CN204177982U - 一种便携式冬笋探测器 - Google Patents
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Abstract
一种便携式冬笋探测器，由硬件和电路两部分组成，硬件部分的传感器(7)固定于尼龙棒(6)圆孔内，并通过绝缘塑料电缆(3)连接至数据显示报警器(1)，数据显示报警器(1)面板上设置有数码管显示屏、操作按键、指示灯和报警器；手柄(2)位于数据显示报警器(1)两端，通过支撑钢板(4)固定于钢管(5)上。电路部分的控制单元(12)和传感器(7)共用一个电源模块(8)，分别通过电压转换电路(9)和恒流源电路(10)供电；传感器(7)采集的信号经A/D转换电路(11)后输入控制单元(12)，控制单元(12)将采集到的数字信号进行数据处理并通过显示电路(13)显示，同时驱动报警装置(14)。本仪器结构轻便小巧，便于户外使用，检测灵敏度高，误判率低，智能化程度较高，对竹林和林地的损害小，应用前景广阔。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种探测土壤电阻率变化的仪器，具体是一种便携式冬笋探测器。
背景技术
本申请人在先申请的201220332552.9“电阻式冬笋探测器”专利，是在一壳体上设置三个电流表，通过按钮开关和壳体底面的一正极三负极四探针测量土壤间电流变化判断冬笋的有无，实现有的放矢的挖掘，填补了冬笋探测器的技术空白。但该冬笋探测器一次测量要读取三组数据，并且需要人工进行数据比较判断，操作过程繁琐，误判率较高；同时该探测器测量探针和测量表头集成在一个壳体上，每次测量时均需要蹲下身体低头观察，设计不够合理。因此，如何增加仪器智能化程度和准确率，减轻人工工作量实为本实用新型所欲解决的问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种便携式冬笋探测器。
解决上述技术问题采用的技术方案是：本便携式冬笋探测器，由硬件和电路两部分组成；硬件部分包括数据显示报警器、手柄、绝缘塑料电缆、支撑钢板、钢管、尼龙棒和传感器；传感器固定于尼龙棒圆孔内，并通过绝缘塑料电缆连接至数据显示报警器，数据显示报警器面板上设置有数码管显示屏、操作按键、指示灯和报警器；手柄位于数据显示报警器两端，通过支撑钢板固定于钢管上；电路部分包括电源模块、电压转换电路、恒流源电路、传感器、A/D转换电路、控制单元、显示电路和报警装置；控制单元和传感器共用一个电源模块，分别通过电压转换电路和恒流源电路供电；传感器采集的信号经A/D转换电路后输入控制单元，控制单元将采集到的数字信号进行数据处理并通过显示电路显示，同时根据冬笋有无的判断结果来驱动报警装置。
所述的传感器由4个电极探针组成，呈等间距直线排列，每根电极探针长度为10-30cm，间距5-15cm，除尖端外，电极探针体的直径为0.2-1.0cm，外侧两根电极探针连接在电路部分的恒流源电路端，中间两根电极探针连接在电路部分的A/D转换电路端。
所述的电源模块采用12V可充电锂电池，电池容量2200mAh；电压转换电路采用恒流降压芯片LM2596稳压输出5V直流电压；恒流源电路使用三端调压器LM317和电位器构成5-100mA可调恒流源；A/D转换电路选用12位单通道串行输入模数转换器MAX187，分辨率为1mV；控制单元采用增强型51单片机STC89S52，内部下载控制程序，以实现数据采集比较显示等功能。
本实用新型的有益效果是：仪器采用一体化设计和锂电池供电，结构轻便小巧，便于户外使用，检测灵敏度高，误判率低，同时仪器操作简便，设计合理，智能化程度较高，对竹林和林地的损害小，应用前景广阔。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型测量原理图。
图3为本实用新型整体运行电路框图。
图4为本实用新型电路原理图。
具体实施方式
本实用新型下面结合实施例并参照附图作进一步详述：参见图1和图3，本便携式冬笋探测器，由硬件和电路两部分组成。硬件部分包括数据显示报警器1、手柄2、绝缘塑料电缆3、支撑钢板4、钢管5、尼龙棒6和传感器7；传感器7固定于尼龙棒6圆孔内，并通过绝缘塑料电缆3连接至数据显示报警器1，数据显示报警器1面板上设置有数码管显示屏、操作按键、指示灯和报警器；手柄2位于数据显示报警器1两端，通过支撑钢板4固定于钢管5上。电路部分包括电源模块8、电压转换电路9、恒流源电路10、传感器7、A/D转换电路11、控制单元12、显示电路13和报警装置14；控制单元12和传感器7共用一个电源模块8，分别通过电压转换电路9和恒流源电路10供电；传感器7采集的信号经A/D转换电路11后输入控制单元12，控制单元12将采集到的数字信号进行数据处理并通过显示电路13显示，同时根据冬笋有无的判断结果来驱动报警装置14。
参见图2，传感器7的设计采用“电流-电压四端法”原理。在本实施例中，传感器由等间隔直线配置的4个电极探针J、M、N、K组成，间隔为a，外侧两个电极是电流端，内侧两个电极是电压端。电流端由恒流源电路10提供直流5-100mA电流，通过检测电压端电位差换算出土壤的电阻率值。距离相等的四个电极构成Wenner组态，该组态的电阻率计算公式为：其中I表示输入激励电流值，ΔVMN为在电极M和N端测得的电压差。由于冬笋表皮及其内部竹纤维等有机质阻碍电流传导会引起较高的电阻率，故冬笋的电阻率较周围土壤相比有突变。一般冬笋周围土壤电阻率值为50-500Ωm，而冬笋电阻率值可达500KΩm以上，但又比石块电阻率值(400MΩm)低，所以根据电阻率值可确定土壤中冬笋大致位置。
电极探针采用的是导电性良好的不锈钢材料，在本实施例中，传感器最优参数选取为：探针长度20cm，探针间距10cm，探针直径0.5cm。
参见图4，电压转换电路9采用了降压型电源管理单片集成电路LM2596，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V等，本例中采用固定输出5V的型号。
参见图4，恒流源电路10使用三端调压器LM317和电位器构成5-100mA可调恒流源；激励电流可通过如下公式计算：其中Vref为1.25V，Iadj为0.05mA。
参见图4，A/D转换电路11选用12位单通道串行输入模数转换器MAX187，采用+5V电源供电，采用速率75KHz，内部参考电压4.096V，分辨率为1mV；A/D转换原理图中，管脚2是模拟量输入端，管脚6、7、8分别与单片机的I/O口相连，其中管脚6是转换完的数字量输出端，管脚7是片选信号，管脚8是串行时间输出。
参见图4，控制单元12采用宏晶公司的STC89S52RC作为主控芯片，该单片机具有高速、低功耗及超强抗干扰等特点。模块通电后上电复位电路向单片机U4发出复位信号，单片机U4即处于复位状态。同时由石英晶振Y1和电容C6、C7组成的振荡电路起振向单片机U4发出时钟信号，单片机U4即开始执行内部烧录好的控制程序指令。按下设置按键S1可设置冬笋测量阈值范围，按下确定按键S2可完成设定。实时测量电阻率可通过单片机运算输出显示，如测量数据超出阈值范围，则输出报警信号驱动蜂鸣器。
参见图4，显示电路13由四位七段LED共阳数码管U5和四只PNP型9012三极管组成。通过控制三极管通断来轮流扫描四位数码管实现动态扫描显示。字型码信息由单片机P2口输出，可实时显示传感器测得的电阻率值。
参见图4，报警装置14由蜂鸣器SP1和三极管Q5组成，当测量数据超出阈值时，控制单元12输出信号驱动蜂鸣器发音，当测量数据再阈值范围内时，解除报警信号。
将本实用新型用于竹林间探测冬笋时，其操作过程如下：
首先，按下数据显示报警器1面板上的【电源】按键，打开系统电源，面板上的数码管显示“OL”，表示仪器已经初始化完成，可以正常工作。
第二步，将传感器7插入竹林土壤中，该处土壤电阻率值会显示于数码管上。测量时，可先选择该片竹林典型的有冬笋土壤区块测量电阻率值，将该数据通过设置键S1和S2输入系统控制单元12中，成为判断冬笋有无的阈值。然后在竹林中可能有冬笋区域扫描测量，如报警器响，测量数据符合有冬笋范围，则用锄头挖开土壤，采集冬笋。
仪器使用完毕，可按下【电源】键关闭仪器，如果仪器电量不足，电量指示灯变红色，则可用配套充电器充电后继续使用。
Claims (3)
1.一种便携式冬笋探测器，由硬件和电路两部分组成；硬件部分包括数据显示报警器(1)、手柄(2)、绝缘塑料电缆(3)、支撑钢板(4)、钢管(5)、尼龙棒(6)和传感器(7)；其特征在于：传感器(7)固定于尼龙棒(6)圆孔内，并通过绝缘塑料电缆(3)连接至数据显示报警器(1)，数据显示报警器(1)面板上设置有数码管显示屏、操作按键、指示灯和报警器；手柄(2)位于数据显示报警器(1)两端，通过支撑钢板(4)固定于钢管(5)上；电路部分包括电源模块(8)、电压转换电路(9)、恒流源电路(10)、传感器(7)、A/D转换电路(11)、控制单元(12)、显示电路(13)和报警装置(14)；其特征在于：控制单元(12)和传感器(7)共用一个电源模块(8)，分别通过电压转换电路(9)和恒流源电路(10)供电；传感器(7)采集的信号经A/D转换电路(11)后输入控制单元(12)，控制单元(12)将采集到的数字信号进行数据处理并通过显示电路(13)显示，同时根据冬笋有无的判断结果来驱动报警装置(14)。
2.如权利要求1所述的一种便携式冬笋探测器，其特征是所述的传感器(7)由4个电极探针组成，呈等间距直线排列，每根电极探针长度为10-30cm，间距5-15cm，除尖端外，电极探针体的直径为0.2-1.0cm，外侧两根电极探针连接在电路部分的恒流源电路(10)端，中间两根电极探针连接在电路部分的A/D转换电路(11)端。
3.如权利要求1所述的一种便携式冬笋探测器，其特征是所述的电源模块(8)采用12V可充电锂电池，电池容量2200mAh；电压转换电路(9)采用恒流降压芯片LM2596稳压输出5V直流电压；恒流源电路(10)使用三端调压器LM317和电位器构成5-100mA可调恒流源；A/D转换电路(11)选用12位单通道串行输入模数转换器MAX187，分辨率为1mV；控制单元(12) 采用增强型51单片机STC89S52，内部下载控制程序，以实现数据采集比较显示功能。
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