CN204215051U - 一种简易型冬笋探测器 - Google Patents
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Abstract
一种简易型冬笋探测器，由硬件和电路两部分组成。硬件部分的传感器(6)固定于尼龙棒(5)圆孔内，并通过空心钢管(4)内的导线连接至控制单元(11)；空心钢管(4)一端设有LED指示灯(1)，另一端设有尼龙棒(5)，开关(2)和报警扬声器(3)置于空心钢管(4)外侧。电路部分的控制单元(11)和传感器(6)共用一个电源模块(7)，分别通过电压转换电路(8)和恒流源电路(9)供电；传感器(6)采集的信号经A/D转换电路(10)后输入控制单元(11)，控制单元(11)将采集到的数字信号进行数据处理并通过LED指示灯(1)显示，同时根据冬笋有无的判断结果来驱动报警扬声器(3)。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，成本低廉，便于推广应用。
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，具体是一种简易型冬笋探测器。
背景技术
本申请人在先申请的201220332568.X“电阻式智能蜂鸣冬笋探测器”专利，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三条支路电流变化并通过壳体的数码管显示屏显示储存，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存储三组数据，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，并使仪器操作简便、成本低廉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简易型冬笋探测器。
解决上述技术问题采用的技术方案是：本简易型冬笋探测器，由硬件和电路两部分组成；硬件部分包括LED指示灯、开关、报警扬声器、空心钢管、尼龙棒和传感器；传感器固定于尼龙棒圆孔内，并通过空心钢管内的导线连接至控制单元；空心钢管一端设有LED指示灯，另一端设有尼龙棒，开关和报警扬声器置于空心钢管外侧；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、LED指示灯和报警扬声器；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LED指示灯显示，同时根据冬笋有无的判断结果来驱动报警扬声器。
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，成本低廉，智能化程度较高，对竹林和林地的损害小，便于推广应用。
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，本简易型冬笋探测器，由硬件和电路两部分组成。硬件部分包括LED指示灯1、开关2、报警扬声器3、空心钢管4、尼龙棒5和传感器6；传感器6固定于尼龙棒5圆孔内，并通过空心钢管4内的导线连接至控制单元11；空心钢管4一端设有LED指示灯1，另一端设有尼龙棒5，开关2和报警扬声器3置于空心钢管4外侧；电路部分包括电源模块7、电压转换电路8、恒流源电路9、传感器6、A/D转换电路10、控制单元11、LED指示灯1和报警扬声器3；控制单元11和传感器6共用一个电源模块7，分别通过电压转换电路8和恒流源电路9供电；传感器6采集的信号经A/D转换电路10后输入控制单元11，控制单元11将采集到的数字信号进行数据处理并通过LED指示灯1显示，同时根据冬笋有无的判断结果来驱动报警扬声器3。
参见图2，传感器6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8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9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10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11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。判断冬笋有无的电阻率阈值已在程序中预先设置，通过调节按键S1和S2可微调该阈值，即可改变仪器探测冬笋灵敏度。如测量数据超出阈值范围，则输出报警信号驱动报警扬声器3，并点亮LED指示灯1，亮灯个数越多表示冬笋存在可能性越大。
参见图4，LED指示灯1由4个LED灯和电阻串联组成，并和控制单元11中单片机U4的P0口相连，探测到的电阻率信号越强，点亮的LED灯越多，即说明冬笋存在可能性越大。
参见图4，报警扬声器3由蜂鸣器SP1和三极管Q1组成，当测量数据超出阈值时，控制单元11输出信号驱动扬声器发音，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，按下开关2按键，打开系统电源，LED指示灯1闪一下熄灭，表示仪器已经初始化完成，可以正常工作。
第二步，将传感器6插入竹林土壤中实时测量电阻率值，如LED指示灯1亮且报警扬声器3报警，表示该土壤测量数据符合有冬笋范围，则用锄头挖开土壤，采集冬笋。LED指示灯1亮灯个数越多，表示冬笋存在可能性越大。
仪器使用完毕，可按下开关2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)
1.一种简易型冬笋探测器，由硬件和电路两部分组成；硬件部分包括LED指示灯(1)、开关(2)、报警扬声器(3)、空心钢管(4)、尼龙棒(5)和传感器(6)；其特征在于：传感器(6)固定于尼龙棒(5)圆孔内，并通过空心钢管(4)内的导线连接至控制单元(11)；空心钢管(4)一端设有LED指示灯(1)，另一端设有尼龙棒(5)，开关(2)和报警扬声器(3)置于空心钢管(4)外侧；电路部分包括电源模块(7)、电压转换电路(8)、恒流源电路(9)、传感器(6)、A/D转换电路(10)、控制单元(11)、LED指示灯(1)和报警扬声器(3)；其特征在于：控制单元(11)和传感器(6)共用一个电源模块(7)，分别通过电压转换电路(8)和恒流源电路(9)供电；传感器(6)采集的信号经A/D转换电路(10)后输入控制单元(11)，控制单元(11)将采集到的数字信号进行数据处理并通过LED指示灯(1)显示，同时根据冬笋有无的判断结果来驱动报警扬声器(3)。
2.如权利要求1所述的一种简易型冬笋探测器，其特征是所述的传感器(6)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(9)端，中间两根电极探针连接在电路部分的A/D转换电路(10)端。
3.如权利要求1所述的一种简易型冬笋探测器，其特征是所述的电源模块(7)采用12V可充电锂电池，电池容量2200mAh；电压转换电路(8)采用恒流降压芯片LM2596稳压输出5V直流电压；恒流源电路(9)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(10)选用12位单通道串行输入模数转换器MAX187；控制单元(11)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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|---|---|---|---|---|
| CN111796148A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-10-20 | 上海华力微电子有限公司 | 一种电阻测试结构 |
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