CN111579751A - 一种高精度土壤传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高精度土壤传感器，包括主传感器部件、环境传感器部件、模数转换模块、原始数据采集存储模块、排序模块、滤波模块、环境补偿处理模块和数据打包输出模块，所述模数转换模块同时分别和所述主传感器部件和所述环境传感器部件连接；所述模数转换模块与所述原始数据采集存储模块连接；所述原始数据采集存储模块与所述排序模块连接；所述排序模块与所述滤波模块连接；所述滤波模块与所述环境补偿处理模块；所述环境补偿处理模块与所述数据打包输出模块连接。本发明技术方案采用主传感器部件和环境传感器部件，以环境传感器部件采集到的数据为基准，对主传感器部件采集到的数据进行多维度系数标定，测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种高精度土壤传感器。
背景技术
中国化肥、农药生产和使用量世界第一，农残超标和重金属污染一直是制约中国农林业现代化发展的首要难题。要消除农产品质量安全的两大“隐形杀手”，单靠“管出来”还远远不够，必须坚持“产出来”，走生态优先的绿色化可持续发展之路。同时，在中国，农作物种植还存在盲目使用化肥的情况，在农业生产过程中，很多农民化肥投入量越来越大，但最终产量却越来越低，土壤板结和病害越来越严重，导致生产成本每年递增，收入却不能增加。化肥的过量施用，导致土壤恶化，土传病害严重，给农业生产造成极大的危害。这是因为不同作物生长所需要的养分不同，种植户单一施用氮磷钾复合肥，没有根据土壤情况和种植作物的种类科学用肥，不同类型的土壤施肥也不一样的，盲目施肥给土壤和作物带来伤害，因此肥料并不是施得越多越好、而是科学合理用肥才能得到优质高产，盲目或过多使用化肥，既浪费肥料，又增加成本，而收益却没有明显增加。这样，一方面造成种植成本增加，并影响农产品品质的提升和农业生态环境的保护。另一方面造成耕地质量下降严重，使土壤肥力状况、养分含量状况等失衡加剧，氮、磷、钾大量元素过剩和微量元素匮乏的矛盾加剧，严重制约了农业的健康发展和农民通过土地增产增收愿望的实现。
因此，国家近年来提出并大力推行测土精准施肥的政策，这也是目前世界上公认的最科学的施肥方法之一。经过科学的测试分析土壤的有机质、氮、磷、钾、钙、镁、硫以及各种微量元素的含量和土壤PH值，根据测试的数据和种植作物，合理适量的用肥。因为作物在不同的生长期所需营养也不尽相同，所以在给作物追肥时，还要根据作物不同的生长时期适当调节营养配比，只有这样才能让作物高产优质。
然而，要实现上述目标，需要对种植农作物的土壤包括土壤湿度、土壤酸碱度、土壤肥力、土壤中重金属等各维度数据进行精确测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种高精度土壤传感器，以解决上述现有技术存在的问题，能够高精度地测量土壤的各维度数据。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种高精度土壤传感器，包括主传感器部件、环境传感器部件、模数转换模块、原始数据采集存储模块、排序模块、滤波模块、环境补偿处理模块和数据打包输出模块；
所述模数转换模块分别和所述主传感器部件和所述环境传感器部件连接；所述模数转换模块与所述原始数据采集存储模块连接；所述原始数据采集存储模块与所述排序模块连接；所述排序模块与所述滤波模块连接；所述滤波模块与所述环境补偿处理模块连接；所述环境补偿处理模块与所述数据打包输出模块连接。
优选地，所述环境补偿处理模块利用所述环境传感器部件传递过来的数据对所述主传感器部件采集的数据进行补偿。
优选地，所述滤波模块用于对排序模块传输的数据进行滤波处理，以剔除不合理的数据。
优选地，所述环境传感器部件采用高精度电阻式基准传感器，用于采集土壤温度、土壤湿度、土壤酸碱度和土壤导电率数据。
优选地，所述主传感器部件包括电路板固定孔、电路主板、发射和接收信号电极板、线缆固定槽、防水胶体外壳和参考电极板；
所述发射和接收信号电极板的发射接收感应电极和所述参考电极板的地电极均与所述电路主板为一个整体结构；所述线缆固定槽位于所述电路主板顶端，所述线缆固定槽用于所述电路主板外接电源和信号线缆；所述防水胶体外壳密封固定所述电路板固定孔；电路板固定孔中有胶体贯穿所述电路主板。
优选地，所述主传感器部件电路结构包括供电输入部件、LC型滤波模块、波形发生模块、谐振电路、波形发射电极、或门信号处理模块、RC型滤波模块、信号输出部件；
所述供电输入部件与所述LC型滤波模块和所述或门信号处理模块连接，所述LC型滤波模块与所述波形发生模块连接，所述波形发生模块与所述谐振电路连接，所述谐振电路与所述波形发射电极连接，所述波形发射电极与所述或门信号处理模块连接，所述或门信号处理模块与所述RC型滤波模块连接，所述RC型滤波模块与所述信号输出部件连接。
优选地，所述主传感器部件用于测量土壤温度、土壤湿度、土壤酸碱度、土壤肥力和土壤中重金属含量数据。
本发明公开了以下技术效果：本申请公开了一种高精度土壤传感器，本发明提供的高精度土壤传感器内部包括主传感器部件和环境传感器部件，以环境传感器部件采集到的数据为基准，对主传感器部件采集到的数据进行多维度系数标定，并且在系数标定前对主传感器部件和环境传感器部件采集的数据进行了滤波处理，从而剔除了无效数据。从而本发明提供的土壤触感器测量精度高，适用于为农作物的精准种植提供可靠的数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明高精度传感器各模块连接示意图；
图2为本发明主传感器件的外形平面图；
图3为本发明主环境传感器件的原理框图。
其中，1为电路板固定孔，2为电路主板，3为发射和接收信号电极板，4为线缆固定槽，5为防水胶体外壳，6为参考电极板。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-3,本发明提供一种高精度土壤传感器，包括主传感器部件、环境传感器部件、模数转换模块、原始数据采集存储模块、排序模块、滤波模块、环境补偿处理模块和数据打包输出模块。其中，模数转换模块同时分别和主传感器部件和环境传感器部件连接；模数转换模块与原始数据采集存储模块连接；原始数据采集存储模块与排序模块连接；排序模块与滤波模块连接；滤波模块与环境补偿处理模块连接；环境补偿处理模块与数据打包输出模块。
主传感器部件用来采集主要的土壤数据，包括土壤温度、土壤湿度、土壤酸碱度、土壤肥力和土壤中重金属含量的数据。
主传感器部件包括电路板固定孔1、电路主板2、发射和接收信号电极板3、线缆固定槽4、防水胶体外壳5和参考电极板6。
其中，发射和接收信号电极板3的发射接收感应电极和参考电极板6的地电极均与电路主板2为一个整体结构；线缆固定槽4位于电路主板2顶端，线缆固定槽4用于电路主板2外接电源和信号线缆；防水胶体外壳5密封固定电路板固定孔1；电路板固定孔1中有胶体贯穿所述电路主板2，使主传感器部件的结构更加稳固，能够适应高强度插拔。发射和接收信号电极板3顶端为尖头锥形，插拔更为省力，且能与土壤紧密接触，发射和接收信号电极板3总长61mm，厚度为2.9mm，两极板间间距为14mm，具有良好的抗干扰性。
主传感器部件电路结构包括供电输入部件、LC型滤波模块、波形发生模块、谐振电路、波形发射电极、或门信号处理模块、RC型滤波模块和信号输出部件。
其中，供电输入部件与所述LC型滤波模块和或门信号处理模块连接，LC型滤波模块与波形发生模块连接，波形发生模块与谐振电路连接，谐振电路与波形发射电极连接，波形发射电极与或门信号处理模块连接，或门信号处理模块与RC型滤波模块连接，RC型滤波模块与信号输出部件连接。
本发明提供的高精度土壤传感器中的土壤主传感器件，其实施原理如图3所示，在供电电源输入端加入LC滤波电路，可以减小输入纹波，降低输入噪声，其方波震荡波形发生器输出方波波后驱动通过由谐振电阻和发射电极等效电容组成谐振电路，其感应波形经由或门信号处理芯片，输出端加入RC滤波电路，使其信号输出更加稳定。
本发明中，环境传感器部件采用高精度电阻式基准传感器部件，以环境传感器部件为补偿传感器，对所用的主传感器测得的数据进行补偿。本发明高精度土壤传感器在使用时，主传感器和环境传感器均采集土壤温度、土壤湿度、土壤酸碱度、土壤肥力、土壤中重金属含量等各个类别的土壤数据。然后，主传感器部件将采集到的模拟信号送入模数转换模块进行处理，模数转换模块将传递过来的模拟信号转换成数字信号，并将转换后得到的数字信号送入原始数据采集存储模块进行存储，原始数据采集存储模块再将存储的数据送入排序模块，排序模块将测得的各个类别的土壤数据分别进行排序，然后将排序后得到的各个类别的土壤数据送入滤波模块进行滤波处理。滤波模块在处理土壤数据时，对各个类别的土壤数据分别预先设定阈值，再逐一计算排序后的各个类别土壤数据中两两相邻的数据值之间的差值，如果某个数据值与其相邻的前后两个数据之间的差值的绝对值都超过预先设定的阈值，则此数据为不合理数据，然后剔除此不合理数据。
类似地，环境传感器部件，进行和主传感器类似的处理，也将所采集的土壤温度、土壤湿度、土壤酸碱度、土壤肥力、土壤中重金属含量等数据依次送入模数转换模块、原始数据采集存储模块、排序模块、滤波模块进行类似处理。然后滤波模块将主传感器部件和环境传感器部件传递过来且经过滤波处理的数据分别送入环境补偿模块。环境补偿模块以环境传感器部件采集的数据为基准，对主传感器部件采集的各类别土壤数据分别进行系数标定，即进行多维度系数标定，然后将标定后得到的数据送入数据打包输出模块进行输出显示。
本发明提供的高精度土壤传感器内部包括主传感器部件和环境传感器部件，以环境传感器部件采集到的数据为基准，对主传感器部件采集到的数据进行多维度系数标定，并且在系数标定前对主传感器部件和环境传感器部件采集的数据进行了滤波处理，从而剔除了无效数据。从而本发明提供的土壤触感器测量精度高，适用于为农作物的精准种植提供可靠的数据。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“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，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的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明保护范围。
Claims (7)
1.一种高精度土壤传感器，其特征在于，包括主传感器部件、环境传感器部件、模数转换模块、原始数据采集存储模块、排序模块、滤波模块、环境补偿处理模块和数据打包输出模块；
所述模数转换模块分别与所述主传感器部件和所述环境传感器部件连接；所述模数转换模块与所述原始数据采集存储模块连接；所述原始数据采集存储模块与所述排序模块连接；所述排序模块与所述滤波模块连接；所述滤波模块与所述环境补偿处理模块连接；所述环境补偿处理模块与所述数据打包输出模块连接。
2.根据权利要求1所述的高精度土壤传感器，其特征在于，所述环境补偿处理模块利用所述环境传感器部件传递过来的数据对所述主传感器部件采集的数据进行补偿。
3.根据权利要求1所述的高精度土壤传感器，其特征在于，所述滤波模块用于对所述排序模块传输的数据进行滤波处理，以剔除不合理的数据。
4.根据权利要求1所述的高精度土壤传感器，其特征在于，所述环境传感器部件采用高精度电阻式基准传感器，用于采集土壤温度、土壤湿度、土壤酸碱度和土壤导电率数据。
5.根据权利要求1所述的高精度土壤传感器，其特征在于，所述主传感器部件包括电路板固定孔(1)、电路主板(2)、发射和接收信号电极板(3)、线缆固定槽(4)、防水胶体外壳(5)和参考电极板(6)；
所述发射和接收信号电极板(3)的发射接收感应电极和所述参考电极板(6)的地电极均与所述电路主板(2)为一个整体结构；所述线缆固定槽(4)位于所述电路主板(2)顶端，所述线缆固定槽(4)用于所述电路主板(2)外接电源和信号线缆；所述防水胶体外壳(5)密封固定所述电路板固定孔(1)；电路板固定孔(1)中有胶体贯穿所述电路主板(2)。
6.根据权利要求1所述的高精度土壤传感器，其特征在于，所述主传感器部件电路结构包括供电输入部件、LC型滤波模块、波形发生模块、谐振电路、波形发射电极、或门信号处理模块、RC型滤波模块、信号输出部件；
所述供电输入部件与所述LC型滤波模块和所述或门信号处理模块连接，所述LC型滤波模块与所述波形发生模块连接，所述波形发生模块与所述谐振电路连接，所述谐振电路与所述波形发射电极连接，所述波形发射电极与所述或门信号处理模块连接，所述或门信号处理模块与所述RC型滤波模块连接，所述RC型滤波模块与所述信号输出部件连接。
7.根据权利要求6所述的高精度土壤传感器，其特征在于，所述主传感器部件用于测量土壤温度、土壤湿度、土壤酸碱度、土壤肥力和土壤中重金属含量数据。
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