CN116660498A - 一种基于物联网的土壤监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的土壤监测装置，包括底板；所述底板的顶部嵌入安装有保护框，所述保护框的前端设置有控制单元，所述保护框的顶部四角相对设置有滚轮。通过设置了冲击钻孔机构，斜齿轮二驱动钻头同步转动，同时钻头又在活动座的驱使下，在斜齿轮二内进行滑动，从而使钻头上下移动的同时能够进行转动，从而对土壤进行冲击打孔，将土壤中的石块进行破碎，并且探头模组位于钻头内部，方便进行保护，确认孔槽底部没有石块存在后，电动推杆带动推块往下端移动，使连杆带动夹嘴进行张开，探头模组往下端移动，伸入土壤内，能够有效的对探头模组进行保护。
Description
技术领域
本发明涉及土壤监测技术领域，具体为一种基于物联网的土壤监测装置。
背景技术
土壤水分作为陆地生态系统水循环的重要组成，是植物生长发育的基本条件，也是研究植物水分胁迫、进行旱情监测、农作物估产等的重要指标。可见土壤水分在生物地球化学研究中有着非常重要的意义。
专利号为：CN214539596U的专利公开一种基于物联网的土壤墒情监测装置，在使用时将安装套筒插入到土壤中，之后驱动伸缩杆伸出带动滑杆向下运动，当滑杆的下端经过检测通孔时，在复位弹簧的作用下使安装块发生旋转，安装块安装有检测探头的一端从检测通孔探出对土壤内部含水量进行检测；
专利号为：CN115047169A的专利公开一种基于物联网的土壤监测系统，包括监测基座和远程监控终端，所述监测基座用于监测土壤内的应力信息，所述远程监控终端用于接收并存储监测基座所监测的信号；所述监测基座包括底座、驱动部和土壤插入杆；所述土壤插入杆在远离所述驱动部一端搭载有用于监测土壤信息的土壤监测单元；所述监测基座还包括用于控制驱动部开启或关闭的微型处理器，在实际使用中，在监测基座安装固定完毕之后，土壤插入杆上搭载的土壤监测单元可以实时该处土壤层的土壤信息，并通过远程监控终端展示出来，以便工作人员进行管理；在本装置使用一定时长后，由于外界环境以及土壤环境的变化，当土壤监测单元检测到土壤插入杆受到的压力变小之后，微型处理器经过处理该信号之后，控制驱动部启动工作，从而让土壤插入杆进一步插入到土壤层内部。
但是在监测探头伸入土壤内部时，当土壤内部有石块或者坚硬物体时，容易出现监测探头碰撞损坏的现象，尤其时在岩石层较多的区域内，如果借助外部设备提前打孔的操作，需要携带有打孔设备，同时打孔设备也需要专业的人员进行操作，使用不便，不利于土壤监测装置的移动换位，且也不便于监测探头伸入于土壤内。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于物联网的土壤监测装置，解决了上述所提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于物联网的土壤监测装置，包括底板；
所述底板的顶部嵌入安装有保护框，所述保护框的前端设置有控制单元，所述保护框的顶部四角相对设置有滚轮，所述控制单元的内部设置有控制冲击钻孔机构开启或关闭的微型处理器和用于与远程监控终端无线连接的无线模块，所述微型处理器可采用型号为：MSP430的微型处理器，所述无线模块可以为SKW103系列，具体型号根据实际使用进行定制，在此不作限定，所述远程监控终端可以采用pc、平板电脑或智能手机；
所述底板的顶部四角均设置有导向座，四组所述导向座上均贯穿有插杆，所述插杆两两构成一组，所述插杆的顶部与连接板相固定，所述连接板的中部与螺纹杆螺纹传动，且螺纹杆的底部与底板活动连接；
所述保护框的后端设置有调节机构，所述保护框的顶部设置有太阳能电池板，且太阳能电池板呈倾斜状放置，所述保护框的内部设置有储能电池，所述调节机构的底部安装有冲击钻孔机构，所述太阳能电池板采用逆变器与储能电池电连接，储能电池为控制单元提供电源；
所述调节机构包括固定板一、螺杆、旋钮、移动板、固定板二、导向杆、连接块，所述螺杆与固定板一和固定板二的右端活动连接，且螺杆的顶部设置有旋钮，所述移动板的右端与螺杆螺纹配合，且移动板沿着导向杆的竖直端滑动，所述连接块的顶部与移动板固定连接，所述连接块的底部连接有冲击钻孔机构。
优选的，所述固定板一的尺寸与和固定板二的尺寸相同，且相互平行设置，均固定于保护框的后端，所述导向杆将固定板一和固定板二串接在一起。
优选的，所述冲击钻孔机构包括保护罩、伺服电机、斜齿轮一、连接轴、摆动臂、活动座、斜齿轮二、钻头结构、斜齿轮三、斜齿轮四、斜齿轮五，所述保护罩与保护框的内部后端滑动配合，所述保护罩与伺服电机的右端固定连接，所述伺服电机采用连接轴与斜齿轮一的中部传动连接，所述连接轴的左端与摆动臂活动连接，摆动臂的底部嵌入于活动座的顶部，且与活动座的顶部内侧活动连接，所述斜齿轮二与斜齿轮三的左端啮合传动，所述斜齿轮四随着斜齿轮三的右端输出轴同步转动。
优选的，所述活动座随着斜齿轮二的中部同步转动，且斜齿轮二与钻头结构的竖直端滑动配合，所述活动座与钻头结构为一体化结构。
优选的，所述斜齿轮五的上下两侧错位设置有斜齿轮一和斜齿轮四，且斜齿轮五分别与斜齿轮一的底部啮合传动和斜齿轮四的顶部啮合传动。
优选的，所述钻头结构的底部贯穿于保护罩的底部，且钻头结构贯穿于保护框的底部左端。
优选的，所述连接轴与摆动臂为偏向运动，连接轴和摆动臂的中心线处于同一水平方向上。
优选的，所述钻头结构包括钻头、锂电池、电动推杆、推块、连杆、夹嘴、探头模组，所述钻头安装于活动座的底部，所述钻头的内部上端设置有锂电池，所述电动推杆固定于钻头的内部上端，且电动推杆与推块的顶部相固定，所述夹嘴与连杆的底部转动连接，且夹嘴的左上端与钻头活动连接，所述推块的底部设置有探头模组，所述探头模组包括温度传感器、GPS定位单元、湿度传感器、土壤酸碱度传感器和重金属电化学传感器中的一种或多种，温度传感器、GPS定位单元、湿度传感器、土壤酸碱度传感器和重金属电化学传感器能够充分获悉监测处的土壤信息，从而让远端工作人员能对该处土壤信息有充分、客观的认识。
优选的，所述连杆共设置有两组，沿推块的底部左右两侧相对设置，且均与推块的底部活动连接，两组所述连杆的底部搭配设置有夹嘴，在夹嘴闭合时，能够对探头模组进行保护，所述电动推杆为小型的电动推杆，具体型号根据实际使用进行定制，在此不作限定。
优选的，两组所述夹嘴闭合呈圆锥结构，便于对石块进行撞击破碎，所述钻头的表面设置有螺旋凸起，便于进行钻孔。
本发明提供了一种基于物联网的土壤监测装置。具备以下有益效果：通过设置了冲击钻孔机构，斜齿轮二驱动钻头同步转动，同时钻头又在活动座的驱使下，在斜齿轮二内进行滑动，从而使钻头上下移动的同时能够进行转动，从而对土壤进行冲击打孔，将土壤中的石块进行破碎，并且探头模组位于钻头内部，方便进行保护，确认孔槽底部没有石块存在后，电动推杆带动推块往下端移动，使连杆带动夹嘴进行张开，探头模组往下端移动，伸入土壤内，能够有效的对探头模组进行保护，同时该结构紧凑，操作简单，在打孔的同时将探头模组嵌入于土壤内，操作方便快捷，且方便进行移动，改变监测的位置。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明剖面结构示意图；
图3为本发明调节机构剖面结构示意图；
图4为本发明调节机构立体结构示意图；
图5为本发明定位结构结构示意图；
图6为本发明冲击钻孔机构剖面结构示意图；
图7为本发明冲击钻孔机构内部结构示意图；
图8为本发明冲击钻孔机构局部立体结构示意图；
图9为本发明钻头结构剖面结构示意图；
图10为本发明钻头结构局部立体结构示意图。
图中：底板-1、保护框-2、控制单元-3、滚轮-4、导向座-5、插杆-6、连接板-7、螺纹杆-8、调节机构-9、太阳能电池板-10、储能电池-11、冲击钻孔机构-12、固定板一-91、螺杆-92、旋钮-93、移动板-94、固定板二-95、导向杆-96、连接块-97、限位机构-98、辅助环-981、螺栓-982、定位螺栓-983、保护罩-121、伺服电机-122、斜齿轮一-123、连接轴-124、摆动臂-125、活动座-126、斜齿轮二-127、钻头结构-128、斜齿轮三-129、斜齿轮四-1210、斜齿轮五-1211、钻头-1281、锂电池-1282、电动推杆-1283、推块-1284、连杆-1285、夹嘴-1286、探头模组-1287。
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。
实施例一：
请参阅图1-图2，本发明提供一种基于物联网的土壤监测装置技术方案：一种基于物联网的土壤监测装置，包括底板1；底板1的顶部嵌入安装有保护框2，保护框2的前端设置有控制单元3，保护框2的顶部四角相对设置有滚轮4，控制单元3的内部设置有控制冲击钻孔机构12开启或关闭的微型处理器和用于与远程监控终端无线连接的无线模块，微型处理器可采用型号为：MSP430的微型处理器，无线模块可以为SKW103系列，具体型号根据实际使用进行定制，在此不作限定，远程监控终端可以采用pc、平板电脑或智能手机；进一步的，底板1的顶部四角均设置有导向座5，四组导向座5上均贯穿有插杆6，插杆6两两构成一组，插杆6的顶部与连接板7相固定，连接板7的中部与螺纹杆8螺纹传动，且螺纹杆8的底部与底板1活动连接；保护框2的后端设置有调节机构9，保护框2的顶部设置有太阳能电池板10，且太阳能电池板10呈倾斜状放置，保护框2的内部设置有储能电池11，调节机构9的底部安装有冲击钻孔机构12，太阳能电池板10采用逆变器与储能电池11电连接，储能电池11为控制单元3提供电源。
请参阅图3-图4，本发明提供一种基于物联网的土壤监测装置技术方案：一种基于物联网的土壤监测装置，调节机构9包括固定板一91、螺杆92、旋钮93、移动板94、固定板二95、导向杆96、连接块97，螺杆92与固定板一91和固定板二95的右端活动连接，且螺杆92的顶部设置有旋钮93，移动板94的右端与螺杆92螺纹配合，且移动板94沿着导向杆96的竖直端滑动，连接块97的顶部与移动板94固定连接，连接块97的底部连接有冲击钻孔机构12，固定板一91的尺寸与和固定板二95的尺寸相同，且相互平行设置，均固定于保护框2的后端，导向杆96将固定板一91和固定板二95串接在一起。
请参阅图6-图8，本发明提供一种基于物联网的土壤监测装置技术方案：一种基于物联网的土壤监测装置，冲击钻孔机构12包括保护罩121、伺服电机122、斜齿轮一123、连接轴124、摆动臂125、活动座126、斜齿轮二127、钻头结构128、斜齿轮三129、斜齿轮四1210、斜齿轮五1211，保护罩121与保护框2的内部后端滑动配合，保护罩121与伺服电机122的右端固定连接，伺服电机122采用连接轴124与斜齿轮一123的中部传动连接，连接轴124的左端与摆动臂125活动连接，摆动臂125的底部嵌入于活动座126的顶部，且与活动座126的顶部内侧活动连接，斜齿轮二127与斜齿轮三129的左端啮合传动，斜齿轮四1210随着斜齿轮三129的右端输出轴同步转动，活动座126随着斜齿轮二127的中部同步转动，且斜齿轮二127与钻头结构128的竖直端滑动配合，活动座126与钻头结构128为一体化结构，斜齿轮五1211的上下两侧错位设置有斜齿轮一123和斜齿轮四1210，且斜齿轮五1211分别与斜齿轮一123的底部啮合传动和斜齿轮四1210的顶部啮合传动，钻头结构128的底部贯穿于保护罩121的底部，且钻头结构128贯穿于保护框2的底部左端，连接轴124与摆动臂125为偏向运动，连接轴124和摆动臂125的中心线处于同一水平方向上，斜齿轮二127与保护罩121的内部活动连接。
请参阅图9-图10，本发明提供一种基于物联网的土壤监测装置技术方案：一种基于物联网的土壤监测装置，钻头结构128包括钻头1281、锂电池1282、电动推杆1283、推块1284、连杆1285、夹嘴1286、探头模组1287，钻头1281安装于活动座126的底部，钻头1281的内部上端设置有锂电池1282，电动推杆1283固定于钻头1281的内部上端，且电动推杆1283与推块1284的顶部相固定，夹嘴1286与连杆1285的底部转动连接，且夹嘴1286的左上端与钻头1281活动连接，推块1284的底部设置有探头模组1287，探头模组1287包括温度传感器、GPS定位单元、湿度传感器、土壤酸碱度传感器和重金属电化学传感器中的一种或多种，温度传感器、GPS定位单元、湿度传感器、土壤酸碱度传感器和重金属电化学传感器能够充分获悉监测处的土壤信息，从而让远端工作人员能对该处土壤信息有充分、客观的认识，连杆1285共设置有两组，沿推块1284的底部左右两侧相对设置，且均与推块1284的底部活动连接，两组连杆1285的底部搭配设置有夹嘴1286，在夹嘴1286闭合时，能够对探头模组1287进行保护，电动推杆1283为小型的电动推杆，具体型号根据实际使用进行定制，在此不作限定，两组夹嘴1286闭合呈圆锥结构，便于对石块进行撞击破碎，钻头1281的表面设置有螺旋凸起，便于进行钻孔。
实施例二：
请参阅图5，本发明提供一种基于物联网的土壤监测装置技术方案：一种基于物联网的土壤监测装置，固定板一91的顶部设置有限位机构98，限位机构98包括辅助环981、螺栓982、定位螺栓983，辅助环981采用螺栓982与固定板一91的顶部相锁紧定，定位螺栓983共设置有两组，沿辅助环981的后端左右两侧相对设置，定位螺栓983与辅助环981螺纹传动，与旋钮93的底部内侧相顶撑，通过旋入定位螺栓983，实现对旋钮93的限位，防止旋钮93被误触，从而产生转动，辅助环981的后端为半圆弧结构，旋钮93的底部与辅助环981活动连接，使得旋钮93能够平稳进行转动；且钻头1281的左上端可以设置有侧门，便于对锂电池1282、电动推杆1283、探头模组1287等零部件进行更换或者维修。
在使用时，通过移动该装置，使滚轮4进行转动，从而将土壤监测装置移动至需要监测的土壤上，接下来即可顺时针转动螺纹杆8，使螺纹杆8与连接板7螺纹传动，带动连接板7往下端移动，推动插杆6嵌入于土壤内，从而对该装置进行定位防止监测时位移：
同时通过太阳能电池板10能够将光能转化为电能，通过逆变器处理后，通过储能电池11进行储存，对冲击钻孔机构12提供电源；
移动至合适的位置后，启动冲击钻孔机构12，伺服电机122通过连接轴124带动斜齿轮一123进行转动，连接轴124通过摆动臂125带动活动座126在保护罩121内上下往复移动，同时斜齿轮一123通过斜齿轮五1211带动斜齿轮四1210进行转动，斜齿轮四1210通过斜齿轮三129带动斜齿轮二127同步转动，使得斜齿轮二127驱动钻头1281同步转动，同时钻头1281又在活动座126的驱使下，在斜齿轮二127内进行滑动，从而使钻头1281上下移动的同时能够进行转动，从而对土壤进行冲击打孔，将土壤中的石块进行破碎，并且探头模组1287位于钻头1281内部，能够有效的对探头模组1287进行保护；
同时顺时针转动螺杆92，使螺杆92在移动板94内螺纹传动，带动移动板94往导向杆96竖直端往下移动，使连接块97带动冲击钻孔机构12往下端移动，调节钻孔的深度；
钻孔完毕后，停止伺服电机122的运行，确认孔槽底部没有石块存在后，随后电动推杆1283带动推块1284往下端移动，使连杆1285带动夹嘴1286进行张开，在推块1284下移的同时，带动探头模组1287往下端移动，伸入土壤内，探头模组1287包括温度传感器、GPS定位单元、湿度传感器、土壤酸碱度传感器和重金属电化学传感器中的一种或多种，温度传感器、GPS定位单元、湿度传感器、土壤酸碱度传感器和重金属电化学传感器能够充分获悉监测处的土壤信息；随后通过控制单元3内的微处理器对数据进行处理，然后通过无线模块将采集的数据传输至远程控制端，实现物联网的传输，从而让远端工作人员能对该处土壤信息有充分、客观的认识。
本发明的控制方式是通过人工启动和关闭开关来控制，动力元件的接线图与电源的提供属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和接线布置。
本发明的控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，电源的提供也属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和电路连接。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于物联网的土壤监测装置，其特征在于：包括底板（1）；
所述底板（1）的顶部嵌入安装有保护框（2），所述保护框（2）的前端设置有控制单元（3），所述保护框（2）的顶部四角相对设置有滚轮（4）；
所述底板（1）的顶部四角均设置有导向座（5），四组所述导向座（5）上均贯穿有插杆（6），所述插杆（6）两两构成一组，所述插杆（6）的顶部与连接板（7）相固定，所述连接板（7）的中部与螺纹杆（8）螺纹传动，且螺纹杆（8）的底部与底板（1）活动连接；
所述保护框（2）的后端设置有调节机构（9），所述保护框（2）的顶部设置有太阳能电池板（10），且太阳能电池板（10）呈倾斜状放置，所述保护框（2）的内部设置有储能电池（11），所述调节机构（9）的底部安装有冲击钻孔机构（12）；
所述调节机构（9）包括固定板一（91）、螺杆（92）、旋钮（93）、移动板（94）、固定板二（95）、导向杆（96）、连接块（97），所述螺杆（92）与固定板一（91）和固定板二（95）的右端活动连接，且螺杆（92）的顶部设置有旋钮（93），所述移动板（94）的右端与螺杆（92）螺纹配合，且移动板（94）沿着导向杆（96）的竖直端滑动，所述连接块（97）的顶部与移动板（94）固定连接，所述连接块（97）的底部连接有冲击钻孔机构（12）。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的土壤监测装置，其特征在于：所述固定板一（91）的尺寸与和固定板二（95）的尺寸相同，且相互平行设置，均固定于保护框（2）的后端，所述导向杆（96）将固定板一（91）和固定板二（95）串接在一起。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的土壤监测装置，其特征在于：所述冲击钻孔机构（12）包括保护罩（121）、伺服电机（122）、斜齿轮一（123）、连接轴（124）、摆动臂（125）、活动座（126）、斜齿轮二（127）、钻头结构（128）、斜齿轮三（129）、斜齿轮四（1210）、斜齿轮五（1211），所述保护罩（121）与保护框（2）的内部后端滑动配合，所述保护罩（121）与伺服电机（122）的右端固定连接，所述伺服电机（122）采用连接轴（124）与斜齿轮一（123）的中部传动连接，所述连接轴（124）的左端与摆动臂（125）活动连接，摆动臂（125）的底部嵌入于活动座（126）的顶部，且与活动座（126）的顶部内侧活动连接，所述斜齿轮二（127）与斜齿轮三（129）的左端啮合传动，所述斜齿轮四（1210）随着斜齿轮三（129）的右端输出轴同步转动。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的土壤监测装置，其特征在于：所述活动座（126）随着斜齿轮二（127）的中部同步转动，且斜齿轮二（127）与钻头结构（128）的竖直端滑动配合，所述活动座（126）与钻头结构（128）为一体化结构。
5.根据权利要求3所述的一种基于物联网的土壤监测装置，其特征在于：所述斜齿轮五（1211）的上下两侧错位设置有斜齿轮一（123）和斜齿轮四（1210），且斜齿轮五（1211）分别与斜齿轮一（123）的底部啮合传动和斜齿轮四（1210）的顶部啮合传动。
6.根据权利要求3所述的一种基于物联网的土壤监测装置，其特征在于：所述钻头结构（128）的底部贯穿于保护罩（121）的底部，且钻头结构（128）贯穿于保护框（2）的底部左端。
7.根据权利要求3所述的一种基于物联网的土壤监测装置，其特征在于：所述连接轴（124）与摆动臂（125）为偏向运动，连接轴（124）和摆动臂（125）的中心线处于同一水平方向上。
8.根据权利要求3所述的一种基于物联网的土壤监测装置，其特征在于：所述钻头结构（128）包括钻头（1281）、锂电池（1282）、电动推杆（1283）、推块（1284）、连杆（1285）、夹嘴（1286）、探头模组（1287），所述钻头（1281）安装于活动座（126）的底部，所述钻头（1281）的内部上端设置有锂电池（1282），所述电动推杆（1283）固定于钻头（1281）的内部上端，且电动推杆（1283）与推块（1284）的顶部相固定，所述夹嘴（1286）与连杆（1285）的底部转动连接，且夹嘴（1286）的左上端与钻头（1281）活动连接，所述推块（1284）的底部设置有探头模组（1287）。
9.根据权利要求8所述的一种基于物联网的土壤监测装置，其特征在于：所述连杆（1285）共设置有两组，沿推块（1284）的底部左右两侧相对设置，且均与推块（1284）的底部活动连接，两组所述连杆（1285）的底部搭配设置有夹嘴（1286）。
10.根据权利要求8所述的一种基于物联网的土壤监测装置，其特征在于：两组所述夹嘴（1286）闭合呈圆锥结构，所述钻头（1281）的表面设置有螺旋凸起。
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