CN111289041A - 一种土壤环境在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤环境在线监测系统，包括环境数据采集模块、以及装备有XBee无线通信模块的数据处理终端，环境数据采集模块包括外套管、内套管、气囊管、以及按一定阀值安装在内套管上的传感器，外套管上设有与传感器组适配的开口，气囊管上设有与开口相适配的凸起，且凸起凸出开口设置；内套管上沿圆周方向布置有若干传感器安装套，传感器通过弹簧件安装在传感器安装套内，且在弹簧件位于原始状态时，传感器凸出传感器安装套设置；数据处理终端内载有一数据处理系统，包括数据本地储存模块、土壤环境分析模块、在线预警模块以及预测分析模块。本发明实现了土壤环境的在线实时监测分析，且后期维护方便，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及土壤监测系统，具体涉及一种土壤环境在线监测系统。
背景技术
土壤环境监测与人类农业生产活动息息相关，对土壤环境的监测能够帮助我们实时了解土壤的环境变化，以便我们及时针对具体问题及时进行处理，土壤环境监测指标的测量在时间上要求同步、持续，空间上要求范围广、测量多，还要维持较低的人力和设备成本，现有土壤环境监测系统无法满足上述条件。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种土壤环境在线监测系统，实现了土壤环境的在线实时监测分析，且后期维护方便，成本低。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种土壤环境在线监测系统，包括环境数据采集模块、以及装备有XBee无线通信模块的数据处理终端，所述环境数据采集模块包括外套管、内套管、气囊管、以及按一定阀值安装在内套管上的传感器，所述外套管上设有与所述传感器组适配的开口，所述气囊管上设有与所述开口相适配的凸起，且凸起凸出开口设置；所述内套管上沿圆周方向布置有若干传感器安装套，所述传感器通过弹簧件安装在所述传感器安装套内，且在弹簧件位于原始状态时，传感器凸出传感器安装套设置；各传感器之间通过Zigebee模块以自组网的方式与数据处理终端连接起来，形成一个有效的内部网络；传感器将采集到的土壤环境参数经内部网络以无线的方式传输至数据处理终端，所述数据处理终端内载有一数据处理系统，包括数据本地储存模块、土壤环境分析模块、在线预警模块以及预测分析模块，土壤环境分析模块可自动完成对土壤环境参数的评估分析，在所得的分析结果落入预警门限时，在线预警模块启动，实现预警短信的发送，预测分析模块采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，根据接收到土壤环境评估分析结果及其对应的动态土壤环境参数生成短期土壤环境预报信息。
进一步地，所述传感器用于实现土壤温度、湿度、EC值、氧气浓度、重金属浓度的采集。
进一步地，所述传感器包括传感器外壳、安装在传感器外壳内的传感单元、处理单元、Zigebee通信单元、定位单元和电源单元，传感单元负责感知环境参数信息，将感知到的数据送到处理单元加以处理，处理器单元含存储组件和嵌入式处理组件两个部分，存储组件负责存储收集到的数据信息，执行设计存储好的程序代码，以协调融合不同传感器之间的信息，处理组件根据原先所存储的程序或数据处理终端发出的指令，启动感知单元收集环境的信息，启动定位单元采集当前传感器所在定位信息，并将所收集的数据融合处理后送到Zigebee通信单元，Zigebee通信单元负责数据信息在传感器节点之间传递，电源单元作用于保证传感器的正常顺利工作，配置太阳能充电电路，实现了电源单元的续航再生能力。
进一步地，所述外套管的外壁上均匀设置有螺纹片，且外套管下端为尖端设置。
进一步地，所述土壤环境分析模块基于PCA-BP神经网络模型实现土壤环境的评估分析。
进一步地，所述气囊管上端设有一带活动密封塞的充放气口。
进一步地，所述内套管呈T形结构，传感器安装套呈圆柱形，内套管的外径+传感器安装套的厚度略小于外套管的内径。
进一步地，所述传感器的外壳由一圆柱体和一圆锥体一体成型而成，圆柱体的外壁上设有滑块，传感器安装套的内部设有与滑块配合的滑槽，且滑槽的外侧端设有限位块，从而可以避免传感器外壳整个脱出传感器安装套。
本发明具有以下有益效果：
以可回收式套管为传感媒介，将外套管钻入土壤中，用封装于内套管上的传感器监测土壤的温度、湿度、EC值、氧气浓度、重金属浓度等数据，然后基于数据处理终端实现了土壤环境的自动分析评估，在便于传感器安装的同时，大大方便后续的维护工作和传感器回收工作。
附图说明
图1为本发明实施例一种土壤环境在线监测系统的系统框图。
图2为本发明实施例中环境数据采集模块的结构示意图。
图3为本发明实施例中外套管与气囊管对接后的结构示意图。
图4为本发明实施例中内套管的结构示意图。
图5为图4中A的放大图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图5所示，本发明实施例提供了一种土壤环境在线监测系统，包括环境数据采集模块、以及装备有XBee无线通信模块的数据处理终端，所述环境数据采集模块包括外套管1、内套管2、气囊管3、以及按一定阀值安装在内套管上的传感器4，所述外套管1上设有与所述传感器组适配的开口5，所述气囊管3上设有与所述开口相适配的凸起6，且凸起6凸出开口5设置；所述内套管2上沿圆周方向布置有若干传感器安装套7，所述传感器通过弹簧件8安装在所述传感器安装套内，且在弹簧件位于原始状态时，传感器4凸出传感器安装套7设置；所述外套管的外壁上均匀设置有螺纹片，螺纹片与开口错开设置，且外套管下端为尖端设置；所述气囊管上端设有一带活动密封塞的充放气口。所述内套管呈T形结构，传感器安装套呈圆柱形，内套管的外径+传感器安装套的厚度略小于外套管的内径，内套管的横杆的下方一体成型有一活动盖，该活动盖的内壁上带内螺纹，所述外套管的上端沿外圆周方向布置有与内螺纹相配合的外螺纹；所述传感器的外壳9由一圆柱体和一圆锥体一体成型而成，圆锥体的侧壁上设有用于传感单元安装的开口槽，圆柱体的外壁上设有滑块，传感器安装套的内部设有与滑块配合的滑槽，且滑槽的外侧端设有限位块，从而可以避免传感器外壳整个脱出传感器安装套。
各传感器之间通过Zigebee模块以自组网的方式与数据处理终端连接起来，形成一个有效的内部网络；所述传感器用于实现土壤温度、湿度、EC值、氧气浓度、重金属浓度的采集；传感器将采集到的土壤环境参数经内部网络以无线的方式传输至数据处理终端，所述数据处理终端内载有一数据处理系统，包括数据本地储存模块、土壤环境分析模块、在线预警模块以及预测分析模块，土壤环境分析模块可自动完成对土壤环境参数的评估分析，在所得的分析结果落入预警门限时，在线预警模块启动，实现预警短信的发送，预测分析模块采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，根据接收到土壤环境评估分析结果及其对应的动态土壤环境参数生成短期土壤环境预报信息。
本实施例中，所述传感器包括传感器外壳、安装在传感器外壳内的传感单元、处理单元、Zigebee通信单元、定位单元和电源单元，传感单元负责感知环境参数信息，将感知到的数据送到处理单元加以处理，处理器单元含存储组件和嵌入式处理组件两个部分，存储组件负责存储收集到的数据信息，执行设计存储好的程序代码，以协调融合不同传感器之间的信息，处理组件根据原先所存储的程序或数据处理终端发出的指令，启动感知单元收集环境的信息，启动定位单元采集当前传感器所在定位信息，并将所收集的数据融合处理后送到Zigebee通信单元，Zigebee通信单元负责数据信息在传感器节点之间传递，电源单元作用于保证传感器的正常顺利工作，配置太阳能充电电路，实现了电源单元的续航再生能力。
本实施例中，所述土壤环境分析模块基于PCA-BP神经网络模型实现土壤环境的评估分析。
本具体实施在布置传感器时，首先根据目标参数的采集要求在传感器外壳内完成对应传感单元等的安装；然后将气囊管置于外套管内，完成气囊管的充气处理，从而使得气囊充满外套管，凸起完全填充外套管的开口，并凸出开口；然后选择对应的监测点将外套管钻入对应的深度，完成后，使得气囊放气，取出气囊，立刻插入内套管，值得注意的是，插入时，传感器与开口的位置错开，内套管完全插入后，转动内套管，使得传感器进入开口，从而借助弹簧件的回弹力，使得传感器扎入土壤，即完成传感器的布置。在需要回收传感器时，只要将外套管从土中转出即可。
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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种土壤环境在线监测系统，包括环境数据采集模块、以及装备有XBee无线通信模块的数据处理终端，其特征在于，所述环境数据采集模块包括外套管、内套管、气囊管、以及按一定阀值安装在内套管上的传感器，所述外套管上设有与所述传感器组适配的开口，所述气囊管上设有与所述开口相适配的凸起，且凸起凸出开口设置；所述内套管上沿圆周方向布置有若干传感器安装套，所述传感器通过弹簧件安装在所述传感器安装套内，且在弹簧件位于原始状态时，传感器凸出传感器安装套设置；各传感器之间通过Zigebee模块以自组网的方式与数据处理终端连接起来，形成一个有效的内部网络；传感器将采集到的土壤环境参数经内部网络以无线的方式传输至数据处理终端，所述数据处理终端内载有一数据处理系统，包括数据本地储存模块、土壤环境分析模块、在线预警模块以及预测分析模块，土壤环境分析模块可自动完成对土壤环境参数的评估分析，在所得的分析结果落入预警门限时，在线预警模块启动，实现预警短信的发送，预测分析模块采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，根据接收到土壤环境评估分析结果及其对应的动态土壤环境参数生成短期土壤环境预报信息。
2.如权利要求1所述的一种土壤环境在线监测系统，其特征在于：所述传感器用于实现土壤温度、湿度、EC值、氧气浓度、重金属浓度的采集。
3.如权利要求1所述的一种土壤环境在线监测系统，其特征在于：所述传感器包括传感器外壳、安装在传感器外壳内的传感单元、处理单元、Zigebee通信单元、定位单元和电源单元，传感单元负责感知环境参数信息，将感知到的数据送到处理单元加以处理，处理器单元含存储组件和嵌入式处理组件两个部分，存储组件负责存储收集到的数据信息，执行设计存储好的程序代码，以协调融合不同传感器之间的信息，处理组件根据原先所存储的程序或数据处理终端发出的指令，启动感知单元收集环境的信息，启动定位单元采集当前传感器所在定位信息，并将所收集的数据融合处理后送到Zigebee通信单元，Zigebee通信单元负责数据信息在传感器节点之间传递，电源单元作用于保证传感器的正常顺利工作，配置太阳能充电电路，实现了电源单元的续航再生能力。
4.如权利要求1所述的一种土壤环境在线监测系统，其特征在于：所述外套管的外壁上均匀设置有螺纹片，且外套管下端为尖端设置。
5.如权利要求1所述的一种土壤环境在线监测系统，其特征在于：所述土壤环境分析模块基于PCA-BP神经网络模型实现土壤环境的评估分析。
6.如权利要求1所述的一种土壤环境在线监测系统，其特征在于：所述气囊管上端设有一带活动密封塞的充放气口。
7.如权利要求1所述的一种土壤环境在线监测系统，其特征在于：所述内套管呈T形结构，传感器安装套呈圆柱形，内套管的外径+传感器安装套的厚度略小于外套管的内径。
8.如权利要求3所述的一种土壤环境在线监测系统，其特征在于：所述传感器的外壳由一圆柱体和一圆锥体一体成型而成，圆柱体的外壁上设有滑块，传感器安装套的内部设有与滑块配合的滑槽，且滑槽的外侧端设有限位块，从而可以避免传感器外壳整个脱出传感器安装套。
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