CN105004738A - 一种土壤墒情采集装置及其工作方法 - Google Patents

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朱惠明
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Semi-Annular Jade Pendant River Rising In Ningxia And Flowing Into Central Shaanxi Taicang Eternally Happy Agricultural Machinery Working Specialty Co-Operative Organization
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Abstract

本发明属于土壤水分分析技术领域，具体公开了一种土壤墒情采集装置及其工作方法，包括探头、绝缘棒、PVC绝缘管、天线、圆锥堵头、同轴电缆和上盖。本发明的一种土壤墒情采集装置及其工作方法，一方面设计合理、结构紧凑，适用范围广，能够快速、精准的采集土壤水分信息且误差小；另一方面可远程收集监控土壤墒情信息，使用方便、降低土壤墒情信息采集管理成本投入。同时本发明生产成本低、易推广。

Description

一种土壤墒情采集装置及其工作方法
技术领域
本发明属于土壤水分分析技术领域，具体涉及一种土壤墒情采集装置及其工作方法。
背景技术
墒，指土壤适宜植物生长发育的湿度。墒情，指土壤湿度的情况，土壤湿度是土壤的干湿程度，即土壤的实际含水量。土壤水是植物吸收水分的主要来源（水培植物除外），另外植物也可直接吸收少量落在叶片上的水分，土壤水的主要来源是降水和灌溉水，其中穿插于土壤孔隙中的植物根系从含水土壤孔隙中吸取水分，用于生长发育需要。所以监控分析土壤含水量情况是现在农业生产的重要指标（可根据情况作出是否灌溉分析），现有的土壤水分分析设备虽然价格低、使用方便，但是其测量误差大、精度低、耗时长，从而不能满足人们正常使用需求、无法对土壤含水量进行正确分析，作出正确的判断。
基于上述问题，本发明提供一种土壤墒情采集装置及其工作方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种土壤墒情采集装置及其工作方法，解决现有检测装置测量误差大、精度低、耗时长的问题，提高检测效率与降低误差，从而满足人们种植需求。
技术方案：本发明一方面提供一种土壤墒情采集装置，包括探头、绝缘棒、PVC绝缘管、天线、圆锥堵头、同轴电缆和上盖；所述探头套在绝缘棒上设置在PVC绝缘管内部；所述同轴电缆一端引出PVC绝缘管，另一端与天线连接设置在PVC绝缘管内部；所述圆锥堵头与绝缘棒一端连接；所述上盖设置在PVC绝缘管上。
优选的所述所述探头为铜环且至少设置3对，其中每对铜环间隔距离L1为10mm，单个铜环高度为20mm，铜环内径L2为21mm，铜环外径L3为25mm。
优选的所述圆锥堵头采用合金不锈钢制得。
优选的所述采集装置还包括电源模块和智能信息处理模块，其中电源模块为采集装置供电，智能信息处理模块接收电磁波频率信息进行处理并输出。
本发明另一方面提供一种土壤墒情采集装置的工作方法，包括以下步骤，
步骤1、将圆锥堵头一端插入土壤中，利用锂电池对探头供电，其中PVC绝缘管为绝缘体及同对探头铜环中间设置间隔，通过上盖裸露的部分与待测土壤接触进行导电，作为导电介质。
步骤2、电磁波频率信息通过同轴电缆传输至智能信息处理模块，智能信息处理模块接收并处理，利用天线将频率信息传输至外部设备，其中外部设备为显示器或远程信息监控管理装置。
优选的所述步骤2中首先3对探头在土壤中的电磁波传播频率信号经高频振荡器输出放大整形，形成规则的高频脉冲信号，再经过分频得到可采集计数的低频信号，最后智能信息处理模块将采集的频率信号转换为土壤水份信号并利用天线发送，其中土壤水份信号发送前采用cc2591信号放大器进行放大处理。
优选的所述智能信息处理模块为cc2530单片机，其包括计数器、微处理CPU和无线射频模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的一种土壤墒情采集装置及其工作方法，一方面设计合理、结构紧凑，适用范围广，能够快速、精准的采集土壤水分信息且误差小；另一方面可远程收集监控土壤墒情信息，使用方便、降低土壤墒情信息采集管理成本投入。同时本发明生产成本低、易推广。
附图说明
图1是本发明一种土壤墒情采集装置的结构示意图；
图2是本发明一种土壤墒情采集装置的探头与PVC绝缘管组装结构示意图；
图3本发明本发明一种土壤墒情采集装置的探头与PVC绝缘管组装剖面结构示意图；
图4本发明一种土壤墒情采集装置的工作方法一对探头铜环通电后电磁波传输状态示意图；
图5本发明一种土壤墒情采集装置的工作方法信息采集及信息处理过程结构框图；
其中图中序号：1-探头、2-绝缘棒、3- PVC绝缘管、4-天线、5-圆锥堵头、6-同轴电缆、7-上盖。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
一方面如图1、图2和图3所示的本发明所提供的一种土壤墒情采集装置，包括探头1、绝缘棒2、PVC绝缘管3、天线4、圆锥堵头5、同轴电缆6和上盖7；探头1套在绝缘棒2上设置在PVC绝缘管3内部；同轴电缆6一端引出PVC绝缘管3，另一端与天线4连接设置在PVC绝缘管3内部；圆锥堵头5与绝缘棒2一端连接；上盖7设置在PVC绝缘管3上。
优选的探头1为铜环且至少设置3对，其中每对铜环间隔距离L1为10mm，单个铜环高度为20mm，铜环内径L2为21mm，铜环外径L3为25mm。
优选的圆锥堵头5采用合金不锈钢制得。
优选的采集装置还包括电源模块和智能信息处理模块，其中电源模块为采集装置供电，智能信息处理模块接收电磁波频率信息进行处理并输出。
其中，电源模块为锂电池可通过太阳板充电。
测量时，将PVC绝缘管3设置圆锥堵头5的一端插入土壤中，保留上盖7及PVC绝缘管3小部分位于土壤表面以上，此时即可采集土壤表面以下和土壤表面以上三处不同位置的土壤水分。
其中，圆锥堵头5采用合金不锈钢一方面插入土壤快速（插入土壤时的阻力小），另一方面与PVC绝缘管3密封防止水及其他杂质进入传感器内，提高采集装置使用寿命。
另一方面本发明所提供的一种土壤墒情采集装置的工作方法，包括以下步骤，
步骤1、将圆锥堵头5一端插入土壤中，利用锂电池对探头1供电，其中PVC绝缘管3为绝缘体及同对探头1铜环中间设置间隔，通过上盖7裸露的部分与待测土壤接触进行导电，作为导电介质。
步骤2、电磁波频率信息通过同轴电缆6传输至智能信息处理模块，智能信息处理模块接收并处理，利用天线4将频率信息传输至外部设备，其中外部设备为显示器或远程信息监控管理装置。
优选的步骤2中首先3对探头1在土壤中的电磁波传播频率信号经高频振荡器输出放大整形，形成规则的高频脉冲信号，再经过分频得到可采集计数的低频信号，最后智能信息处理模块将采集的频率信号转换为土壤水份信号并利用天线4发送，其中土壤水份信号发送前采用cc2591信号放大器进行放大处理。
优选的智能信息处理模块为cc2530单片机，其包括计数器、微处理CPU和无线射频模块。
实施例
进一步的如图4所示利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数(ε)，从而得到土壤容积含水量。其中，同对探头铜环1上下形成电容的两个电极，中间为绝缘材料，两侧以土壤作为电容介质，此时给电容通以高频电磁脉冲信号，电磁脉冲在土壤中传播，土壤的介电常数会影响传播的频率，所以通过检测高频信号在土壤中传播的频率就可以测定土壤的水份含量。
如图5所示首先探头铜环1充当高频振荡器LC谐振回路的电容元件，周围土壤为其电介质，当土壤含水量变化时，电容的容值发生变化，从而高频振荡器输出频率也发生变化，其中变化频率与土壤含水量成一定的比例关系；然后高频振荡器输出的频率信号经过放大整形，形成规则的高频脉冲，该脉冲信号再经过分频得到可以采集计数的低频信号；最后三对探头的形成的三个低频脉冲信号经过多路转换开关，分时进入计数器进行脉冲量计数并将采集的频率信号转换为土壤水份信号经放大处理后通过天线4发送至显示器或远程信息监控管理装置。
其中，本发明的土壤壤墒情采集装置，信息采集发送频率为每6分钟一次。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种土壤墒情采集装置，其特征在于：包括探头（1）、绝缘棒（2）、PVC绝缘管
（3）、天线（4）、圆锥堵头（5）、同轴电缆（6）和上盖（7）；所述探头（1）套在绝缘棒（2）上设置在PVC绝缘管（3）内部；所述同轴电缆（6）一端引出PVC绝缘管（3），另一端与天线（4）连接设置在PVC绝缘管（3）内部；所述圆锥堵头（5）与绝缘棒（2）一端连接；所述上盖（7）设置在PVC绝缘管（3）上。
2. 根据权利要求1所述的一种土壤墒情采集装置，其特征在于：所述探头（1）为铜环且至少设置3对，其中每对铜环间隔距离L1为10mm，单个铜环高度为20mm，铜环内径L2为21mm，铜环外径L3为25mm。
3. 根据权利要求1所述的一种土壤墒情采集装置，其特征在于：所述圆锥堵头（5）采用合金不锈钢制得。
4. 根据权利要求1所述的一种土壤墒情采集装置，其特征在于：所述采集装置还包括电源模块和智能信息处理模块，其中电源模块为采集装置供电，智能信息处理模块接收电磁波频率信息进行处理并输出。
5. 根据权利要求1所述的一种土壤墒情采集装置工作方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1、将圆锥堵头（5）一端插入土壤中，利用锂电池对探头（1）供电，其中PVC绝缘管（3）为绝缘体及同对探头（1）铜环中间设置间隔，通过上盖（7）裸露的部分与待测土壤接触进行导电，作为导电介质；
步骤2、电磁波频率信息通过同轴电缆（6）传输至智能信息处理模块，智能信息处理模块接收并处理，利用天线（4）将频率信息传输至外部设备，其中外部设备为显示器或远程信息监控管理装置。
6. 据权利要求5所述的一种土壤墒情采集装置工作方法，其特征在于：所述步骤2中首先3对探头（1）在土壤中的电磁波传播频率信号经高频振荡器输出放大整形，形成规则的高频脉冲信号，再经过分频得到可采集计数的低频信号，最后智能信息处理模块将采集的频率信号转换为土壤水份信号并利用天线（4）发送，其中土壤水份信号发送前采用cc2591信号放大器进行放大处理。
7. 据权利要求5或6所述的一种土壤墒情采集装置工作方法，其特征在于：所述智能信息处理模块为cc2530单片机，其包括计数器、微处理CPU和无线射频模块。
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