CN202648697U - 基站式土壤墒情远程实时监测系统 - Google Patents

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赵燕东
聂铭君
刘圣波
刘贺
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Abstract

本实用新型基站式土壤墒情远程实时监测系统，包括若干监测基站和一个数据中心。监测基站包括土壤温度传感器、土壤水分传感器、数据采集控制器、第二GPRS无线通讯模块和太阳能充电供电模块。土壤温度传感器和土壤水分传感器分别与数据采集控制器相连。数据采集控制器采集土壤温度传感器和土壤水分传感器的测量数据，通过第二GPRS数据传输模块、英特网和第一GPRS数据传输模块传输至数据中心。其优点是：同时测量土壤的温度和水分，土壤水分传感器分层埋放，同时检测和控制多层土壤的水分，防止过量灌溉，节水效果明显。用户可通过互联网随时随地查询数据，也可根据设定阈值结合采集数据判断是否给指定用户发送报警短信，快速便捷，实用可靠。

Description

基站式土壤墒情远程实时监测系统
技术领域
本实用新型涉及涉及检测和控制系统，特别涉及一种基站式土壤墒情远程实时监测系统。
背景技术
近几十年来，水资源的紧张情况仍在加剧，已成为世界许多国家政府的燃眉之急，我国更是首当其冲。随着经济的飞速发展，北部地区在农、林、园林绿化灌溉等方面的耗水量持续加大，水资源供需矛盾越发突出，节约用水从而降低生产成本、提高产量成为现代农林业科技革命的发展潮流。土壤墒情的监测又是节水灌溉的基础和关键技术。如何提供某一地区某一区域的土壤墒情常年监测的详实数据，从而对灌溉策略的提出和实施提供依据，目前还是一个重要的课题，有待研究。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种防止过量灌溉，节水效果好，可以常年实时测量不同地区不同区域的土壤温度、水分等土壤墒情数据，为该区域的节水灌溉策略的提出和实施提供参考依据的实时监测系统。
为达到上述目的，本实用基站式土壤墒情远程实时监测系统，包括若干土壤水分传感器和土壤温度传感器，还包括若干监测基站和一个数据中心，其中，监测基站包括数据采集控制器和与其分别相连的第二GPRS无线通讯模块构和太阳能充电供电模块，监测基站由太阳能充电供电模块供电，土壤温度传感器和土壤水分传感器分别与数据采集控制器相连，数据采集控制器通过第二GPRS数据传输模块接入英特网；数据中心包括网络服务器和与其相连的第一GPRS数据传输模块，网络服务器通过第一GPRS数据传输模块接入英特网；数据采集控制器采集土壤温度传感器和土壤水分传感器的测量数据，通过第二GPRS数据传输模块、英特网和第一GPRS数据传输模块传输至数据中心。
本实用新型基站式土壤墒情远程实时监测系统，其中每个监测基站包括所述土壤水分传感器3个，土壤温度传感器1个，第一土壤水分传感器与地表的距离为10cm-15cm，第二土壤水分传感器与地表的距离为20cm-25cm，第三土壤水分传感器与地表的距离为35cm-40cm，土壤温度传感器与地表的距离为20cm-25cm。
本实用新型基站式土壤墒情远程实时监测系统，其中所述数据采集控制器采用型号为ATmega128的芯片构成。
本实用新型基站式土壤墒情远程实时监测系统的优点是：由于同时测量土壤的温度和水分，土壤水分传感器分层竖直排列，水平埋放，同时检测和控制多层土壤的水分，可以有效检测地表下30cm范围内土壤温度和水分的变化情况，将上层土壤的含水量控制在设定的范围内，保持中层土壤含水量稳定，从而达到灌溉水被植物根系有效吸收而不下渗的目的，防止过量灌溉，节水效果明显。用户可通过互联网随时随地查询数据，也可根据设定阈值结合采集数据判断是否给指定用户发送报警短信，快速便捷，实用可靠。系统可以常年实时测量不同地区不同区域的土壤温度、水分等土壤墒情数据，为该区域的节水灌溉策略的提出和实施提供参考依据。
下面将结合实施例参照附图进行详细说明，以对本实用新型的目的、特征和优点有深入的理解。
附图说明
图1为本实用新型基站式土壤墒情远程实时监测系统的方框图；
图2为传感器埋设示意图；
图3为数据采集控制器的电路原理图；
图4为太阳能充电供电模块的电路原理图。
具体实施方式
下面以实施例对技术方案做详细说明。
参照图1，本实用新型基站式土壤墒情远程实时监测系统，包括若干监测基站2和一个数据中心1。
其中，监测基站2包括土壤温度传感器22、土壤水分传感器23、数据采集控制器21和与其分别相连的第二GPRS无线通讯模块24和太阳能充电供电模块25。监测基站2由太阳能充电供电模块25供电。土壤温度传感器22和土壤水分传感器23分别与数据采集控制器21相连，数据采集控制器21通过第二GPRS数据传输模块24接入英特网。数据中心1包括网络服务器11和与其相连的第一GPRS数据传输模块12。网络服务器11经RS-232接口通过第一GPRS数据传输模块12接入英特网。数据采集控制器21采集土壤温度传感器22和土壤水分传感器23的测量数据，通过第二GPRS数据传输模块24、英特网和第一GPRS数据传输模块12传输至数据中心1。
在本实用新型基站式土壤墒情远程实时监测系统的实施例中，参照图2，其中每个监测基站2包括3个土壤水分传感器23和1个土壤温度传感器22，水平埋放。第一土壤水分传感器221与地表的距离h1为10cm-15cm，第二土壤水分传感器222与地表的距离h1+h2为20cm-25cm，第三土壤水分传感器223与地表的距离h1+h2+h3为35cm-40cm，土壤温度传感器22与地表的距离h4为20cm-25cm。此处土壤水分传感器埋设距离为一般值，应根据监测基站所监测区域作物或植被的不同来具体设定。以草坪为例，因为草坪的根系较浅，因此地表以下10cm内上层土壤的含水量是系统的控制对象，在10cm处安装土壤水分传感器监测其水分变化。在15cm和25cm处安装的传感器用于监测地表以下15cm至20cm的中层和距地表20cm以下的下层土壤的水分变化情况，以监测灌溉水的下渗和地下水的向上补给情况。
参照图3，数据采集控制器采用型号为ATmega128的芯片构成。数据采集控制器内部设置时钟模块和存储模块。参照图4，太阳能充电供电模块包含太阳能电池充电控制板、太阳能板、铅酸电池三大部分。上述电路为技术，故不作详细说明。
下面说明本实用新型基站式土壤墒情远程实时监测系统的工作过程。
参照图1，数据采集控制器21设置每个监测基站2的土壤水分上、下限，作为灌溉决策阈值；建立检测点与相应区域报警阈值的关系，依据时钟每隔十分钟自动采集当前土壤温度传感器23、土壤水分传感器22数据存储后通过第二GPRS无线数据传输模块24将数据发送到网络服务器11所挂载网站的域名地址，数据中心1的网络服务器11实时监测网络端口状态，一旦有监测基站2的数据发回，将数据包解包后存入主数据库，监测基站2实时访问调用数据库，为用户提供远程的数据访问、查看、下载等服务。同时，数据中心1根据监测基站2采集回的数据与设定报警阈值的对比，决定是否通过第一GPRS无线数据传输模块12给指定用户发送报警短信。整个系统如此循环运行，从而实现对不同地区土壤墒情的常年远程监测。
下面以本实用新型基站式土壤墒情远程实时监测系统的实施例说明使用的方法。
假设某待监测地域分区可以分为A B C三个区域，分别在各个区域中选择一个土壤含水量具有代表性的地点作为信息检测点命名为a b c，各点均垂直埋放三个土壤水分传感器、一个土壤温度传感器。以A区a点为例介绍系统的工作过程。首先进行系统参数的设置，设a点的土壤含水量上限为30％，下限为27％，系统每过10分钟采集一次土壤信息。系统启动后开始计时，监测基站2在10分钟后进行一次数据采集，然后将得到的a点信息(土壤温度和含水量)做处理，得到一个土壤含水量及温度数据，将此数据通过GPRS无线数据传输模块发送回数据中心1，至此，监测基站2完成一个监控周期并等待下次采集时间的到来。数据中心1接到数据后，将所接收数据存入主数据库为监测基站2服务程序备用，同时对比采集数据与设定报警阈值，如若超出范围则通过与网络服务器11连接的第一GPRS无线数据传输模块12给指定用户发送预警手机短信息。而监测基站2访问主数据库，即可实时为用户提供远程的数据访问、查看、下载等服务。至此，整个系统的一个运行周期完成。
本实用新型基站式土壤墒情远程实时监测系统的特点是：
1.土壤水分传感器分三层竖直排列，水平埋放，可以有效检测地表下40cm范围内土壤水分的变化情况，使系统可以将上层土壤的含水量控制在设定的范围内，保持中层土壤含水量稳定，从而达到灌溉水被植物根系有效吸收而不下渗的目的。使用时根据实际情况设置合理的土壤水分上、下限，可以防止过量灌溉，达到节水目的。
2.对土壤信息的采集不再局限于水分，而是同时测量土壤的温度和水分，可以从这两个方面考察土壤的状态，综合分析做出更符合实际情况的判断。
3.对土壤信息的采集不再局限于表层，而是检测多层土壤水分和温度的变化，可以常年实时测量不同地区不同区域的土壤温度、水分等土壤墒情数据，为该区域的节水灌溉策略的提出和实施提供参考依据。
4.用户可通过互联网随时随地访问数据查询服务站点，也可根据设定阈值结合采集数据判断是否给指定用户发送报警短信，快速便捷，实用可靠。
上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (3)

1.一种基站式土壤墒情远程实时监测系统，包括若干土壤水分传感器(22)和土壤温度传感器(23)，其特征在于：还包括若干监测基站(2)和一个数据中心(1)，其中，监测基站(2)包括数据采集控制器(21)和与其分别相连的第二GPRS无线通讯模块构(24)和太阳能充电供电模块(25)，监测基站(2)由太阳能充电供电模块供电，土壤温度传感器(22)和土壤水分传感器(23)分别与数据采集控制器(21)相连，数据采集控制器(21)通过第二GPRS数据传输模块(24)接入英特网；数据中心(1)包括网络服务器(11)和与其相连的第一GPRS数据传输模块(12)，网络服务器(11)通过第一GPRS数据传输模块(12)接入英特网；数据采集控制器(21)采集土壤温度传感器(22)和土壤水分传感器(23)的测量数据，通过第二GPRS数据传输模块(24)、英特网和第一GPRS数据传输模块(12)传输至数据中心(1)。
2.根据权利要求1所述的基站式土壤墒情远程实时监测系统，其特征在于：其中每个监测基站(2)包括所述土壤水分传感器(23)3个，土壤温度传感器(22)1个，第一土壤水分传感器(221)与地表的距离(h1)为10cm-15cm，第二土壤水分传感器(222)与地表的距离(h1+h2)为20cm-25cm，第三土壤水分传感器(223)与地表的距离(h1+h2+h3)为35cm-40cm，土壤温度传感器(22)与地表的距离(h4)为20cm-25cm。
3.根据权利要求1或2所述的基站式土壤墒情远程实时监测系统，其特征在于：其中所述数据采集控制器(21)采用型号为ATmega128的芯片构成。
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