CN110530431A - 一种物联网无线植物根系土壤分层测量传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物联网无线植物根系土壤分层测量传感器，所述土壤分层测量传感器包括：天线、杆头、锁扣和直杆，直杆通过锁扣与杆头进行电连接，杆头上方设置有天线，通过天线进行无线传输将数据上传至云端物联网管理平台；在杆头内设置有A/D转换器和太阳能电池板；直杆表面刻有N个尺度标识，在每个尺度标识内侧设置有一组温度、水分和EC值传感器；杆头内A/D转换器分别与每组温度、水分和EC值传感器电连接，接收温度、湿度和EC数值。
Description
技术领域
本发明涉及土壤分析技术领域，特别是涉及物联网无线植物根系土壤分层测量传感器。
背景技术
土壤分层参数的获取是土壤水循环研究、灌溉管理、水资源高效利用、可溶性离子浓度等工作的前端基础，是智慧农业的前端神经末梢，通过土壤水分等在线监测，可以严格按照土壤墒情浇水施肥，使灌溉水、肥得到有效利用，以达到减肥、节水，作物高产的目的。
高浓度的可溶性盐类会使植物受到损伤或造成植株根系的死亡，会严重影响作物的生长，导致作物的减产。稳定可靠、普适可延展的土壤分层参数获取解决方案有助于提升精准农业的环境监测水准。
通过部署在作物根系附近的物联网植物根系土壤分层测量传感器，获取实时的土壤水分、温度及土壤盐分数据，就可以获取植物的实时耗水情况、实时根系生长深度；结合分层土壤盐分含量图，可以直观地分析根区盐分积累情况，从而做出精准的灌溉、施肥决策指导。
现有专利CN201721066952一种低功耗四合一传感器，尽管能实现测量土壤的温度、湿度、光照度、EC值等功能，但测量不同深度土层的温度、湿度、EC值需要安装多套四合一传感器(如要分别测量埋深15cm、45cm、90cm的土层的温度、湿度、EC值等参数，就需要分三次挖孔埋入3套四合一传感器，且埋入土层后无法实现光照度检测功能，传感器天线埋入地下后无法实现无线传输数据的功能，只能采用有线传输的方式传送数据，采用3v的纽扣电池，无法实现数据的连续传输，需要更换电池；目前大多数土壤分层测量传感器安装麻烦，没有标高，需要现场测量传感器的埋深度；使用成本高昂，每套传感器都需要独立的微处理器、电源、无线传输系统等，导致无法在农业生产中广泛运用；没有定位功能；要分多次挖孔地埋传感器，劳动强度大、效率低。
因此希望有一种物联网无线植物根系土壤分层测量传感器能够解决现有技术中的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明公开一种物联网无线植物根系土壤分层测量传感器，所述土壤分层测量传感器包括：天线、杆头、锁扣和直杆，直杆通过锁扣与杆头进行电连接，杆头上方设置有天线，通过天线进行无线传输将数据上传至云端物联网管理平台；在杆头内设置有A/D转换器、微处理器和太阳能电池板；直杆表面刻有N个尺度标识，在每个尺度标识内侧设置有一组温度、水分和EC值传感器；杆头内A/D转换器分别与每组温度、水分和EC值传感器电连接，接收温度、湿度和EC数值。
优选地，所述杆头内还设置有光照传感器和二氧化碳传感器，光照传感器和二氧化碳传感器分别将检测到的光照强度数据和采集的二氧化碳浓度数据发送至所述A/D转换器，并在所述微处理器中进行数据处理，然后进一步通过所述无线传输将光照强度数据和二氧化碳浓度数据发送至所述云端物联网管理平台。
优选地，所述杆头内进一步设置有：人体接近传感器和GPS(北斗)定位，当人体接近传感器触发时，GPS(北斗)定位将位置数据通过所述无线传输发送至所述云端物联网管理平台。
优选地，所述杆头的外壳为防水壳。
优选地，所述无线传输为窄带物联网无线传输。
优选地，所述N的数量为大于等于2的整数。
本发明公开了一种物联网无线植物根系土壤分层测量传感器，本发明将分层检测传感器集成在一根直杆上，并且使用者通过更换不同尺寸标记的直杆，实现对不同高度分层的数据处理，降低了成本并实现内存共享。
附图说明
图1是物联网无线植物根系土壤分层测量传感器流程图。
图2是物联网无线植物根系土壤分层测量传感器侧视图。
图3是物联网无线植物根系土壤分层测量传感器杆头的顶视图。
图4是物联网无线植物根系土壤分层测量传感器直杆内每组温度、水分和EC值传感器示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1：如图1、2和4所示，一种物联网无线植物根系土壤分层测量传感器包括：天线、具有防水壳的杆头、锁扣和直杆，直杆通过锁扣与杆头进行电连接，杆头通过天线进行窄带物联网无线传输将数据上传至云端物联网管理平台；在杆头内设置有A/D转换器、微处理器和太阳能电池板；直杆表面刻有3个尺度标识，在每个尺度标识内侧设置有一组温度、水分和EC值传感器；杆头内A/D转换器分别与3组温度、水分和EC值传感器电连接，接收温度、湿度和EC数值。在另一具体实施例中，直杆表面刻有2个尺度标识，在每个尺度标识内侧设置有一组温度、水分和EC值传感器；杆头内A/D转换器分别与2组温度、水分和EC值传感器电连接，接收温度、湿度和EC数值。
所述杆头内还设置有光照传感器和二氧化碳传感器，光照传感器和二氧化碳传感器分别将检测到的光照强度数据和采集的二氧化碳浓度数据发送至所述A/D转换器、在所述微处理器中数据运算，并进一步通过窄带物联网无线传输将光照强度数据和二氧化碳浓度数据发送至所述云端物联网管理平台。
所述杆头内进一步设置有：人体接近传感器和GPS北斗定位，当人体接近传感器触发时，GPS北斗定位将位置数据通过窄带物联网无线传输送至所述云端物联网管理平台。
如图3所示，杆头表面设置有Logo开关1、网络指示灯2、传感器指示灯3、电源指示灯4、光照传感器5和太阳能电池6。
实施例2：物联网无线植物根系土壤分层测量传感器由四大部分组成：
1.安装在地表上的杆头，主要组成为：
1.1防水外壳和内部电路；
1.2防水外壳上开有(光照、二氧化碳、人体接近传感器)窗口、装载太阳能电池板及天线；
1.3内部的电路，含光照、氧气、二氧化碳、人体接近传感器、GPS(北斗)定位、蓄电池等组成，具有数据处理、存储、无线发射传输、防盗等功能；
1.4光照传感器用于检测光照的强度；
1.5二氧化碳传感器采集植物周边的二氧化碳浓度数据；
1.6人体接近传感器，在土壤分层测量传感器安装好后，为防止有人盗窃，通过该传感器可监测有人接近时报警；
1.7 GPS(北斗)定位可辅助建立植物GIS(地理信息系统)，生成作物管理处方图，指导农业定位作业等；
2.颈部的锁位装置是杆头和埋入地下直杆的连接器，可根据用户需求连接不同的杆头装置和直杆；
3.标有刻度的直杆为地下检测传感器模组的物理载体，直杆埋入地下，根据不同植物的数据采集需求，在直杆的不同标高装配有一组或N组传感器模组，分别采集不同标高的温度、水分、EC值等参数，通过有线的方式接入杆头进行处理；
4.传感器组合模块
安装在不同标高的传感器模组，主要由温度、水分、EC值等传感器组成；
温度传感器检测土壤温度的高低，土壤温度与作物的生长发育、肥料的分解和有机物的积聚等有着密切的关系，是农业生产中重要的环境因子。土壤温度也是小气候形成中一个极为重要的因子，故土壤温度的测量和研究是小气候观测和农业气象观测中的一项重要内容。
水分传感器能动态跟踪掌握农作物根系在土层中的具体深度位置、作物根系的动态吸收消耗水分情况；使用土壤水分传感器所记录生成的土壤水分曲线图，能够以直观、量化的方式展现出土壤中不同土层的水分含量随着时间的变化情况，进而做出农田灌溉中的灌溉深度、灌溉量、灌溉开始时间、灌溉持续时间、灌溉量上限、土壤水分含量下限等关键因素。
EC传感器是观测和研究盐渍土和水盐动态的重要工具。植物在生长基质中可溶性盐含量会加大，特别是长时间用矿物质含量高的水对植物进行施肥灌溉，并且(或者)很少进行过滤或根本没有进行过过滤的时候。EC值是用来测量溶液中可溶性盐浓度的，也可以用来测量液体肥料或种植介质中的可溶性离子浓度。高浓度的可溶性盐类会使植物受到损伤或造成植株根系的死亡。基质中可溶性盐含量(EC值)过高，可能会形成反渗透压，将根系中的水分置换出来，使根尖变褐或者干枯。基质湿度的波动会使可溶性盐含量过高的问题进一步恶化，植株根系损伤严重，无法吸收水分和营养，导致植株出现萎蔫、黄化、组织坏死或植株矮小等症状。EC值过高也会增大由绵腐病菌引起的根腐病的发生机率。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种物联网无线植物根系土壤分层测量传感器，其特征在于，所述土壤分层测量传感器包括：天线、杆头、锁扣和直杆，直杆通过锁扣与杆头进行电连接，杆头上方设置有天线，通过天线进行无线传输将数据上传至云端物联网管理平台；在杆头内设置有A/D转换器、微处理器和太阳能电池板，A/D转换器与天线电连接；直杆表面刻有N个尺度标识，在每个尺度标识内侧设置有一组温度、水分和EC值传感器；每组温度、水分和EC值传感器分别电连接A/D转换器，将不同尺度的温度、湿度和EC数值发送至A/D转换器。
2.如权利要求1所述的物联网无线植物根系土壤分层测量传感器，其特征在于，所述杆头内还设置有光照传感器和二氧化碳传感器，光照传感器和二氧化碳传感器分别将检测到的光照强度数据和采集的二氧化碳浓度数据发送至所述A/D转换器，并在所述微处理器中进行数据处理，然后进一步通过所述无线传输将光照强度数据和二氧化碳浓度数据发送至所述云端物联网管理平台。
3.如权利要求2所述的物联网无线植物根系土壤分层测量传感器，其特征在于，所述杆头内进一步设置有：人体接近传感器和GPS(北斗)定位，当人体接近传感器触发时，GPS(北斗)定位将位置数据通过所述无线传输发送至所述云端物联网管理平台。
4.如权利要求1所述的物联网无线植物根系土壤分层测量传感器，其特征在于，所述杆头的外壳为防水壳。
5.如权利要求1所述的物联网无线植物根系土壤分层测量传感器，其特征在于，所述无线传输为窄带物联网无线传输。
6.如权利要求1所述的物联网无线植物根系土壤分层测量传感器，其特征在于，所述N的数量为大于等于2的整数。
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