CN109884278A - 一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统及方法 - Google Patents
一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统及方法,系统包括终端、数据线、Arduino开发板、抗干扰电路板、若干个水分传感器;所述终端、Arduino开发板、抗干扰电路板、水分传感器通过数据线连接;所述抗干扰电路板包括电源、电阻、三极管、水分传感器、数模转换器,其电源正极、电源负极、模拟信号端分别与Arduino开发板和水分传感器的的正极、负极、模拟信号端连接;其数字信号端与Arduino开发板的数字信号端连接。本系统工作电压低(3‑5V)、成本低、开发简单,对于指导用户进行科学灌溉、智能灌溉具有实际意义,成果可转化为具体的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于农业水利工程技术领域,具体涉及一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统及方法。
背景技术
土壤墒情是影响农业生产的一个关键因子,墒情监测对于提高灌溉的科学性和自动化管理水平具有重要意义。目前常用的墒情测定方法有烘干法、中子法、时域反射仪法等,烘干法作为一种基本方法,常用来检验其他方法的测量精度,但是测定过程需要破坏土样,不能进行连续、实时监测。中子法、时域反射仪法等存在仪器设备昂贵,一次性投人的问题。这些因素极大地限制了田间墒情监测系统的大面积应用。迫切需要开发低成本、耐腐蚀的定位检测设备。
发明内容
发明目的:本发明提供一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统,能进行长期、实时、定位、精确的土壤水分监测与采集。
技术方案:本发明所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统:包括终端、数据线、Arduino开发板、抗干扰电路板、若干个水分传感器;所述终端、Arduino开发板、抗干扰电路板、水分传感器通过数据线连接;所述抗干扰电路板包括电源、电阻、三极管、水分传感器、模拟信号端和数字信号端,其电源正极、电源负极、模拟信号端分别与Arduino开发板和水分传感器的的正极、负极、模拟信号端连接;其数字信号端与Arduino开发板的数字信号端连接。
进一步地,所述终端为树莓派。
进一步地,所述抗干扰电路板包括至少两个NPN型BC547型三极管。
进一步地,所述抗干扰电路板中的电阻为300Ω。
进一步地,所述水分传感器为电容式水分传感器。
本发明所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测方法,包括以下步骤:
(1)对各水分传感器探头连接导线,对水分传感器、水分传感器与导线接线处进行防水处理;
(2)单片机开发板设计:采用Arduino开发板用于水分传感器工作控制;
(3)抗干扰电路板设计:通过抗干扰电路板将多路水分传感器与单片机开发板相连;
(4)连接电脑:Arduino开发板与电脑相连,用于程序开发、数据采集和蓝牙传输;
(5)程序开发:用于进行多路水分传感器监测控制和数据采集、处理与传输;
(6)水分传感器率定:采用称重法,对各水分传感器输出信号和实际土壤含水率进行率定,绘制各传感器虑定曲线;
(7)土壤含水率定位、连续测定:水分传感器埋设于土壤中,监测输出信号,并与各水分传感器率定曲线进行对照,得到实际土壤含水率。
有益效果:与现有技术相比,本发明的有益效果:1、本发明通过提供一种基于Arduino开发平台的开源土壤墒情监测系统,水分传感器长期埋于土壤中不会腐蚀,可以结合数据存储及蓝牙传输技术,进行长期、实时、连续、定位、精确的土壤水分监测与采集;2、Arduino开发环境源代码开源,开发简单,可以根据用户需要进行修改;3、与多数商业传感器相比,本系统工作电压低(3-5V),成本低;4、成果可用于土壤含水率田间测定,对于指导科学灌溉、智能灌溉具有实际意义。
附图说明
图1为本发明系统的结构图;
图2为抗干扰电路板电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1所示,本发明所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统包括终端1、数据线2、Arduino开发板3、抗干扰电路板4、和水分传感器5组成。终端1、数据线2、Arduino开发板3、抗干扰电路板4、和水分传感器5通过数据线连2接接,其中连接Arduino开发板3和抗干扰电路板4的数据线2为为四芯数据线,连接分别Arduino开发板3和抗干扰电路板5的数据线2为三芯数据线。四芯数据线分别连接Arduino开发板3和抗干扰电路板4的正极、负极、模拟信号端和数字信号端,三芯数据线分别连接抗干扰电路板4和水分传感器5的正极、负极和模拟信号端。
如图2所示,抗干扰电路板4包括电源正极、电源负极、电阻、三极管、水分传感器、模拟信号端和数字信号端组成。所述电源正极、电源负极、模拟信号端和数字信号端分别与Arduino开发板3的正极、负极、模拟信号端和数字信号端连接。三极管采用NPN型BC547型三极管,电阻采用300Ω电阻。通过两个三极管,实现每个水分传感器单独测定,避免水分传感器间相互干扰,影响测定结果。
本发明所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测方法包括以下步骤:
(1)对各水分传感器探头连接导线,选用三线导线,对水分传感器、水分传感器与导线接线处进行防水处理;
(2)单片机开发板设计:采用Arduino开发板用于水分传感器工作控制;
(3)抗干扰电路板设计:通过抗干扰电路板将多路土壤水分传感器与单片机开发板相连;
(4)连接电脑:Arduino开发板与电脑相连,用于程序开发、数据采集和蓝牙传输;
(5)程序开发:用于进行多路水分传感器监测控制和数据采集、处理与传输;在这里采用ArduinoIDE进行程序开发;
(6)水分传感器率定:采用称重法,对各水分传感器输出信号和实际土壤含水率进行率定,绘制各传感器虑定曲线;
(7)土壤含水率定位、连续测定:水分传感器埋设于土壤中,监测输出信号,并与各水分传感器率定曲线进行对照,得到实际土壤含水率。
以上描述了本发明的基本原理和主要特征,本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内,本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统,其特征在于,包括终端(1)、数据线(2)、Arduino开发板(3)、抗干扰电路板(4)、若干个水分传感器(5);所述终端(1)、Arduino开发板(3)、抗干扰电路板(4)、水分传感器(5)通过数据线(2)连接;所述抗干扰电路板(4)包括电源、电阻、三极管、水分传感器、模拟信号端和数字信号端,其电源正极、电源负极、模拟信号端分别与Arduino开发板(3)和水分传感器(5)的的正极、负极、模拟信号端连接;其数字信号端与Arduino开发板(3)的数字信号端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统,其特征在于,所述终端(1)为树莓派。
3.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统,其特征在于,所述抗干扰电路板(4)包括至少两个NPN型BC547型三极管。
4.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统,其特征在于,所述抗干扰电路板(4)的电阻为300Ω。
5.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统,其特征在于,所述水分传感器(5)为电容式水分传感器。
6.一种基于Arduino的开源土壤墒情监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)对各水分传感器探头连接导线,对水分传感器、水分传感器与导线接线处进行防水处理;
(2)单片机开发板设计:采用Arduino开发板用于水分传感器工作控制;
(3)抗干扰电路板设计:通过抗干扰电路板将多路水分传感器与单片机开发板相连;
(4)连接电脑:Arduino开发板与电脑相连,用于程序开发、数据采集和蓝牙传输;
(5)程序开发:用于进行多路水分传感器监测控制和数据采集、处理与传输;
(6)水分传感器率定:采用称重法,对各水分传感器输出信号和实际土壤含水率进行率定,绘制各传感器虑定曲线;
(7)土壤含水率定位、连续测定:水分传感器埋设于土壤中,监测输出信号,并与各水分传感器率定曲线进行对照,得到实际土壤含水率。
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