CN115951033A - 一种土壤墒情实时监测装置及其高精度监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤墒情实时监测装置，包括实施监测的采集杆、用于装载采集杆的监测支架；所述监测支架包括承载台和支腿，所述支腿可拆卸的环形阵列于承载台外壁环内，所述支腿和承载台之间设置有角度调节部；所述承载台内居中位置设置有防护套管，所述采集杆滑动安装于防护套管内，且采集杆顶部传动连接有驱动部；通过GPS定位器设定完成监测位置后，通过监测控制系统，分别控制第三马达和第一马达启动，顺利完成将采集杆带入孔洞的操作，减少人工消耗，通过独立的驱动马达将采集杆释放用于监测，承载台的升降和采集杆的向外部延伸均为独立控制的电气模块，可相互配合作用，也可独立作用，从而更好的完成监测的操作。

Description

一种土壤墒情实时监测装置及其高精度监测方法

技术领域

本发明涉及土壤墒情技术领域，具体涉及一种土壤墒情实时监测装置，尤其涉及一种土壤墒情实时监测装置的高精度监测方法。

背景技术

土壤墒情是水文学、气象学以及农业科学领域中的一个重要指标，是土壤-植物-大气连续体的一个重要因子，对水文、农业、旱情监测等具有非常重要的意义。

在农业种植领域，土壤中的水分，温度，电导率(含盐量)，对种植户来说，是最重要和最常用的数据信息，它是影响农作物生长发育的关键指标。由于区域地形地貌、土壤物理化学特性、气象等因素的差异，致使区域土壤的状态分布不均匀，适时掌握区域土壤状态的动态信息，探明作物生长发育期内土壤水分盈亏，温度高低，电导率(含盐量)高低，以便作出灌溉、施肥决策或排水措施，是否升温或者降温，对于提高农作物管理水平，科学指导抗旱救灾，预防和减轻干旱灾害，保障生活用水、生态用水，实现农业精准化种植具有重要意义。

土壤墒情的实时准确监测是灌区现代化管理的基础，也是灌区实施适时、适量灌溉，节约水资源，提高农业用水效率的关键因素。传统的土壤墒情监测方法是通过设立测站点进行监测，耗费大量的人力、物力、财力，且测点稀疏，以点的墒情代替区域墒情，代表性差，难以满足实时、快速和大范围土壤墒情监测的需要。

经检索，现有技术中，中国专利申请号CN202111600396.X，申请日2021-12-24，公开了一种土壤墒情采集监测装置，存在以下缺陷：

1.无法对采集杆的插入深度进行设定，完全依赖人工操作；

2.缺少探测的角度调节功能，监测范围小。

综上所述，亟需一种有效的土壤墒情实时监测装置，及利用该装置实施的高精度的监测方法。

发明内容

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语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和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种土壤墒情实时监测装置，包括

实施监测的采集杆；

以及用于装载采集杆的监测支架；

所述监测支架包括承载台和支腿，所述支腿可拆卸的环形阵列于承载台外壁环内，所述支腿和承载台之间设置有角度调节部；

所述承载台内居中位置设置有防护套管，所述采集杆滑动安装于防护套管内，且采集杆顶部传动连接有驱动部，采集杆顶部设置有限位杆，所述限位杆和驱动部电信号连接；

所述承载台上表面设置有主控柜，所述角度调节部、驱动部均与主控柜内的控制系统电信连接，本申请中提供的控制系统采用ARM7内核工业级处理芯片。

进一步地，所述角度调节部包括双耳支座和转动安装于双耳支座内的驱动齿轮，所述双耳支座凹槽内固定安装有齿条，所述双耳支座内转动安装有支撑轴，所述支撑轴一端延伸至双耳支座外侧且通过联轴器固定连接有第一马达，所述第一马达通过安装座固定安装于双耳支座一侧。

进一步地，所述承载台内环形等距开设有滑槽，所述滑槽内滑动安装有顶杆，所述顶杆一端固定安装有卡块，所述顶杆通过弹簧弹性连接于滑槽内，所述顶杆一端垂直连接有拨杆，所述双耳支座内开设有卡槽，所述卡块和卡槽间隙配合。

进一步地，所述承载台内开设有用于固定防护套管的安装孔，所述防护套管内转动安装有内螺纹套，所述采集杆顶部连接有螺纹杆，所述内螺纹套和螺纹杆螺纹连接。

进一步地，所述驱动部包括第二马达、第一同步带轮和第二同步带轮，所述第二马达固定安装于承载台上表面，所述第一同步带轮固定安装于第二马达的输出杆端，所述第二同步带轮固定安装于内螺纹套表面，所述第一同步带轮和第二同步带轮传动连接。

进一步地，所述防护套管底端固定安装有固定环，所述固定环内环形等距阵列有钻杆，所述钻杆顶端均传动连接有第三马达，所述固定环内居中位置开设有通孔，所述通孔避免采集杆工作状态的延伸干涉。

进一步地，所述支腿顶部螺纹连接有转动支架，所述转动支架和支撑轴固定连接，所述支腿底部设置有防滑套。

进一步地，所述主控柜外壁均设置有光伏板，所述光伏板通过逆变器电性连接有电源，所述电源用于为控制系统、第一马达、第二马达和第三马达均电性连接。

一种土壤墒情实时监测装置高精度监测方法，包括如下步骤：

S1、在主控柜内设置GPS定位器，对土壤墒情实时监测装置的监测数据准确定位；

S2、通过控制系统内设置的数据传输模块，实时的将采集杆所采集的土壤墒情转换为可读数据，反馈于操作人员的接收设备；

S3、根据控制系统根据使用需求分别控制第一马达、第二马达和第三马达动作，对土壤墒情进行实时监测。

综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：

1.本发明通过设置铰接的自动控制式支腿和底端自动式钻杆结构，两者相互配合，可实现监测位置的自动钻孔操作，人工通过土壤墒情监测的制定方案，通过GPS定位器或者北斗定位器，设定完成监测位置后，通过监测控制系统，分别控制第三马达和第一马达启动，顺利完成将采集杆带入孔洞的操作，无需人工现场插孔挖掘，减少人工消耗；

2.本发明通过设置防护套管，不仅可以连接底部的自动钻孔组件，还可以将采集杆保护于管腔内，待整个防护套管进入监测空洞内部后，通过独立的驱动马达将采集杆释放用于监测，承载台的升降和采集杆的向外部延伸均为独立控制的电气模块，可相互配合作用，也可独立作用，从而更好的完成监测的操作；

3.本发明内的支腿和承载台之间均设置有独立的控制马达，利用齿轮驱动下的翻转作用，改变支腿和承载台之间的夹角，从而改变可采集杆的作用方向，从而解决背景技术中以点的墒情代替区域墒情，代表性差的弊端，整个检测区域，通过支腿的角度调节，由点变为面的监测范围，可实现大范围土壤墒情监测的需要。

附图说明

图1为本发明一种土壤墒情实时监测装置的立体结构示意图；

图2为本发明的主控柜内部立体结构示意图；

图3为本发明的翻转立体结构示意图；

图4为本发明的承载台剖视立体结构示意图；

图5为本发明的实时监测装置的监测系统框图；

图6为本发明的实时监测装置的监测方法流程图。

图中：1、采集杆；101、螺纹杆；2、监测支架；201、承载台；202、支腿；2021、转动支架；203、防护套管；204、内螺纹套；3、角度调节部；301、双耳支座；302、驱动齿轮；303、齿条；304、支撑轴；305、第一马达；4、驱动部；401、第二马达；402、第一同步带轮；403、第二同步带轮；5、主控柜；6、滑槽；7、顶杆；8、卡块；9、弹簧；10、拨杆；11、卡槽；12、固定环；13、钻杆；14、第三马达；15、通孔；16、光伏板；17、限位杆。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1-4所示的一种土壤墒情实时监测装置，包括：

实施监测的采集杆1，所述采集杆1包括管体和设置在管体内部的采集器，采集信息包括环境温度、湿度、风速、风向、气压、土壤温度、土壤湿度传感器、土壤PH、土壤盐分、雨量传感器、总辐射传感器、二氧化碳、日照时数等各种气象要素传感器(可根据需求选配)观测数据具有高稳定性。

所述承载台上表面设置有主控柜5，所述角度调节部3、驱动部4均与主控柜5内的控制系统电信连接，本申请中提供的控制系统采用ARM7内核工业级处理芯片。

以及用于装载采集杆1的监测支架2，所述监测支架2包括承载台201和支腿202，所述支腿202可拆卸的环形阵列于承载台201外壁环内，所述支腿202和承载台201之间设置有角度调节部3，所述角度调节部3包括双耳支座301和转动安装于双耳支座301内的驱动齿轮302，所述双耳支座301凹槽内固定安装有齿条303，所述双耳支座301内转动安装有支撑轴304，所述支撑轴304一端延伸至双耳支座301外侧且通过联轴器固定连接有第一马达305，所述第一马达305通过安装座固定安装于双耳支座301一侧，用于承载采集杆1的支腿202和承载台201的连接位置采用铰接结构，不仅限于简单的铰接结构，通过带有制动功能的第一马达305带动驱动齿轮302旋转，利用双耳支座301凹槽内设置的齿条303驱使驱动齿轮302翻转，从而调节每一组支腿202和承载台201之间的夹角，从而使得采集杆1的指向产生不同角度的改变，从而增加采集范围。

所述承载台201内居中位置设置有防护套管203，所述承载台201内开设有用于固定防护套管203的安装孔，所述防护套管203内转动安装有内螺纹套204，所述采集杆1顶部连接有螺纹杆101，所述内螺纹套204和螺纹杆101螺纹连接，所述采集杆1滑动安装于防护套管203内，且采集杆1顶部传动连接有驱动部4，所述驱动部4包括第二马达401、第一同步带轮402和第二同步带轮403，所述第二马达401固定安装于承载台201上表面，所述第一同步带轮402固定安装于第二马达401的输出杆端，所述第二同步带轮403固定安装于内螺纹套204表面，所述第一同步带轮402和第二同步带轮403传动连接，本实施例中，设置独立的驱动部4，对采集杆1的伸缩长度进行控制，根据使用需要，通过控制系统对其进行设定，可自动调节，减少人工消耗，第二马达401动作，旋动内螺纹套204，驱动采集杆1顶部的螺杆101带动采集杆1延防护套管203移动，整个采集杆在采集操作之前均设置于防护套管203内，无论是安装或者运输过程中均可收到保护，减少外部影响产生的损伤。

螺纹杆101顶部设置有限位杆17，所述限位杆17底端设置有微动开关，所述微动开关和第二马达401电信号连接，使用时，将微动开关检测端调整至需要的距离，当螺纹杆101下移至设定位置，微动开关检测端触碰到第二同步带轮403上表面，从而控制第二马达401制动，停止工作，实现插入深度的自动控制。

本实施例中，设置一套自动钻孔组件，包括所述防护套管203底端固定安装有固定环12，所述固定环12内环形等距阵列有钻杆13，所述钻杆13顶端均传动连接有第三马达14，所述固定环12内居中位置开设有通孔15，所述通孔15避免采集杆1工作状态的延伸干涉；启动第三马达14带动的钻杆13，且钻杆13通过固定环12环形阵列于装置内，启动第三马达14带动钻杆13实现自动打孔处理，同步的启动第一马达305，驱使四组支腿202以支撑轴304的中心线为基准旋转，从而完成自动钻孔操作。

在具体实施时，所述支腿202顶部螺纹连接有转动支架2021，所述转动支架2021和支撑轴304固定连接，所述支腿202底部设置有防滑套，至少设置四组支腿202，稳定于土壤操作环境中，保证整个装置的稳定性。

所述主控柜5外壁均设置有光伏板16，所述光伏板16通过逆变器电性连接有电源，本装置的主控柜5内设置有太阳能控制器，光伏板16发电，通过太阳能控制器，将发的电储存到电池里；再用逆变器，将电池逆变成220v进行电力供给，供应于电源，所述电源用于为控制系统、第一马达305、第二马达401和第三马达14均电性连接，整个装置的电力功能系统均通过光伏板16提供，节能环保，且减少人工供电的复杂操作，无需更换供电电池(源)。

所述承载台201内环形等距开设有滑槽6，所述滑槽6内滑动安装有顶杆7，所述顶杆7一端固定安装有卡块8，所述顶杆7通过弹簧9弹性连接于滑槽6内，所述顶杆7一端垂直连接有拨杆10，所述双耳支座301内开设有卡槽11，所述卡块8和卡槽11间隙配合，在承载台201内设置一套快速拆装支腿的机械结构，安装时，只需将双耳支座301和卡块8扣合即可完成安装，拆卸时，利用拨杆10向外推动，即可快速拔出双耳支座301，从而拆除整个支腿202。

如图5-6所示，本发明还提供一种土壤墒情实时监测装置高精度监测方法，包括如下步骤：

S1、在主控柜5内设置GPS定位器或者北斗定位器，对土壤墒情实时监测装置的监测数据准确定位；

S2、通过控制系统内设置的数据传输模块，实时的将采集杆1所采集的土壤墒情转换为可读数据，反馈于操作人员的接收设备；

S3、根据控制系统根据使用需求分别控制第一马达305、第二马达401和第三马达14动作，对土壤墒情进行实时监测。

主控柜5的监测控制系统，界面地图可通过操作人员的接收设备，可直观的查看和查询设备实时监测的数据、历史数据、单位、预警上限、预警下限、状态等多项内容，并且能够对上限、下限参数进行设置，以及查看报警记录等。能够快速将选定的数据列表以EXCLE表格文件的形式导出。平台可以同时绑定多个监测站设备。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (9)

1.一种土壤墒情实时监测装置，其特征在于：包括

实施监测的采集杆；

以及用于装载采集杆的监测支架；

所述监测支架包括承载台和支腿，所述支腿可拆卸的环形阵列于承载台外壁环内，所述支腿和承载台之间设置有角度调节部；

所述承载台内居中位置设置有防护套管，所述采集杆滑动安装于防护套管内，且采集杆顶部传动连接有驱动部，采集杆顶部设置有限位杆，所述限位杆和驱动部电信号连接；

所述承载台上表面设置有主控柜，所述角度调节部、驱动部均与主控柜内的控制系统电信连接。

2.根据权利要求1所述的一种土壤墒情实时监测装置，其特征在于：所述角度调节部包括双耳支座和转动安装于双耳支座内的驱动齿轮，所述双耳支座凹槽内固定安装有齿条，所述双耳支座内转动安装有支撑轴，所述支撑轴一端延伸至双耳支座外侧且通过联轴器固定连接有第一马达，所述第一马达通过安装座固定安装于双耳支座一侧。

3.根据权利要求2所述的一种土壤墒情实时监测装置，其特征在于：所述承载台内环形等距开设有滑槽，所述滑槽内滑动安装有顶杆，所述顶杆一端固定安装有卡块，所述顶杆通过弹簧弹性连接于滑槽内，所述顶杆一端垂直连接有拨杆，所述双耳支座内开设有卡槽，所述卡块和卡槽间隙配合。

4.根据权利要求1所述的一种土壤墒情实时监测装置，其特征在于：所述承载台内开设有用于固定防护套管的安装孔，所述防护套管内转动安装有内螺纹套，所述采集杆顶部连接有螺纹杆，所述内螺纹套和螺纹杆螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的一种土壤墒情实时监测装置，其特征在于：所述驱动部包括第二马达、第一同步带轮和第二同步带轮，所述第二马达固定安装于承载台上表面，所述第一同步带轮固定安装于第二马达的输出杆端，所述第二同步带轮固定安装于内螺纹套表面，所述第一同步带轮和第二同步带轮传动连接。

6.根据权利要求1所述的一种土壤墒情实时监测装置，其特征在于：所述防护套管底端固定安装有固定环，所述固定环内环形等距阵列有钻杆，所述钻杆顶端均传动连接有第三马达，所述固定环内居中位置开设有通孔，所述通孔避免采集杆工作状态的延伸干涉。

7.根据权利要求2所述的一种土壤墒情实时监测装置，其特征在于：所述支腿顶部螺纹连接有转动支架，所述转动支架和支撑轴固定连接，所述支腿底部设置有防滑套。

8.根据权利要求1所述的一种土壤墒情实时监测装置，其特征在于：所述主控柜外壁均设置有光伏板，所述光伏板通过逆变器电性连接有电源，所述电源用于为控制系统、第一马达、第二马达和第三马达均电性连接。

9.一种根据权利要求1-8所述的土壤墒情实时监测装置高精度监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、在主控柜内设置GPS定位器，对土壤墒情实时监测装置的监测数据准确定位；

S2、通过控制系统内设置的数据传输模块，实时的将采集杆所采集的土壤墒情转换为可读数据，反馈于操作人员的接收设备；

S3、根据控制系统根据使用需求分别控制第一马达、第二马达和第三马达动作，对土壤墒情进行实时监测。

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