CN114460262A - 一种便携式土壤水分盐度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种便携式土壤水分盐度传感器，包括中空的打孔针、驱动装置、控制器和安装于打孔针内部的水分盐度探针，驱动装置用于驱动打孔针竖直插入土壤，并使水分盐度探针由打孔针的下端开口伸出，控制器用于分析处理水分盐度探针检测到的土壤水分盐度信息。检测过程中将设备放置在土壤上，在驱动装置的辅助下，使打孔针插入土壤深处，然后打孔针内部的水分盐度探针伸出与土壤接触，检测土壤的水分盐度信息，并通过控制器对数据进行分析处理，直接获取土壤深处的数据信息，替代现有技术中由土壤表面数据推算土壤深处数据的方式，检测结果更加准确，为农业作业提供更加适宜的参考数据。

Description

一种便携式土壤水分盐度传感器

技术领域

本发明涉及土壤检测领域，特别是涉及一种便携式土壤水分盐度传感器。

背景技术

土壤中的水分用于供给植物生长，土壤的含水量和含盐量会直接影响植物生长，含量直接影响作物对养分的吸收速率，土壤中有机养分的分解矿化离不开水分，施入土壤中的化学肥料只有在水中才能溶解，养分离子向根系表面迁移以及作物根系对养分的吸收都必须通过水分介质来实现，所以土壤水过多或是过少都会影响植物的生长，土壤的含盐量过高会使植物内部渗透压过大造成植物的死亡，土壤的含盐量过低会使植物无法吸收足量的有机离子，因此对土壤的不同土层的含水量和含盐量的监测是非常重要的。通过对土壤内含水量和含盐量的实时监测，并以此为指标，可以指导农业灌溉、农业种植、植被保护等。

现有技术中，土壤水分盐度的检测方法多采用遥感技术预测土壤含水量和盐度，通过在土壤表面监测地表水的含量、盐分来预测土壤内水分含量和盐度，同时大部分监测土壤水分、盐度的仪器过于笨重，不便于携带。且不同地理位置、同一个地理位置的不同区域的水分盐度均不相同，在农业灌溉、农业种植、植被保护中，需要因地适宜进行灌溉和种植，只是单纯地检测并不能满足作业需求。

因此，如何提供一种能够检测深层土壤的水分和盐度的传感器是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式土壤水分盐度传感器，通过打孔针插入土壤深处，由水分盐度探针检测土壤的水分盐度信息，检测结果更加准确，为农业作业提供更加适宜的参考数据。

为解决上述技术问题，本发明提供一种便携式土壤水分盐度传感器，包括中空的打孔针、驱动装置、控制器和安装于所述打孔针内部的水分盐度探针，所述驱动装置用于驱动所述打孔针竖直插入土壤，并使所述水分盐度探针由所述打孔针的下端开口伸出，所述控制器用于分析处理所述水分盐度探针检测到的土壤水分盐度信息。

优选地，所述驱动装置包括电机，所述电机连接所述打孔针上端的螺纹接口，驱动所述打孔针绕竖直轴线旋转并进入土壤，所述水分盐度探针上端设置有电磁铁，吊装于所述打孔针内部。

优选地，所述打孔针下端设置锥形头和张开机构，所述锥形头包括相互拼接的多个三角形片，所述张开机构能够驱动多个所述三角形片张开或闭合。

优选地，所述三角形片上设置有磁粉，所述张开机构具体为电磁线圈，通过磁性控制所述三角形片的开合。

优选地，所述驱动装置外部设置有壳体，所述壳体上设置有散热孔。

优选地，多个不同长度的所述打孔针可拆卸地安装于所述驱动装置。

优选地，所述控制器包括主控芯片以及连接所述主控芯片的GPS定位模块和天气信息接收器。

优选地，所述控制器还包括连接所述主控芯片的语音模块、报警模块、显示模块和数据分析模块，所述语音模块包括语音芯片和音频解码芯片，所述报警模块包括蜂鸣器，所述显示模块包括LED显示屏，所述数据分析模块将所述水分盐度探针采集的电信号转化为数字信号。

优选地，所述控制器还包括电源模块，所述电源模块包括蓄电池和外接电源。

优选地，所述控制器还包括连接所述主控芯片的传输模块和接收模块，所述传输模块和所述接收模块无线连接移动终端。

本发明提供一种便携式土壤水分盐度传感器，包括中空的打孔针、驱动装置、控制器和安装于打孔针内部的水分盐度探针，驱动装置用于驱动打孔针竖直插入土壤，并使水分盐度探针由打孔针的下端开口伸出，控制器用于分析处理水分盐度探针检测到的土壤水分盐度信息。检测过程中将设备放置在土壤上，在驱动装置的辅助下，使打孔针插入土壤深处，然后打孔针内部的水分盐度探针伸出与土壤接触，检测土壤的水分盐度信息，并通过控制器对数据进行分析处理，直接获取土壤深处的数据信息，替代现有技术中由土壤表面数据推算土壤深处数据的方式，检测结果更加准确，为农业作业提供更加适宜的参考数据。

附图说明

图1为本发明所提供的便携式土壤水分盐度传感器的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的便携式土壤水分盐度传感器的一种具体实施方式中控制器的结构框图。

图中：打孔针1、水分盐度探针2、电机3、电磁铁4、锥形头5、张开机构6、壳体7。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种便携式土壤水分盐度传感器，通过打孔针插入土壤深处，由水分盐度探针检测土壤的水分盐度信息，检测结果更加准确，为农业作业提供更加适宜的参考数据。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的便携式土壤水分盐度传感器的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的便携式土壤水分盐度传感器的一种具体实施方式中控制器的结构框图。

本发明具体实施方式提供一种便携式土壤水分盐度传感器，包括打孔针1、水分盐度探针2、驱动装置和控制器，其中打孔针1内部中空且竖直设置，打孔针1下端设置有开口，水分盐度探针2竖直设置于打孔针1内部，驱动装置能够驱动打孔针1竖直插入土壤，并使水分盐度探针2由打孔针1的下端开口伸出，且控制器用于分析处理水分盐度探针2检测到的土壤水分盐度信息。具体地，水分盐度探针2为实心针型，检测敏感材料位于针型结构的表面，通过485总线连接控制器。

检测过程中将设备放置在土壤上，在驱动装置的辅助下，使打孔针1插入土壤深处，打孔针1与水分盐度探针2同步移动，然后打孔针1内部的水分盐度探针2伸出与土壤接触，检测土壤的水分盐度信息，并通过控制器对数据进行分析处理，直接获取土壤深处的数据信息，替代现有技术中由土壤表面数据推算土壤深处数据的方式，检测结果更加准确，为农业作业提供更加适宜的参考数据。

具体地，驱动装置包括电机3，电机3连接打孔针1上端的螺纹接口，驱动打孔针1绕竖直轴线旋转并进入土壤，通过旋转的方式钻入土壤，具有良好的稳定性，进一步地，还可在打孔针1外周设置螺纹，便于排出土壤即打孔针1的进入。电机3的旋转速度可以由控制器控制，根据土层的硬度调整电机3的旋转速度。也可采用其他进入方式，如驱动打孔针1沿竖直方向往复运动，采用反复锤击的方式进入土壤。

水分盐度探针2上端设置有电磁铁4，吊装于打孔针1内部，初始阶段打孔针1与水分盐度探针2同步伸入土壤，达到预定位置后水分盐度探针2位置固定，然后电磁铁4松开水分盐度探针2，或者打孔针1可以后退一定距离，使水分盐度探针2伸出打孔针1与土壤接触。也可采用其他方式，如设置辅助电机3，辅助电机3的输出端通过传动机构连接水分盐度探针2的上端，达到预定位置后，打孔针1停止，辅助电机3驱动水分盐度探针2竖向向下移动，伸出打孔针1与土壤接触。也可采用其他类型的驱动装置，如液压驱动或气压驱动等，均在本发明的保护范围之内。

在本发明具体实施方式提供的便携式土壤水分盐度传感器中，打孔针1下端开口处设置锥形头5和张开机构6，打孔针1伸入土壤的过程中锥形头5闭合，方便打孔针1的进入，到达预定位置后锥形头5在张开机构6的作用下打开，使水分盐度探针2能够伸出。具体地，锥形头5为相互拼接呈锥形的多个三角形片，如四个三角形片拼接成四棱锥，张开机构6能够驱动多个三角形片张开或闭合。三角形片上设置有磁粉，张开机构6具体为电磁线圈，通过磁性的同性相斥异性相吸原理控制三角形片的开合，进一步地，可以在驱动装置外部设置壳体7，保护内部结构，防止损坏腐蚀，还可以在壳体7上设置散热孔，用于内部电机3散热。为了保证稳定放置，可以在壳体7外部设置有扶手，插入土壤的过程中，通过手持扶手保证打孔针1处于竖直状态。或在壳体7下方设置支架，支撑在待测土壤上方。

为了适应不同的土壤环境，需要检测不同深度土壤情况，因此，可以设置多个不同长度的打孔针1，根据情况选择不同长度的打孔针1并安装在驱动装置下，或更换打孔针1，即已经安装于驱动装置的打孔针1能够被拆下。具体地，打孔针1的厚度在1至20mm，中空的内径为1-20mm，能钻入一定硬度的土中，打孔针1具有不同长度，例如0.05m、0.2m、1m、1.5m等，不同长度的打孔针1与打孔针1的厚度成一定的比例，水分盐度探针2的直径在0.1至2mm之间。

在上述各具体实施方式提供的便携式土壤水分盐度传感器的基础上，控制器包括主控芯片以及连接主控芯片的GPS定位模块和天气信息接收器。GPS定位模块所用的北斗微型定位器，能实时定位设备所在的位置信息，并将位置信息传输到主控芯片，经处理分析发出位置信息进行查找该地的天气预报信息。天气信息接收器是一个天气预报显示模块，用于显示该地的天气信息，并将天气信息传输到中控芯片对，天气信息和检测到水分盐度进行分析处理后，天气预报包括该地的温度、湿度、预降水量进行综合的分析，计算出需要灌溉的水量或是需要排出的水量。

进一步地，控制器还包括连接主控芯片的语音模块、报警模块、显示模块和数据分析模块，语音模块包括语音芯片和音频解码芯片，采用硬解码的方式，保证系统的稳定性和音质，实现语音控制。报警模块包括蜂鸣器，显示模块包括LED显示屏，用于显示设备各参数信息，包括温度、水分、盐度、经纬度、天气预报情况，最适的灌溉量或排水量，设备由自主编码的程序设定水分、盐度参数的范围，一旦超过这个范围，则控制显示模块红屏，同时蜂鸣器响起。数据分析模块指水分盐度探针2将检测的参数信息传输到数据分析模块，数据分析模块将采集的微弱电信号经放大、滤波处理后，再经过数模转化将电信号转化成数字信号，并将该信号传输到显示模块中进行显示。

在本发明具体实施方式提供的便携式土壤水分盐度传感器中，控制器还包括电源模块，电源模块包括蓄电池和外接电源。两种方式为整个系统供电，由于水分盐度探针2及不同模块使用的电压不大相同，在电源模块使用电压转换电路，将220v电压转换变成所需要的电压给整个系统供电。

进一步地，控制器还包括连接主控芯片的传输模块和接收模块，传输模块和接收模块无线连接移动终端。传输模块将检测到并经处理的数字信息传输到移动终端，供移动终端进行显示和操作。接收模块包括信号接收器，用于接收移动终端发出的操作指令。

以上对本发明所提供的便携式土壤水分盐度传感器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种便携式土壤水分盐度传感器，其特征在于，包括中空的打孔针(1)、驱动装置、控制器和安装于所述打孔针(1)内部的水分盐度探针(2)，所述驱动装置用于驱动所述打孔针(1)竖直插入土壤，并使所述水分盐度探针(2)由所述打孔针(1)的下端开口伸出，所述控制器用于分析处理所述水分盐度探针(2)检测到的土壤水分盐度信息。

2.根据权利要求1所述的便携式土壤水分盐度传感器，其特征在于，所述驱动装置包括电机(3)，所述电机(3)连接所述打孔针(1)上端的螺纹接口，驱动所述打孔针(1)绕竖直轴线旋转并进入土壤，所述水分盐度探针(2)上端设置有电磁铁(4)，吊装于所述打孔针(1)内部。

3.根据权利要求2所述的便携式土壤水分盐度传感器，其特征在于，所述打孔针(1)下端设置锥形头(5)和张开机构(6)，所述锥形头(5)包括相互拼接的多个三角形片，所述张开机构(6)能够驱动多个所述三角形片张开或闭合。

4.根据权利要求3所述的便携式土壤水分盐度传感器，其特征在于，所述三角形片上设置有磁粉，所述张开机构(6)具体为电磁线圈，通过磁性控制所述三角形片的开合。

5.根据权利要求1所述的便携式土壤水分盐度传感器，其特征在于，所述驱动装置外部设置有壳体(7)，所述壳体上设置有散热孔。

6.根据权利要求1所述的便携式土壤水分盐度传感器，其特征在于，多个不同长度的所述打孔针(1)可拆卸地安装于所述驱动装置。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的便携式土壤水分盐度传感器，其特征在于，所述控制器包括主控芯片以及连接所述主控芯片的GPS定位模块和天气信息接收器。

8.根据权利要求7所述的便携式土壤水分盐度传感器，其特征在于，所述控制器还包括连接所述主控芯片的语音模块、报警模块、显示模块和数据分析模块，所述语音模块包括语音芯片和音频解码芯片，所述报警模块包括蜂鸣器，所述显示模块包括LED显示屏，所述数据分析模块将所述水分盐度探针(2)采集的电信号转化为数字信号。

9.根据权利要求8所述的便携式土壤水分盐度传感器，其特征在于，所述控制器还包括电源模块，所述电源模块包括蓄电池和外接电源。

10.根据权利要求9所述的便携式土壤水分盐度传感器，其特征在于，所述控制器还包括连接所述主控芯片的传输模块和接收模块，所述传输模块和所述接收模块无线连接移动终端。

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