CN110726819A - 一种土壤酸碱度监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤酸碱度监测系统，包括微处理器、酸碱度检测传感器、数据存储模块、报警装置、频率发生器、数据采集模块、温度补偿模块、供电电池、显示器、GPS定位模块和数据采集模块采集。本发明通过酸碱度检测传感器对不同深度的土壤pH值进行探测，通过温度补偿模块对不同深度的土壤温度进行测量反馈并进行温度补偿，使得各深度土壤的pH测量值在同一温度条件下，大大降低了温度对pH值测量的影响，通过频率发生器能够产生酸碱度检测传感器的工作频率信号，数据存储模块用于采集酸碱度检测传感器的pH探测值并输送到微处理器进行处理与正常范围的pH值进行比对同时送往数据存储模块进行存储并记载测量地的位置，便于使用。
Description
技术领域
本发明涉及土壤监测技术领域，具体来说，涉及一种土壤酸碱度监测系统。
背景技术
土壤酸碱度包括酸性强度和酸度数量两个方面，或称活性酸度和潜在酸度。酸性强度是指与土壤固相处于平衡的土壤溶液中H浓度用pH表示。酸度数量是指酸的总量和缓冲性能，代表土壤所含的交换性氢、铝总量。一般用交换性酸量表示。土壤酸碱度对土壤肥力及植物生长影响很大，我国西北、北方不少土壤pH值大，南方红壤pH值小。因此可以种植和土壤酸碱度相适应的作物和植物。土壤酸碱度对养分的有效性影响也很大，如中性土壤中磷的有效性大；碱性土壤中微量元素(锰、铜、锌等)有效性差。在农业生产中应该注意土壤的酸碱度，积极采取措施，加以调节。
为了各个地区的农业发展，需要对各个地区的土质酸碱度进行监测，现有的监测方式往往在监测过程中，不同深度土壤的温度不同，由于测量电路存在温票，导致不同深度的相同pH值土壤的测量结果却不同，产生不小的误差。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤酸碱度监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种土壤酸碱度监测系统，包括微处理器，其特征在于：所述微处理器电性连接有报警装置、交互界面、数据存储模块、温度补偿模块、GPS定位模块、供电电池和频率发生器，所述频率发生器电性连接有数据采集模块，所述数据采集模块电性连接有酸碱度检测传感器；
所述微处理器用于接收GPS定位模块、频率发生器、交互界面和温度补偿器的信息，并且对于信息进行计算处理，以及微处理器用于控制整个系统运行；
所述酸碱度检测传感器用于探测土壤pH，且采用耐腐蚀的酸碱度传感器探头；
所述数据存储模块用于存储酸碱度检测传感器测量的pH范围，所述数据存储模块包括USB数据接口用于传输和录取数据，所述数据存储模块的输入端与微处理器的输出端电连接；
所述报警装置在酸碱度检测传感器探测的pH值超标时进行报警，所述报警装置采用声光报警器，所述报警装置的输入端与所述微处理器的输出端电连接；
所述数据采集模块的输入端与酸碱度检测传感器的输出端电性连接，所述数据采集模块的输出端与频率发生器的输入端电连接，所述数据采集模块用于采集酸碱度检测传感器的pH探测值并输送到微处理器进行处理与数据存储模块的设定pH范围值进行比对，同时微处理器将酸碱度检测传感器的pH探测值送往数据存储模块进行存储；
所述温度补偿模块用于对不同深度土壤层由于温度不同造成的pH值进行补偿，保证测量温度的统一；
所述供电电池用于为酸碱度检测传感器、频率发生器、显示器、微处理器、报警装置、数据采集模块、数据存储模块、GPS定位模块和温度补偿模块供电；
所述交互界面用于显示不同深度土壤层由酸碱度检测传感器测定的pH测定值以及不同深度土壤层的实时温度。
所述GPS定位模块用于对酸碱度检测传感器进行定位，GPS定位模块的输出端与微处理器的输入端电连接，微处理器接收GPS定位模块的地理信息数据并存储到数据存储模块进行存储记载测量地点位置。
优选的，所述交互界面包括有显示屏和控制按键，所述显示屏用于显示酸碱度检测传感器检测的数值，所述控制按键用于控制系统的运行。
优选的，所述供电电池包括有锂电池组、滤波电路和稳压电路，所述锂电池组用于为系统供电，所述滤波电路用于滤除锂电池组电源中的杂波，所述稳压电路用于稳定锂电池组的电压。
优选的，所述数据存储模块至少包括有两组，且其中一组用于存储系统运行程序体和参数设定值，另一组用于存储酸碱度检测传感器检测的数值。
优选的，所述报警装置中包括有警示LED灯，用红色灯光提醒检测员和警示蜂鸣器提醒检测员。
优选的，所述频率发生器的输出端与微处理器的输入端电连接，频率发生器用于定时产生酸碱度检测传感器开启信号给微处理器使得微处理器控制酸碱度检测传感器开启进行检测。
优选的，所述微处理器内包括有PWM脉冲模块与GSP定位模块电性连接，用于保持GSP定位模块的信息稳定传输，包括晶振模块用于产生微处理器的执行指令所必须的时钟频率信号，包括有时针用于实现延迟执行指令和计算过程。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过酸碱度检测传感器对不同深度的土壤pH值进行探测，通过温度补偿模块对不同深度的土壤温度进行测量反馈并进行温度补偿，使得各深度土壤的pH测量值在同一温度条件下，大大降低了温度对pH值测量的影响，通过频率发生器能够产生酸碱度检测传感器的工作频率，数据存储模块用于采集酸碱度检测传感器的pH探测值并输送到微处理器进行处理与正常范围的pH值进行比对同时送往数据存储模块进行存储并记载测量地的位置，便于使用。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的交互界面框图；
图3为本发明的供电电池电路图；
图4为微处理器的电路原理图。
具体实施方式
下面，对发明做出进一步的描述。
根据图1-3，本发明实施例的一种土壤酸碱度监测系统，包括微处理器，微处理器电性连接有报警装置、交互界面、数据存储模块、温度补偿模块、GPS定位模块、供电电池和频率发生器，频率发生器电性连接有数据采集模块，数据采集模块电性连接酸碱度检测传感器。
为了实现对系统的控制调节，微处理器用于接收GPS定位模块、频率发生器、交互界面和温度补偿器的信息，并且对于信息进行计算处理，以及微处理器用于控制整个系统运行。
为了实现对土壤中的酸碱度的检测，使用酸碱度检测传感器用于探测土壤pH，且采用耐腐蚀的酸碱度传感器探头。
为了实现对数据的存储，使用数据存储模块用于存储酸碱度检测传感器测量的pH范围，数据存储模块包括USB数据接口用于传输和录取数据，数据存储模块的输入端与微处理器的输出端电连接。
为了使得检测时候能够提醒操作人员，使用报警装置在酸碱度检测传感器探测的pH值超标时进行报警，报警装置采用声光报警器，报警装置的输入端与微处理器的输出端电连接。
为了实现数据的采集和传输，设有数据采集模块的输入端与酸碱度检测传感器的输出端电性连接，数据采集模块的输出端与频率发生器的输入端电连接，数据采集模块用于采集酸碱度检测传感器的pH探测值并输送到微处理器进行处理与数据存储模块的设定pH范围值进行比对，同时微处理器将酸碱度检测传感器的pH探测值送往数据存储模块进行存储。
为了实现对温度的补偿，设有温度补偿模块用于对不同深度土壤层由于温度不同造成的pH值进行补偿，保证测量温度的统一。
为了实现对整个系统的供电，设有供电电池用于为酸碱度检测传感器、频率发生器、显示器、微处理器、报警装置、数据采集模块、数据存储模块、GPS定位模块和温度补偿模块供电。
为了实现对参数较直观的观测，设有交互界面用于显示不同深度土壤层由酸碱度检测传感器测定的pH测定值以及不同深度土壤层的实时温度，包括温度补偿时的温度。
为了能够精准的得到检测位置，设有GPS定位模块用于对酸碱度检测传感器进行定位，GPS定位模块的输出端与微处理器的输入端电连接，微处理器接收GPS定位模块的地理信息数据并存储到数据存储模块进行存储记载测量地点位置。
较佳的，交互界面包括有显示屏和控制按键，显示屏用于显示酸碱度检测传感器检测的数值，控制按键用于控制系统的运行。
通过上述方案：能够使得检测员能够直观的观测到检测数据，且方便记录，以及控制按键便于对系统进行控制。
较佳的，供电电池包括有锂电池组、滤波电路和稳压电路，锂电池组用于为系统供电，滤波电路用于滤除锂电池组电源中的杂波，稳压电路用于稳定锂电池组的电压。
通过上述方案：能够使得锂电池组能够稳定的对系统进行供电，可以有效的防止不稳定的电压对微处理器造成损坏。
较佳的，数据存储模块至少包括有两组，且其中一组用于存储系统运行程序体和参数设定值，另一组用于存储酸碱度检测传感器检测的数值。
通过上述方案：数据存储模块设有两组，使得各类数据分别存储，可以有效的防止测试参数过多对编程程序体造成损坏不能运行。
较佳的，报警装置中包括有警示LED灯用于显示红色灯光提醒检测员和警示蜂鸣器用于声音警报提醒检测员。
通过上述方案：该处的声光警报系统可以有效的提醒检测人员检测信息。
较佳的，频率发生器的输出端与微处理器的输入端电连接，频率发生器用于定时产生酸碱度检测传感器开启信号给微处理器使得微处理器控制酸碱度检测传感器开启进行检测。
通过上述方案：该处的频率发生器可以使得检测信息传输给微处理器进行计算处理判断。
较佳的，微处理器内包括有PWM脉冲模块与GSP定位模块电性连接，用于保持GSP定位模块的信息稳定传输，包括有晶振用于产生微处理器的执行指令所必须的时钟频率信号，包括有时针用于实现延迟执行指令和计算过程。
通过上述方案：该处的设定可以使得系统的运行能够稳定快速，并且保证系统信息的传输的准确性。
酸碱度检测传感器采用的是RS485总线式pH值传感器，采用RS485接口，标准MODBUS-RTU协议，可实现多点同时监测，组网并远传。适用于各种场所，尤其适用于土壤、污水处理等场所。为便于工程组网及工业应用，本模块采用工业广泛使用的MODBUS-RTU通讯协议，支持二次开发。主要参数：直流供电：12–24VDC，平均功耗：48mW，测量范围：4-10pH，分辨率：0.1pH，测量精度：±0.5pH，防护等级：IP65，输出信号：RS485(Modbus协议)，工作范围：0℃-65℃。
GSP定位模块采用的是GT760超长待机GPS定位器，防伪基站探测、2年超长待机、BDF/GPS/Wi-Fi/LBS多重定位更快更精准、光感防拆报警、远程设置终端和多种工作模式选择。
如图4所示，微处理器采用STM32F103C8T6单片机，STM32F103C8T6是基于ARMv7构架C ortex-M3内核高性能处理器。
STM32F 103 C8 T6具有以下特点:
(1)主频率最高达到72MHZ，高速处理能力；
(2) 64k的SRAM，支持闪存读写；
(3)低功耗，支持睡眠、待机、停机操作；
(4)多通道高速12位A/D ，D/A，A/D采样时间最短1微妙；
(5) 12通道DMA，可搭配多种外设同时使用；
STM32支持内部时钟以及外部时钟，为了提高系统时钟精确度，系统采用芯片外部晶振，晶振固定震动频率大小为8MHz，并可在STM32单片机内部设置倍频与分频。系统采用st-link下载方式，并配合BOOTO与BOOT1硬件电路设置，下载至用户内存单元。
工作原理：在使用时酸碱度检测传感器安设在不同深度的土壤层内进行监测酸碱度，温度补偿模块对探测酸碱度检测传感器所在地下位置的温度进行控制，各土层pH值由酸碱度检测传感器探测并由数据采集模块进行采集到显示屏显示同时将pH数据和GPS定位模块的定位数据传输到微处理器，微处理器将pH数据和GPS定位模块的定位数据存储到数据存储模块内，微处理器将采集数据与正常pH值范围进行比对，超过正常范围则报警装置发出报警信号，报警器报警，通过频率发生器用于定时产生开启信号给微处理器使得微处理器控制酸碱度检测传感器开启进行检测，实现检测的精准化，智能化。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限定本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种土壤酸碱度监测系统，包括微处理器，其特征在于：所述微处理器电性连接有报警装置、交互界面、数据存储模块、温度补偿模块、GPS定位模块、供电电池和频率发生器，所述频率发生器电性连接有数据采集模块，所述数据采集模块电性连接有酸碱度检测传感器；
所述微处理器用于接收GPS定位模块、频率发生器、交互界面和温度补偿器的信息，并且对于信息进行计算处理，以及微处理器用于控制整个系统运行；
所述酸碱度检测传感器用于探测土壤pH，且采用耐腐蚀的酸碱度传感器探头；
所述数据存储模块用于存储酸碱度检测传感器测量的pH范围，所述数据存储模块包括USB数据接口用于传输和录取数据，所述数据存储模块的输入端与微处理器的输出端电连接；
所述报警装置在酸碱度检测传感器探测的pH值超标时进行报警，所述报警装置采用声光报警器，所述报警装置的输入端与所述微处理器的输出端电连接；
所述数据采集模块的输入端与酸碱度检测传感器的输出端电性连接，所述数据采集模块的输出端与频率发生器的输入端电连接，所述数据采集模块用于采集酸碱度检测传感器的pH探测值并输送到微处理器进行处理与数据存储模块的设定pH范围值进行比对，同时微处理器将酸碱度检测传感器的pH探测值送往数据存储模块进行存储；
所述温度补偿模块用于对不同深度土壤层由于温度不同造成的pH值进行补偿，保证测量温度的统一；
所述供电电池用于为酸碱度检测传感器、频率发生器、显示器、微处理器、报警装置、数据采集模块、数据存储模块、GPS定位模块和温度补偿模块供电；
所述交互界面用于显示不同深度土壤层由酸碱度检测传感器测定的pH测定值以及不同深度土壤层的实时温度；
所述GPS定位模块用于对酸碱度检测传感器进行定位，GPS定位模块的输出端与微处理器的输入端电连接，微处理器接收GPS定位模块的地理信息数据并存储到数据存储模块进行存储记载测量地点位置。
2.根据权利要求1所述的一种土壤酸碱度监测系统，其特征在于，所述交互界面包括有显示屏和控制按键，所述显示屏用于显示酸碱度检测传感器检测的数值，所述控制按键用于控制系统的运行。
3.根据权利要求1所述的一种土壤酸碱度监测系统，其特征在于，所述供电电池包括有锂电池组、滤波电路和稳压电路，所述锂电池组用于为系统供电，所述滤波电路用于滤除锂电池组电源中的杂波，所述稳压电路用于稳定锂电池组的电压。
4.根据权利要求1所述的一种土壤酸碱度监测系统，其特征在于，所述数据存储模块至少包括有两组，且其中一组用于存储系统运行程序体和参数设定值，另一组用于存储酸碱度检测传感器检测的数值。
5.根据权利要求1所述的一种土壤酸碱度监测系统，其特征在于，所述报警装置中包括警示LED灯，用红色灯光和蜂鸣器提醒检测员。
6.根据权利要求1所述的一种土壤酸碱度监测系统，其特征在于，所述频率发生器的输出端与微处理器的输入端电连接，频率发生器用于定时产生酸碱度检测传感器开启信号给微处理器使得微处理器控制酸碱度检测传感器开启进行检测。
7.根据权利要求1所述的一种土壤酸碱度监测系统，其特征在于，所述微处理器内包括有PWM脉冲模块与GSP定位模块电性连接，用于保持GSP定位模块的信息稳定传输，包括晶振用于产生微处理器的执行指令所必须的时钟频率信号，包括有时针用于实现延迟执行指令和计算过程。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200124 |