CN104729577A - 一体化无线纵向多元多组墒情测报仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业信息技术领域，公开了一种一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，它包括无线通讯模块、数据采集模块、多元传感器、云服务器、处理器和显示终端；供电形式采用内置锂电池组进行供电；无线信号采用GPRS；采用Modbus通讯协议；显示终端为手持机等。本发明产品在10钟内完成一组，并同时建立通讯，对坝体山体的几乎没有破坏。汛期结束后拆回也十分方便，拆回后清理干净日后再次使用。本发明产品在农业生产上也能发挥极大的作用，特别是对滴水灌溉、土壤改良、沙地阻水等等。因此本发明产品具有一体化、多层组合、高度集成等优点，在现场使用极为便捷，特别在灾害应急使用更能体现。

Description

一体化无线纵向多元多组墒情测报仪
技术领域
本发明涉及农业信息技术领域，尤其是一种应用在农业方面的多层土壤以及自然灾害方面的山体、坝体的土壤、冻土层、融雪性泥石流的墒情测报仪。
背景技术
山体滑坡是常见自然地质灾害，给国家建设和人民生命财产造成严重损失，因此实时监测山体状态，并发布滑坡预警信息对防灾减灾具有重要意义。
现在对雨季的山体滑坡监测基本是固定的几个监测点结合气象的雨量情况做分析预警。目前国内通用的土壤墒情监测产品有土壤水分传感器、土壤水分传感器+土壤温度传感器、土壤水分传感器+土壤温度传感器+电导传感器三种产品，结合雨量传感器等，再连接各类有线或无线传输设备。这类产品在农业生产浅层土壤的监测可以满足使用，如要监测深层次监测土壤含水量、在缺水地区、严寒地区的墒情监测使用就比较复杂了，而且现有的产品在现场要想得到多组深度的土壤参数，必须挖开较大面积的土层在不同的深度分别安装多个传感器，连接在一个采集器上。多地监测点要在短时间内投入运行是比较困难的，如汛期要在短时间完成内对坝体、山体的多点进行监测，又不能破坏坝体、山体的结构，就有一定的难度了。因此对于各种类型土壤墒情的监测仪器的改良就变得十分有必要了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，解决了现有技术中的以下问题：
1、现有的土壤墒情监测仪器只能够满足较浅层次的土壤，对于深层次土壤含水量的监测以及在缺水地区、严寒地区的墒情监测就很难做到了；
2、现有的土壤墒情监测仪器在短时间内要实现对多地土壤样品的监测比较困难。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，特征在于：包括无线通讯模块、数据采集模块、多元传感器、云服务器、处理器和显示终端；供电形式采用内置锂电池组进行供电；无线信号采用GPRS；采用Modbus通讯协议；显示终端为手持机；
所述的多元传感器是包括土壤水分传感器、土壤温度传感器、土壤电导率传感器、山体倾角传感器于一体的多参数传感器；
所述的数据采集模块将多元传感器获得的各类参数，通过单片机进行运算处理和校准、编码；
所述的无线通讯模块是将数据采集器处理好的数据，通过DTU通讯模块，采用3G网络进行传输。
作为优选，所述的土壤水分传感器中设有三根探针，用于实时测量中间探针与两侧探针之间的电容量，并通过AD转换、单片机运算处理、非线性矫正和DA转换输出。
作为优选，土壤温度传感器为铂丝热电阻传感器。
作为优选，土壤电导率传感器采用接触式电导率传感器，在采集数据时不需要采集待测土壤样本，不需要扰动土壤，测量时不会影响、伤害到农作物。
作为优选，山体倾角传感器内部采用高分辨率差分数模转换器，通过自动补偿方法，减小了环境变化引起的误差。置微型固体摆捶，通过测量静态重力场变化，转换成倾角变化，变化通过电压(0-5V)方式输出。
作为优选，处理器内单片机的级别为工业级。
作为优选，显示终端还可以电脑或智能手机。
作为优选，无线信号还可以采用CDMA或ZigBee。
作为优选，通讯协议还可以RS-485通讯协议。
作为优选，供电形式还可以采用太阳能电池板或市电。
为配合本发明产品的使用，还配有定制的洛阳铲。
本发明的有益效果：1、本发明提供的一体化无线纵向多元多组墒情测报仪采用多组传感器可以实现对土壤墒情的多组参数的实时监测；
2、该一体化无线纵向多元多组墒情测报仪在针对深层土壤采集数据时较为方便，不需要挖开土壤层、安装多个传感器，只需将该产品的探针插入至土壤深处即可，快捷、方便，可以实现短时间内的多地、多层次土壤墒情的监测。
3、产品的探体采用工程塑料制作，强度高，抗腐蚀性好；外壳采用绿色阻燃环氧树脂固化，完全防水，可承受较强的外力冲击；钢针采用优质材料，可经受长期电解，可经受土壤中的酸碱腐蚀；测量精度高，性能可靠，受土壤含盐量影响较小，可适应各种土质；产品配有定制的洛阳铲，安装使用特别方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明多元传感器的结构示意图；
图3为本发明的工作流程图。
图中：1、无线通讯模块；2、数据采集模块；3、多元传感器；31、土壤水分传感器；32、土壤温度传感器；33、土壤电导率传感器；34、山体倾角传感器；4、锂电池组。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意的方式说明本发明的基本结构及工作原理。
参见图1、图2、图3，本发明公开了一种一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，包括无线通讯模块1、数据采集模块2、多元传感器3、云服务器、处理器和显示终端；供电形式采用内置锂电池组4进行供电；无线信号采用GPRS；采用Modbus通讯协议；显示终端为手持机；多元传感器3是包括土壤水分传感器31、土壤温度传感器32、土壤电导率传感器33、山体倾角传感器34于一体的多参数传感器；数据采集模块2将多元传感器3获得的各类参数通过单片机进行运算处理和校准、编码；无线通讯模块1是将数据采集模块2处理好的数据，通过DTU通讯模块，采用3G网络进行传输。
优选的，土壤水分传感器31中设有三根探针，用于实时测量中间探针与两侧探针之间的电容量，并经过AD转换、单片机运算处理、非线性矫正和DA转换后输出。
优选的，土壤温度传感器32为铂丝热电阻传感器。
优选的，土壤电导率传感器33采用接触式电导率传感器，在采集数据时不需要采集待测土壤样本，不需要扰动土壤，测量时不会影响、伤害到农作物。
优选的，山体倾角传感器34内部采用高分辨率差分数模转换器，通过自动补偿方法，减小了环境变化引起的误差。置微型固体摆捶，通过测量静态重力场变化，转换成倾角变化，变化通过电压(0-5V)方式输出。
优选的，处理器内单片机的级别为工业级。
优选的，显示终端还可以电脑或智能手机。
优选的，无线信号还可以采用CDMA或ZigBee。
优选的，通讯协议还可以RS-485通讯协议。
优选的，供电形式还可以采用太阳能电池板或市电。
本发明的工作原理为：将本发明产品插入至一定得土壤深度后，多元传感器3中的土壤水分传感器31、土壤温度传感器32、土壤电导率传感器33和山体倾角传感器34分别监测到土壤的水分、温度、电导率等多组数据，多元传感器3获得相应的数据后传送至数据采集模块2，数据采集模块2将多元传感器3获得的各类参数通过单片机进行运算处理和校准、编码，处理好的数据通过3G网络传输到云服务器，由于土壤中的体积含水量，与土壤表现出来的介电常数成固定的某种函数关系，几乎与土质和水里所含的盐分无关。所以，本发明采用频域测量方法，测量中间探针与两侧探针之间的电容量，该电容与介电常数成正比，经过AD转换、单片机运算处理、非线性矫正和DA转换输出，即可获得与土壤体积含水量；土壤温度采用一种稳定性和线性都比较好的PT100铂丝热电阻传感器，可以工作在-200℃至650℃的范围，它会随温度的上升而改变电阻值；土壤电导率采用电极式土壤电导率传感器进行接触式测量，采用这种方法的优点是不需要在被测地块采集待测土壤样本，不需要扰动土壤，测量时不会影响、伤害到农作物，在农作物生长的各个时间段都能够实时进行土壤电导率的测量；山体倾斜角传感器34内置高精度16bit A/D差分转换器，通过5阶滤波算法，从而可以测量传感器输出相对于水平面的倾斜和俯仰角度，当探体与地表土壤出现引力移位、倾斜，传感器输出信号马上变化原读值，上报倾斜值，及时处理滑坡前的撤离准备，与现代信息农业和自然灾害的预测要求测量的实时性、快速性相统一。当土壤的多组墒情数据被测出以后用于可以在显示终端上显示出这些数据，再根据这些数据做出相应的决策。
现有技术的产品在现场要想得到多组深度的土壤参数，必须挖开较大面积的土层在不同的深度分别安装多个传感器，连接在一个采集器上。而多地监测点要在短时间内投入运行是比较困难的，如在汛期要在短时间内对坝体、山体的多点进行监测，又不能对坝体山体的破坏，就有一定的难度，如采用本发明产品“一体化无线纵向多元多组墒情测报仪”在10钟内完成一组，并同时建立通讯，对坝体山体的几乎没有破坏。汛期结束后拆回也十分方便，拆回后清理干净日后再次使用。本发明产品在农业生产上也能发挥极大的作用，特别是对滴水灌溉、土壤改良、沙地阻水等等。因此本发明产品具有一体化、多层组合、高度集成等优点，在现场使用极为便捷，特别在灾害应急使用更能体现。
以上为本发明的具体实施方式，本领域的技术人员在上述具体实施方式的启示下做出对相应的结构的变化或置换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，特征在于：包括无线通讯模块(1)、数据采集模块(2)、多元传感器(3)、云服务器、处理器和显示终端；供电形式采用内置锂电池组(4)进行供电；无线信号采用GPRS；采用Modbus通讯协议；显示终端为手持机；
所述的多元传感器(3)是包括土壤水分传感器(31)、土壤温度传感器(32)、土壤电导率传感器(33)、山体倾角传感器(34)于一体的多参数传感器；
所述的数据采集模块(2)将多元传感器(3)获得的各类参数通过单片机进行运算处理和校准、编码；
所述的无线通讯模块(1)是将数据采集模块(2)处理好的数据，通过DTU通讯模块，采用3G网络进行传输。
2.如权利要求1所述的一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，特征在于：所述的土壤水分传感器(31)中设有三根探针，用于实时测量中间探针与两侧探针之间的电容量，并经过AD转换、单片机运算处理、非线性矫正和DA转换后输出。
3.如权利要求1所述的一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，特征在于：所述的土壤温度传感器(32)为铂丝热电阻传感器。
4.如权利要求1所述的一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，特征在于：所述的土壤电导率传感器(33)采用接触式电导率传感器，在采集数据时不需要采集待测土壤样本，不需要扰动土壤，测量时不会影响、伤害到农作物。
5.如权利要求1所述的一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，特征在于：所述的山体倾角传感器(34)内部采用高分辨率差分数模转换器。
6.如权利要求1所述的一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，特征在于：所述的处理器内单片机的级别为工业级。
7.如权利要求1所述的一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，特征在于：所述的显示终端还可以是电脑或智能手机。
8.如权利要求1所述的一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，特征在于：所述的无线信号还可以采用CDMA或ZigBee。
9.如权利要求1所述的一体化无线纵向多元多组墒情测报仪，特征在于：所述的通讯协议还可以是RS-485通讯协议；供电形式还可以采用太阳能电池板或市电。
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