根据所述工作状态，向所述区域内距离服务器最短前三个土壤污染物传感器分别传输环境污染监测数据，其中该被传输的污染监测数据被按照预定的比例划分为三个部分分别传输到所述的三个土壤污染物传感器。
2.根据权利要求1所述的便携式土壤污染物监测装置，其特征在于，所述基于ARM芯片的处理单元采用嵌入式ATMEL AT91SAM9260。
3.根据权利要求1所述的便携式土壤污染物监测装置，其特征在于，进一步地，所述供电单元由太阳能电池板和蓄电池组成。
4.根据权利要求1所述的便携式土壤污染物监测装置，其特征在于，所述便携式土壤污染物监测装置还包括触摸屏，该触摸屏用于在现场接收通过触摸方式选择的指令并给出指令列表和测量结果。
5.根据权利要求1所述的便携式土壤污染物监测装置，其特征在于，所述基于ARM芯片的处理单元将土壤电导率数据通过无线通信单元发送给服务器，服务器进行数据处理得到土壤污染数据并通过所述触摸屏显示测量结果。
6.根据权利要求1所述的便携式土壤污染物监测装置，其特征在于，所述GPS模块还用于获得测量时间。
7.根据权利要求1所述的便携式土壤污染物监测装置，其特征在于，所述便携式土壤污染物监测装置还包括温度测量单元，其用于测量所述便携式土壤污染物监测装置的土壤污染物传感器的温度。
8.根据权利要求7所述的便携式土壤污染物监测装置，其特征在于，当所述温度超过预定阈值时，停止所述便携式土壤污染物监测装置的工作。
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Inventor after: Kong Xiangwang Inventor before: Chen Hong |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20161124 Address after: 300350 Jinnan District, Tianjin Town, eight Li Taiwan Village (agricultural hi tech Development Zone) in the village of eight Applicant after: TIANJIN SONGJIANG ECOLOGICAL INDUSTRY CO., LTD. Address before: 300110 Tianjin Lanyuan Binhai high tech Zone Huayuan Industrial Area Road No. 2 (No. II) No. 3 -1-402 Applicant before: Tianjin Shang Yi Enterprise Management Consulting Co., Ltd. |
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