CN113155900A - 一种限位控制式土壤干深度传感器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种限位控制式土壤干深度传感器及检测方法，所述传感器包括壳体、检测装置和控制装置；所述检测装置包括土壤探针、竖向驱动机构和多个限位开关；所述控制装置包括主控制模块、土壤墒情检测模块以及位置信息反馈模块；所述位置信息反馈模块用于接收限位开关的状态和位置信息并反馈给主控制模块；所述土壤墒情检测模块用于实时检测土壤墒情；所述主控制模块用于接收来自位置信息反馈模块的信号，控制竖向驱动机构带动土壤探针在土壤不同深度运动，以获取相应土壤深度的墒情参数。本发明的限位控制式土壤干深度传感器可以自动实现对检测位置中不同土壤深度的土壤墒情进行检测，具有省时省力、检测精度和检测效率更高的优点。

Description

一种限位控制式土壤干深度传感器及检测方法

技术领域

本发明涉及一种传感器及检测方法，具体为一种限位控制式土壤干深度传感器及检测方法。

背景技术

作物生长的最适土壤温度、湿度、电导率不仅仅由表层20cm土壤决定，不同深层次的土壤决定根系不同位置的发育与生命活性，要客观的对农作物土壤进行数据监测，需要对不同深度的土壤进行综合分析。

传统的土壤传感器只能获取一组土壤数据，一般测量0-20cm的表层土壤，如果要对不同深度的土壤进行监测，需要采用人工挖截的方式，即先将土壤挖开大坑值深度，然后将传感器插入指定位置，无法利用一支传感器对土壤不同深度层面进行监测。

发明内容

本发明在于克服现有技术的不足，提供一种限位控制式土壤干深度传感器，所述限位控制式土壤干深度传感器可以自动实现对检测位置中不同土壤深度的土壤墒情进行检测，具有省时省力、检测精度和检测效率更高的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种限位控制式土壤干深度传感器的检测方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种限位控制式土壤干深度传感器，包括壳体、设置在壳体内的检测装置以及控制装置，其中，

所述检测装置包括土壤探针、用于驱动土壤探针做竖向运动的竖向驱动机构以及用于对土壤探针的竖向行程进行检测的限位开关，其中，所述限位开关为多个，多个限位开关竖向等距排列；

所述控制装置包括主控制模块、土壤墒情检测模块以及位置信息反馈模块，所述主控制模块与土壤墒情检测模块、位置信息反馈模块电连接，其中，

所述位置信息反馈模块与所述限位开关连接，用于接收限位开关的状态和位置信息并反馈给主控制模块；

所述土壤墒情检测模块与所述土壤探针连接，用于实时检测土壤墒情；

所述主控制模块用于接收来自位置信息反馈模块的信号，控制竖向驱动机构带动土壤探针在土壤不同深度运动，以获取相应土壤深度的墒情参数。

优选的，所述土壤墒情检测模块包括信号输入模块和滤波模块，其中，所述土壤探针和所述信号输入模块电连接，而所述信号输入模块则与所述滤波模块电连接，所述滤波模块与所述主控制模块电连接；所述信号输入模块用于接收到土壤探针处的信号参数，所述滤波模块将信号输入模块输出的信号参数进行整流滤波后输入到主控制模块中。

优选的，所述竖向驱动机构包括设置在壳体上的电机以及丝杆传动机构，其中，所述丝杆传动机构包括丝杆以及丝杆螺母，其中，所述丝杆竖向设置，所述丝杆螺母安装在U型件上，所述土壤探针安装在所述U型件上。

优选的，所述电机水平设置，该电机与所述丝杆之间通过齿轮箱连接，所述齿轮箱内设置有蜗轮蜗杆齿轮组，其中，所述蜗轮蜗杆齿轮组中的蜗杆与所述电机的主轴相连，所述蜗轮蜗杆齿轮组中的蜗轮与蜗杆啮合并固定于所述丝杆上。

优选的，所述土壤探针为两根，两根土壤探针对称设置在所述U型件的两侧，每根土壤探针的轴线方向与所述丝杆的轴线方向平行。

优选的，所述土壤探针包括杆体以及设置在杆体上的尖端导电部和绝缘层，其中，所述杆体的上端与所述U型件连接；所述尖端导电部设置在所述杆体的底部，用于输入土壤墒情信号；所述绝缘层位于所述U型件与所述尖端导电部之间。

优选的，所述限位开关共17个，分别为K0、K1……K15、K16；其中，限位开关K0位于壳体的顶部，限位开关K16位于壳体的底部；限位开关K1-K15位于限位开关K0和限位开关K16之间，且相邻两个之间的竖向间隔为1cm；当所述U型件与所述限位开关K16接触、所述土壤探针处于初始状态，该土壤探针完全伸出。

优选的，所述主控制模块、土壤墒情检测模块以及位置信息反馈模块集成于一块封装电路板上，所述封装电路板置在所述电机的上方。

一种限位控制式土壤干深度传感器的检测方法，包括以下步骤：

(1)、竖向驱动机构带动土壤探针做竖向运动，使得土壤探针完成伸出，该位置为土壤探针的初始位置；

(2)、将土壤探针插入待检测的土壤中，主控制模块控制竖向驱动机构带动土壤探针做竖向运动至待检测的土壤深度，土壤墒情检测模块获取相应土壤深度的土壤墒情参数，并传递给主控制模块；同时位置信息反馈模块也将对应的土壤深度的位置信息传递给主控制模块；

(3)、主控制模块接收到来自位置信息反馈模块的信息与对应位置时的土壤墒情检测模块的土壤墒情参数后，将土壤墒情检测模块检测所得到的土壤墒情参数与预设阈值进行比较，若检测所得到的土壤墒情参数大于预设阈值时，主控制模块输出此时的位置信息与土壤墒情信息，并控制竖向驱动机构带动土壤探针向上移动至下一待检测的土壤深度；

(4)、待土壤探针向上移动到下一待检测的土壤深度后，重复步骤(3)，直至土壤墒情检测模块检测所得到的土壤墒情参数小于或等于预设阈值时，记录此时土壤探针所在位置信息与对应的土壤墒情参数，此时土壤探针所在位置即为土壤干深度位置；

(5)、多次改变检测位置，每次改变检测位置时均重复上述步骤(1)-步骤(4)，得到多个土壤干深度位置，将多个土壤干深度位置取平均值为土壤干深度层，完成整个检测流程。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

(1)、本发明的限位控制式土壤干深度传感器通过竖向驱动机构带动土壤探针竖向运动，从而自动实现对检测位置中不同土壤深度的土壤墒情进行检测，无需人工预先挖出多个待检测区域，仅使用本发明的限位控制式土壤干深度传感器就能采集到不同土壤深度的土壤墒情参数，操作更加方便、快捷。

(2)、本发明的限位控制式土壤干深度传感器中通过设置多个用于对土壤探针的竖向行程进行检测的限位开关，这样可以实现对土壤探针的位置进行精准控制，使得土壤探针精准地到达各个待检测的深度，从而提高检测精度。

(3)、本发明的用于限位控制式土壤干深度传感器的检测方法可以自动检测出土壤的土壤干湿度位置，自动化程度更高。

附图说明

图1为本发明的限位控制式土壤干深度传感器的结构示意图。

图2为本发明的限位控制式土壤干深度传感器的结构框图。

图3为本发明的限位控制式土壤干深度传感器的立体结构示意图(去除壳体)。

图4为本发明的限位控制式土壤干深度传感器的系统流程图。

图5为位置信息反馈模块的电路框架图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1-图5，本发明的限位控制式土壤干深度传感器包括壳体、设置在壳体内的检测装置以及控制装置。

参见图1-图5，所述检测装置包括土壤探针5、用于驱动土壤探针5做竖向运动的竖向驱动机构以及用于对土壤探针5的竖向行程进行检测的限位开关。

参见图1-图5，所述竖向驱动机构包括设置在壳体上的电机1以及丝杆传动机构4，其中，所述丝杆传动机构4包括丝杆以及丝杆螺母，其中，所述丝杆竖向设置，所述丝杆螺母安装在U型件3上，所述土壤探针5安装在所述U型件3上；通过电机1带动丝杆转动，从而带动丝杆螺母、U型件3以及土壤探针5竖向运动，从而实现对同个位置中不同深度的土壤的土壤墒情进行检测。

在本实施例中，所述电机1水平设置，该电机1与所述丝杆之间通过齿轮箱连接，所述齿轮箱内设置有蜗轮蜗杆齿轮组2，其中，所述蜗轮蜗杆齿轮组2中的蜗杆与所述电机1的主轴相连，所述蜗轮蜗杆齿轮组2中的蜗轮与蜗杆啮合并固定于所述丝杆上；通过设置齿轮箱，使得所述电机1可以水平设置，从而对壳体内的各个部件进行布置位置进行合理调整，从而减小本发明的限位控制式土壤干深度传感器的体积。

除上述实施方式外，所述竖向驱动机构也可以采用气缸驱动，或者所述齿轮箱中的传动机构可以更换为锥齿轮传动机构。

参见图1-图5，所述土壤探针5为两根，两根土壤探针5对称设置在所述U型件3的两侧，每根土壤探针5的轴线方向与所述丝杆的轴线方向平行，该土壤探针5包括杆体以及设置在杆体上的尖端导电部和绝缘层，其中，所述杆体的上端与所述U型件3连接；所述尖端导电部设置在所述杆体的底部，用于输入土壤墒情信号；所述绝缘层位于所述U型件3与所述尖端导电部之间。

参见图1-图5，所述限位开关共17个，分别为K0、K1……K15、K16；其中，限位开关K0位于壳体的顶部，即齿轮箱的下端，限位开关K16位于壳体的底部；限位开关K1-K15位于限位开关K0和限位开关K16之间，且相邻两个之间的竖向间隔为1cm；当所述U型件3与所述限位开关K16接触、所述土壤探针5处于初始状态，该土壤探针5完全伸出。

参见图1-图5，所述控制装置包括主控制模块、土壤墒情检测模块以及位置信息反馈模块，所述主控制模块与土壤墒情检测模块、位置信息反馈模块电连接。

参见图1-图5，所述位置信息反馈模块与所述限位开关连接，用于接收限位开关的状态和位置信息并反馈给主控制模块。

参见图1-图5，所述土壤墒情检测模块与所述土壤探针5连接，用于实时检测土壤墒情；该土壤墒情检测模块包括信号输入模块和滤波模块，其中，所述土壤探针5和所述信号输入模块电连接，而所述信号输入模块则与所述滤波模块电连接，所述滤波模块与所述主控制模块电连接；所述信号输入模块用于接收到土壤探针5处的信号参数，所述滤波模块将信号输入模块输出的信号参数进行整流滤波后输入到主控制模块中。

参见图1-图5，所述主控制模块用于接收来自位置信息反馈模块的信号，控制竖向驱动机构带动土壤探针5在土壤不同深度运动，以获取相应土壤深度的墒情参数。

在本实施例中，所述主控制模块、土壤墒情检测模块以及位置信息反馈模块集成于一块封装电路板上，所述封装电路板置在所述电机1的上方。

参见图1-图5，本发明的限位控制式土壤干深度传感器的检测方法，包括以下步骤：

(1)、竖向驱动机构带动土壤探针5做竖向运动，使得土壤探针5完成伸出，该位置为土壤探针5的初始位置；

(2)、将土壤探针5插入待检测的土壤中，主控制模块控制竖向驱动机构带动土壤探针5做竖向运动至待检测的土壤深度，土壤墒情检测模块获取相应土壤深度的土壤墒情参数，并传递给主控制模块；同时位置信息反馈模块也将对应的土壤深度的位置信息传递给主控制模块；

(3)、主控制模块接收到来自位置信息反馈模块的信息与对应位置时的土壤墒情检测模块的土壤墒情参数后，将土壤墒情检测模块检测所得到的土壤墒情参数与预设阈值进行比较，若检测所得到的土壤墒情参数大于预设阈值时，主控制模块输出此时的位置信息与土壤墒情信息，并控制竖向驱动机构带动土壤探针5向上移动至下一待检测的土壤深度；

(4)、待土壤探针5向上移动到下一待检测的土壤深度后，重复步骤(3)，直至土壤墒情检测模块检测所得到的土壤墒情参数小于或等于预设阈值时，记录此时土壤探针5所在位置信息与对应的土壤墒情参数，此时土壤探针5所在位置即为土壤干深度位置；

(5)、多次改变检测位置，即在土壤的其他位置进行检测；每次改变检测位置时均重复上述步骤(1)-步骤(4)，得到多个土壤干深度位置，将多个土壤干深度位置取平均值为土壤干深度层，完成整个检测流程。

其中，在步骤(4)中，若U型件3与齿轮箱底部相接触时，即与限位传感器K0接触时，若土壤湿度数据小于或等于预定阈值，则判定土壤干深度值为1cm；若土壤湿度数据大于预定阈值，则判定土壤干深度值为0cm，即土壤全部为湿润。

最后，本发明的限位控制式土壤干深度传感器通过设置多个信号检测电路将激励信号传输至待测区域，并反馈由待测区域吸收后所剩余的回波信号，主控制模块再分别分析每个待测区域对应的回波信号，便能得到每个待测区域的湿度及电导率，无需人工预先挖出多个待测区域，仅使用多级土壤传感器便能采集到多个区域的参数，更加方便、快捷。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种限位控制式土壤干深度传感器，其特征在于，包括壳体、设置在壳体内的检测装置以及控制装置，其中，

所述检测装置包括土壤探针、用于驱动土壤探针做竖向运动的竖向驱动机构以及用于对土壤探针的竖向行程进行检测的限位开关，其中，所述限位开关为多个，多个限位开关竖向等距排列；

所述控制装置包括主控制模块、土壤墒情检测模块以及位置信息反馈模块，所述主控制模块与土壤墒情检测模块、位置信息反馈模块电连接，其中，

所述位置信息反馈模块与所述限位开关连接，用于接收限位开关的状态和位置信息并反馈给主控制模块；

所述土壤墒情检测模块与所述土壤探针连接，用于实时检测土壤墒情；

所述主控制模块用于接收来自位置信息反馈模块的信号，控制竖向驱动机构带动土壤探针在土壤不同深度运动，以获取相应土壤深度的墒情参数。

2.根据权利要求1所述的限位控制式土壤干深度传感器，其特征在于，所述土壤墒情检测模块包括信号输入模块和滤波模块，其中，所述土壤探针和所述信号输入模块电连接，而所述信号输入模块则与所述滤波模块电连接，所述滤波模块与所述主控制模块电连接；所述信号输入模块用于接收到土壤探针处的信号参数，所述滤波模块将信号输入模块输出的信号参数进行整流滤波后输入到主控制模块中。

3.根据权利要求1所述的限位控制式土壤干深度传感器，其特征在于，所述竖向驱动机构包括设置在壳体上的电机以及丝杆传动机构，其中，所述丝杆传动机构包括丝杆以及丝杆螺母，其中，所述丝杆竖向设置，所述丝杆螺母安装在U型件上，所述土壤探针安装在所述U型件上。

4.根据权利要求3所述的限位控制式土壤干深度传感器，其特征在于，所述电机水平设置，该电机与所述丝杆之间通过齿轮箱连接，所述齿轮箱内设置有蜗轮蜗杆齿轮组，其中，所述蜗轮蜗杆齿轮组中的蜗杆与所述电机的主轴相连，所述蜗轮蜗杆齿轮组中的蜗轮与蜗杆啮合并固定于所述丝杆上。

5.根据权利要求3所述的限位控制式土壤干深度传感器，其特征在于，所述土壤探针为两根，两根土壤探针对称设置在所述U型件的两侧，每根土壤探针的轴线方向与所述丝杆的轴线方向平行。

6.根据权利要求3所述的限位控制式土壤干深度传感器，其特征在于，所述土壤探针包括杆体以及设置在杆体上的尖端导电部和绝缘层，其中，所述杆体的上端与所述U型件连接；所述尖端导电部设置在所述杆体的底部，用于输入土壤墒情信号；所述绝缘层位于所述U型件与所述尖端导电部之间。

7.根据权利要求6所述的限位控制式土壤干深度传感器，其特征在于，所述限位开关共17个，分别为K0、K1……K15、K16；其中，限位开关K0位于壳体的顶部，限位开关K16位于壳体的底部；限位开关K1-K15位于限位开关K0和限位开关K16之间，且相邻两个之间的竖向间隔为1cm；当所述U型件与所述限位开关K16接触、所述土壤探针处于初始状态，该土壤探针完全伸出。

8.根据权利要求3所述的限位控制式土壤干深度传感器，其特征在于，所述主控制模块、土壤墒情检测模块以及位置信息反馈模块集成于一块封装电路板上，所述封装电路板置在所述电机的上方。

9.一种用于权利要求1-8任一项所述的限位控制式土壤干深度传感器的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、竖向驱动机构带动土壤探针做竖向运动，使得土壤探针完成伸出，该位置为土壤探针的初始位置；

(2)、将土壤探针插入待检测的土壤中，主控制模块控制竖向驱动机构带动土壤探针做竖向运动至待检测的土壤深度，土壤墒情检测模块获取相应土壤深度的土壤墒情参数，并传递给主控制模块；同时位置信息反馈模块也将对应的土壤深度的位置信息传递给主控制模块；

(3)、主控制模块接收到来自位置信息反馈模块的信息与对应位置时的土壤墒情检测模块的土壤墒情参数后，将土壤墒情检测模块检测所得到的土壤墒情参数与预设阈值进行比较，若检测所得到的土壤墒情参数大于预设阈值时，主控制模块输出此时的位置信息与土壤墒情信息，并控制竖向驱动机构带动土壤探针向上移动至下一待检测的土壤深度；

(4)、待土壤探针向上移动到下一待检测的土壤深度后，重复步骤(3)，直至土壤墒情检测模块检测所得到的土壤墒情参数小于或等于预设阈值时，记录此时土壤探针所在位置信息与对应的土壤墒情参数，此时土壤探针所在位置即为土壤干深度位置；

(5)、多次改变检测位置，每次改变检测位置时均重复上述步骤(1)-步骤(4)，得到多个土壤干深度位置，将多个土壤干深度位置取平均值为土壤干深度层，完成整个检测流程。

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