CN110793575A - 一种农田信息监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农田信息监测装置，包括上壳体、下壳体、密封壳体、探针管以及多个用于农田信息监测的传感器，所述上壳体和下壳体拼接后形成用于容纳密封壳体的空腔，所述密封壳体内具有密封空腔，所述密封空腔内设有控制单元以及用于对控制单元供电的电源，所述多个传感器均于控制单元通信连接,所述控制单元包括无线数传模块。本发明具有通过无线数传模块的设置，使得测量人员可随时随地的获取光照强度值，便于测量人员进行数据的统计的优点。

Description

一种农田信息监测装置

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种农田信息监测装置。

背景技术

随着农业结构调整和居民消费水平的日益提高，我国对农产品的需求量日益增加，对农产品的质量要求也日益增高，但农产品种植环境的不可控导致产量的降低和质量的下降，为了保证农产品的种植环境，使农产品在种植的过程中要处于一个相对适宜的环境中，以保证农产品的产量以及质量，这就需要一款完善的农田环境监测装置，农田环境的监测是农产品溯源的一个重要环节，通过自动或半自动的方式控制农产品的生长环境。

传统的方法是到实地进行抽样抽点检测，然后手工记录数据，再对数据进行分析。这样的方式既费劳力又浪费时间，也不能对田间作物的生长进行实时地监测。以往的人工采集田间环境信息的方法往往具有实时性差、效率不高和耗费人力等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种农田信息监测装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种农田信息监测装置，包括上壳体、下壳体、密封壳体、探针管以及多个用于农田信息监测的传感器，所述上壳体和下壳体拼接后形成用于容纳密封壳体的空腔，所述密封壳体内具有密封空腔，所述密封空腔内设有控制单元以及用于对控制单元供电的电源，所述多个传感器均于控制单元通信连接,所述控制单元包括无线数传模块。

本发明的工作原理：将探针管插入至需要监测环境信息的农田中实现对本装置的固定，多个传感器对农田的环境进行监测并将数据传输至控制单元，无线数传模块用于将监测数据上传至服务器供测量人员调取查看。

所述传感器包括集成土壤水分和温度传感器、温湿度传感器以及光照传感器。

所述探针管端部设有探针头，所述集成土壤水分和温度传感器设于探针头上。

所述密封空腔内设有第一PCB板、第二PCB板以及第三PCB板，所述第二PCB板和第三PCB板一端均插接于第一PCB板上，所述第二PCB板和第三PCB板之间通过排针连接。

所述密封壳体上设有罩壳，所述罩壳内具有用于容纳温湿度传感器的空腔，所述罩壳采用多孔金属材料。

所述密封壳体上开设有用于更换SIM卡或复位或充电的接口，所述接口上设有与其密封配合的密封塞。

所述上壳体或下壳体上可拆卸设有至少一个百叶窗，所述百叶窗包括若干百叶。

所述百叶采用流线S型结构。

所述上壳体顶部上设有透光片，所述透光片罩设于光照传感器上方。

所述上壳体顶部设有沿其周向方向倾斜设有若干斜面，所述斜面上嵌设有太阳能电池板，所述太阳能电池板与电源电性连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本装置结构简单、便于测量人员安装固定。

2、密封空腔对控制单元具有较好的保护作用，不易被外界环境侵蚀。

3、多个传感器的设置便于对农田环境中的多种数据进行监测，便于测量人员更好的对农田实现监控。

4、无线数传模块将传感器测得的数据远程传输至服务器，无需测量人员实地获取数据，便于对占地面积较大、地形复杂的农田信息进行统计，且测量人员可实时获取监测数据，具有较强的实时性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中探针头的结构示意图。

图3是本发明中百叶窗的结构示意图。

图4是本发明中密封塞的结构示意图。

图5是本发明的爆炸示意图。

图6是图5中A处的局部放大示意图。

图7是本发明中密封壳体的爆炸示意图。

图8是本发明中PCB板的结构示意图一。

图9是本发明中PCB板的结构示意图二。

图中，1、上壳体；2、下壳体；3、密封壳体；4、探针管；5、电源；6、集成土壤水分和温度传感器；7、温湿度传感器；8、光照传感器；9、探针头；10、第一PCB板；11、第二PCB板；12、第三PCB板；13、罩壳；14、接口；15、百叶窗；16、透光片；17、太阳能电池板；61、正电极板；62、负电极板；63、绝缘层；111、斜面；151、百叶；141、密封塞；110、SIM卡座；112、PCB天线；113、充电接口；114、电源开关；115、支撑件；121、第四PCB板；131、罩部；132、连接部；311、堵头；3111、密封孔；31、锁部；1321、密封垫片；1411、硅胶塞；41、沟槽；42、异形扁丝。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-9所示，一种农田信息监测装置，包括上壳体1、下壳体2、密封壳体3、探针管4以及多个用于农田信息监测的传感器，上壳体1和下壳体2拼接后形成用于容纳密封壳体3的空腔，密封壳体3内具有密封空腔，密封空腔内设有控制单元以及用于对控制单元供电的电源5，多个传感器均于控制单元通信连接,控制单元包括无线数传模块，上壳体1和下壳体2之间采用螺钉连接，密封壳体3顶部与上壳体1连接采用凸檐、硅胶和机械螺丝配合实现密封，无线数传模块，是数传电台的模块化产品，是指借助DSP技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。数传电台的使用从最早的按键电码、电报、模拟电台加无线MODEM，发展到目前的数字电台和DSP、软件无线电；传输信号也从代码、低速数据(300～1200bps)到高速数据(N*64K～N*E1)，可以传输包括遥控遥测数据、动态图像等业务。

进一步细说，控制单元包括存储器和微控制器，微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域；存储器用于在网络信号不佳时存储检测的数据，从而防止数据丢失，构成存储器的存储介质，存储元，它可存储一个二进制代码。由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。一个存储器包含许多存储单元，每个存储单元可存放一个字节。

进一步细说，无线数传模块采用NB-IoT，窄带物联网(Narrow Band Internet ofThings,NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。

进一步细说，传感器包括集成土壤水分和温度传感器6、温湿度传感器7以及光照传感器8，集成土壤水分和温度传感器6为电容式探针，当土壤水份发生变化时，土壤集成土壤水分和温度传感器的电容发生变化，通过芯片及其周围电路的电容电阻回环振荡，将电容的变化转换成一个振荡信号，振荡信号经过进行分频，由芯片通过算法转换成水份值；温湿度传感器是传感器其中的一种，把空气中的温湿度通过一定检测装置，测量到温湿度后，按一定的规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出；光照传感器是一种传感器，用于检测光照强度，简称照度，工作原理是将光照强度值转为电压值，主要用于农业林业温室大棚培育等。

进一步细说，集成土壤水分和温度传感器6包括正电极板61和负电极板62，正电极板61和负电极板62之间设有绝缘层63，防止正电极板61和负电极板62工作时相互接触影响测量结果，提高测量结果的准确性。

进一步细说，探针管4端部设有探针头9，集成土壤水分和温度传感器6设于探针头9上，通过将探针管插入至需要测量水分含量的农田中可实现对土壤水份的在线检测，携带方便，无需人工进行测量，便于使用，通过将探针管插入不同深度可实现对不同土壤层的水份测量。

进一步细说，正电极板61和负电极板62内部均填充有绝缘材料，使得正电极板61和负电极板62内部呈实心设置，具有一定的强度，防止正电极板61和负电极板62受力后发生形变，且通过一次注塑绝缘材料即可将正电极板61和负电极板62连接，有助于降低生产成本。

进一步细说，为了便于探针头9的安装和更换，探针头9与探针管4之间通过螺纹连接，且通过螺纹连接具有良好的密封性，无需额外设置密封件，降低成本。

进一步细说，为了延长探针头9的使用寿命，探针头9表面附有一层有机耐高温涂料，有机耐高温涂料是用有机粘合做的耐高温涂料，防止探针头9插入至土壤中时与土壤中的石头等硬质材料发生碰撞而损坏，且可避免探针头9被水腐蚀。

有机耐高温涂料是用有机粘合做的耐高温涂料，可以作为陶瓷、玻璃、金属等涂层材料，也可以作为陶瓷、玻璃、金属等粘合剂，广泛用于冶金、石油工业、天然气开采、航空航天等工业领域，常温涂抹在金属等物体表面，低温烘干或者常温自干，与金属的附着力非常好，非常坚硬，用刀片都刮不下来，高温煅烧后强度更加显具，而且不开裂。

优选的，探针头9的表面处理工艺为：阳极硬质氧化+表面封闭/表面导电氧化+电泳含铁氟龙电泳漆/微弧氧化+表面封闭/电泳含特氟龙的电泳漆。

优选的，有机耐高温涂料为铁氟龙涂料。

铁氟龙为有机物。铁氟龙涂层具有优良的耐热和耐低温特性，短时间可耐高温到300℃，一般在240℃～260℃之间可连续使用，具有显著的热稳定性，它可以在冷冻温度下工作而不脆化，在高温下不融化。进一步细说，探针管9外周沿轴线方向设有刻度线，使得测量人员可通过观察刻度线确定探针管9的插入深度。

进一步细说，密封空腔内设有第一PCB板10、第二PCB板11以及第三PCB板12，第二PCB板11和第三PCB板12一端均插接于第一PCB板10上且通过点焊连接，点焊连接操作简单、成本低、可靠性高，第二PCB板11和第三PCB板12之间通过排针连接，排针一般广泛被应用于PCB板的连接上，有万用连接器的美名。一般与其配对使用的有排母，线端等连接器。而随着排针连接器市场的竞争，现在有部分厂家从电镀(仿金)及材质(青包钢，合金等)上入手降低成本，但同样也降低了产品的使用特性及寿命，通过排针将两块PCB连接，两块PCB一般平行或垂直，容易实现批量生产，通过PCB板替代导线连接各个电子元件，减少电子零件间的配线，降低制作成本，减少布线和装配的差错，便于组装；通过多个PCB板插接固定，使得固定后的PCB板较为稳固。

PCB板，又称印刷电路板，是电子元器件电气连接的提供者。它的发展已有100多年的历史了；它的设计主要是版图设计；采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。

进一步细说，为了对光照强度进行检测，光照传感器8安装于第一PCB板10上，当第一PCB板10固定于密封空气内时，光照传感器8可接受到光照。

进一步细说，第二PCB板11上设有SIM卡座110，SIM卡座110与NB-IoT模组通信连接，使得在SIM卡座111中插入SIM卡即可为第二PCB板11上的NB-IoT模组提供网络信号，使得该装置可单个使用，无需限制在无线区域网的环境中使用，提高了装置的适用性。

进一步细说，第二PCB板11上设有PCB天线112，PCB天线是指无线接收和发射用的PCB上的部分。天线是一种转能器。发射时，它把发射机的高频电流转化为空间电磁波；接收时，它又把从空间截获的电磁波转换为高频电流送入接收机。对于设计一个应用于射频识别系统中的小功率、短距离无线收发设备，天线设计是其中的重要部分。

进一步细说，第二PCB板11上设有电源5，电源5设于第二PCB板11和第三PCB板12之间，电源5布局在两块PCB板中间可对电源起到一定的保护作用，延长电源的使用寿命，且可最大程度的利用两块PCB板之间的空间，从而缩减整体结构的体积，本线路板中采用电源布局在下面两块PCB板中间，天线固定于下面其中的一块PCB板上，此线路板结构布局的好处是尽可能天线的面积比较大，且传输信号能力强。

进一步细说，为了防止电源5装配时出错，电源5采用防呆设计。

进一步细说，本线路板中用于实现电源5防呆设计的方法是将电源5的正负极片设计成上下非对称的结构，正负极片分别穿过第二PCB板11上对应的通孔且与第二PCB板11点焊连接。

进一步细说，为了便于对电源5的充电，第二PCB板11上设有与电源5电性连接的充电接口113。

进一步细说，第二PCB板11上设有电源开关114。

进一步细说，第二PCB板11和第三PCB板12之间还设有至少一个支撑件115，支撑件115两端分别与第二PCB板11和第三PCB板12内壁相抵，支撑件9两端部与第二PCB板2和第三PCB板3分别通过螺钉固定，支撑件115设置于远离第一PCB板10一端，从而防止第二PCB板11和第三PCB板12受到挤压发生变形。

进一步细说，第三PCB板12上焊接连接有第四PCB板121，温湿度传感器7安装于第四PCB板121上，本装置中将光照传感器4和温湿度传感器8硬连接为一个整体，安装工艺清晰简单。

进一步细说，第四PCB板121相对温湿度传感器7另一侧还安装有备用温度传感器18。

进一步细说，密封壳体3上设有罩壳13，罩壳13内具有用于容纳温湿度传感器7的空腔，罩壳13采用多孔金属材料，当第三PCB板12固定于密封空腔内时，第四PCB板121嵌入至罩壳13内，通过罩壳的设置对温湿度传感器起到良好的保护作用，延长温湿度传感器的使用寿命；采用多孔金属材料的设置，使得空气温湿度传感器既能与空气直接接触，空气中的水汽不能通过到达密封腔体内。

多孔金属材料即金属内部弥散分布着大量的有方向性的或随机的孔洞，由于对孔洞的设计要求不同，孔洞可以是泡沫型的，藕状型的，蜂窝型的等等。多孔金属材料还可以根据其孔洞的形态可以分为独立孔洞型的和连续孔洞型的二大类。独立型的材料具有比重小，刚性、比强度好，吸振、吸音性能好等特点；连续型的材料除了具有上述特点之外，还具有浸透性、通气性好等特点。

进一步细说，罩壳13包括罩部131和连接部132，密封壳体3上设有与连接部132螺纹配合的锁部31，螺纹连接便于测量人员对罩壳4的安装，且螺纹连接密封性较好，防止雨水从连接部132和锁部31之间的缝隙进入罩壳13内.

进一步细说，锁部31可以为嵌设于密封壳体3上的螺母或为直接开设于密封壳体3上的螺孔。

进一步细说，锁部31内设有用于密封的堵头311，堵头311上开设有仅供第四PCB板121穿过的密封孔3111，当第四PCB板121穿过密封孔3111时，其侧壁与密封孔3111贴合，从而起到一定的密封效果。

优选的，为了进一步提高连接部132和锁部31之间的密封性，连接部132上套设有密封垫片1321，连接部132和锁部31锁紧时挤压密封垫片1321实现进一步密封。

进一步细说，罩壳13采用铜粉烧结滤芯，铜粉烧结滤芯由铜合金粉末高温烧结而成，铜粉烧结滤芯过滤精度在0.2μm-120μm,过滤精度高，透气性好，机械强度高，材料利用率高，适宜较高的工作温度和耐热冲击。广泛用于气动元件、化工、环保等领域。可按用户要求生产各种形状、结构、不同粒度、孔隙度的多孔元件，如：罩、帽、片、管、棒状滤芯元件，铜粉烧结滤芯具有过滤精度高，孔隙稳定，不会发生孔径随压力变化而改变的现象。能有效去除悬浮物和微粒等，过滤精度优异，净化效果好、透气性好，压力损耗小，滤芯完全由球形粉末组成，孔隙率高，孔径均匀而光滑，初始阻力小，易于反吹，再生能力强，使用寿命长，机械强度高，刚性好，塑性好，抗氧化，耐腐蚀，无须外加骨架支撑保护，安装和使用简单，维护方便，组装性好，可进行焊接、粘接和机械加工，铜粉烧结制品一次成形，无需切削，原材料有效利用率高，最大程度的节省材料，尤其适合于批量较大，结构复杂的元件的优点。

进一步细说，上壳体1或下壳体2上可拆卸设有至少一个百叶窗15，百叶窗15包括若干百叶151，通过百叶窗的可拆卸设置，使得需要更换SIM卡或复位或充电时拆下百叶窗即可进行操作，极大的提高了工作效率。通过百叶窗的设置，便于测量人员通过肉眼直接观察壳体内部情况，有助于测量人员及时发现壳体内存在的问题，良好的透气性有助于降低壳体内的温度，防止壳体内温度过高对电子元件造成损坏；且良好的透气性有助于罩壳13内的温湿度传感器7对空气中的温度和湿度进行测量。

进一步细说，百叶151采用流线S型结构，S型结构能有效防止0～90度的雨水喷洒，从而有效的防止雨水落到罩壳34上影响其透气性，有助于提高温湿度传感器7的测量精度。

进一步细说，为了将装置内的积水及时排出，下壳体2底部开设有至少一个排水孔。

进一步细说，上壳体1顶部上设有透光片16，透光片16罩设于光照传感器8上方，通过透光片的设置，可降低紫外辐射及酸雨和高低温等对光照传感器的影响，有助于延长光照传感器的使用寿命。

进一步细说，为了保证透光片16具有良好的透光性，透光片16材质为PFA聚四氟乙烯、聚碳酸酯和亚克力中的一种。

进一步细说，透光片16材质采用PFA聚四氟乙烯，PFA聚四氟乙烯相比聚碳酸酯和亚克力材质抗紫外辐射、酸雨和高低温等环境的影响更小，使用寿命更长。

进一步细说，上壳体1采用二次注塑成型，使得上壳体1既能防水，又保证装配工艺简洁，二次注塑成型：是一种特殊的塑料成型工艺，也称套啤或者包胶。它与双色成型工艺类似，但与双色成型工艺有比较大的差异。是一种将某种塑胶原材料在一次的塑胶模具内成型后，将成型后的零件取出，放入二次成型的模具内再次注入同种或者另外一种塑胶材料成型的工艺。

进一步细说，上壳体1顶部设有沿其周向方向倾斜设有若干斜面111，斜面111上嵌设有太阳能电池板17，太阳能电池板17与电源5电性连接，使得太阳能电池板受到光照时可以将光能转换为电能给电源进行充电，从而便于此装置在野外长时间使用，且无需连接电线使用，安全性较高，斜面111的设置使得阳光从各个角度照射过来时均有太阳能电池板17接收到，从而实现对光能的利用，且当太阳光线垂直于面板时，太阳能电池板可以更有效地收集太阳辐射，通过太阳能电池板17倾斜设置可实现这一目的，太阳能电池板Solar panel是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能进一步细说，的装置，大部分太阳能电池板的主要材料为“硅”。

进一步细说，为了便于测量人员使用，密封壳体3上开设有用于更换SIM卡或复位或充电的接口14，接口14上设有与其密封配合的密封塞141，密封塞141用于保证接口14不使用时的密封性，防止雨水通过接口14进入密封空腔内，有效的保护密封空腔内的电子元件，密封塞与腔体采用硅胶和机械螺丝的方式来挤压实现密封。

进一步细说，为了防止密封塞141拆下来后丢失，密封塞141上设有硅胶塞1411，硅胶塞1411与密封壳体3之间过盈软连接，从而使的硅胶塞141拆下来后可通过硅胶塞1411悬挂在密封壳体3上。

进一步细说，探针管4顶端连接于密封壳体3底部，下壳体2上开设有供探针管4穿过的开孔，探针管4顶端开设有至少两道沟槽41，沟槽41用于实现探针管4与密封壳体3之间的密封防水，长时间户外高低温差促使壳体热胀冷缩，沟槽41在壳体热胀冷缩时仍可实现良好的密封性。

进一步细说，为了防止探针管4与密封壳体3的相互转动，探针管4上与密封壳体3连接端还开设有异形扁丝42。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种农田信息监测装置，其特征在于：包括上壳体(1)、下壳体(2)、密封壳体(3)、探针管(4)以及多个用于农田信息监测的传感器，所述上壳体(1)和下壳体(2)拼接后形成用于容纳密封壳体(3)的空腔，所述密封壳体(3)内具有密封空腔，所述密封空腔内设有控制单元以及用于对控制单元供电的电源(5)，所述多个传感器均于控制单元通信连接,所述控制单元包括无线数传模块。

2.根据权利要求1所述的一种农田信息监测装置，其特征在于：所述传感器包括集成土壤水分和温度传感器(6)、温湿度传感器(7)以及光照传感器(8)。

3.根据权利要求2所述的一种农田信息监测装置，其特征在于：所述探针管(4)端部设有探针头(9)，所述集成土壤水分和温度传感器(6)设于探针头(9)上。

4.根据权利要求1所述的一种农田信息监测装置，其特征在于：所述密封空腔内设有第一PCB板(10)、第二PCB板(11)以及第三PCB板(12)所述第二PCB板(11)和第三PCB板(12)一端均插接于第一PCB板(10)上，所述第二PCB板(11)和第三PCB板(12)之间通过排针连接。

5.根据权利要求1所述的一种农田信息监测装置，其特征在于：所述密封壳体(3)上设有罩壳(13)，所述罩壳(13)内具有用于容纳温湿度传感器(7)的空腔，所述罩壳(13)采用多孔金属材料。

6.根据权利要求1所述的一种农田信息监测装置，其特征在于：所述密封壳体(3)上开设有用于更换SIM卡或复位或充电的接口(14)，所述接口(14)上设有与其密封配合的密封塞(141)。

7.根据权利要求6所述的一种农田信息监测装置，其特征在于：所述上壳体(1)或下壳体(2)上可拆卸设有至少一个百叶窗(15)，所述百叶窗(15)包括若干百叶(151)。

8.根据权利要求7所述的一种农田信息监测装置，其特征在于：所述百叶(151)采用流线S型结构。

9.根据权利要求2所述的一种农田信息监测装置，其特征在于：所述上壳体(1)顶部上设有透光片(16)，所述透光片(16)罩设于光照传感器(8)上方。

10.根据权利要求2所述的一种农田信息监测装置，其特征在于：所述上壳体(1)顶部设有沿其周向方向倾斜设有若干斜面(111)，所述斜面(111)上嵌设有太阳能电池板(17)，所述太阳能电池板(17)与电源(5)电性连接。

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