CN204989088U - 一种土壤水分传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种土壤水分传感器，包括底座及设置在所述底座上的土壤湿度变送器主体，所述土壤湿度变送器主体内设有PCB板，所述PCB板上设有检测装置及外部电缆线的焊接孔，所述检测装置包括太阳能电池，所述太阳能电池通过充放电管理电路连接有锂电池，所述充放电管理电路上连接有单片机，所述单片机上分别连接有湿度传感器及Zigbee无线收发装置；所述外部电缆线一端锡焊在所述PCB板的焊接孔上，另一端穿过防水电缆护线接头与上位设备连接；其中，所述底座上还固定连接有若干金属探针。本实用新型的有益效果：工作稳定、可靠，测量精度高，适合多种土质，可实现长期、多点实时土壤水分含量地监测，且不需要定期更换电池。

Description

一种土壤水分传感器

技术领域

本实用新型涉及土壤物理参数采集传感器的设计和应用技术领域，具体来说，涉及一种土壤水分传感器。

背景技术

随着现代科技的发展，目前国内亦有多种检测土壤水含量的方法，其中用得比较多的有称重法、中子法、γ射线法、土壤水分传感器法以及时域反射法。

这几种方法中，称重法是测量土壤水分最普遍的方法，也是标准方法，它的测定步骤繁琐，使用十分不便。

中子法是测定野外土壤水分的独特方法，它主要由快中子源在土壤中不断地放射出穿透力很强的快中子，当它和氢原子碰撞时，损失能量最大，但它造价高昂，无法大面积推广及应用。

γ射线法的基本原理是放射性同位素，其衰减度随着土壤的湿度和深度逐渐增大，该方法很容易受土壤中金属离子和其他矿物质的干扰；土壤水分传感器其准确性太差，不适应多种土壤，且还易受其他矿物质的干扰。

时域发射法在现有的土壤检测中使用最多，通过电磁波在介质中传播，取决于土壤导电率和含水量来判定，判决误差极大；而且，现有的土壤水分传感器都采用直流电源或电池供电，这就需要为每个土壤水分传感器布置电源线或定期更换电池，建设成本及维护成本很大。

针对上述相关技术中所述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中上述的问题，本实用新型提出一种土壤水分传感器，采用双频法检测土壤含水量，利用短距离无线通信技术，将各土壤水分传感器组成一个无线传感网络，可以实现检测结果的无线传输，利用太阳能电池收集太阳能，并存储于锂电池中，结合合理的充放电管理，可实现利用太阳能为土壤水分传感器供电，工作稳定、可靠，测量精度高，适合多种土质，可实现长期、多点实时土壤水分含量地监测，且不需要定期更换电池。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种土壤水分传感器，包括底座及设置在所述底座上的土壤湿度变送器主体，所述土壤湿度变送器主体内设有PCB板，所述PCB板上设有检测装置及外部电缆线的焊接孔，所述检测装置包括太阳能电池，所述太阳能电池通过充放电管理电路连接有锂电池，所述充放电管理电路上连接有单片机，所述单片机上分别连接有湿度传感器及Zigbee无线收发装置；所述外部电缆线一端锡焊在所述PCB板的焊接孔上，另一端穿过防水电缆护线接头与上位设备连接；其中，所述底座上还固定连接有若干金属探针，所述金属探针穿过所述底座与所述PCB板锡焊固定连接。

进一步的，所述的防水电缆护线接头与土壤湿度变送器主体的连接处灌封有环氧树脂密封胶。

进一步的，所述土壤湿度变送器主体为长方体。

进一步的，所述的金属探针的根数为三根。

本实用新型的有益效果：该设备方法技术新颖，工作稳定、可靠，测量精度高，适合多种土质，不受土壤中化肥金属离子的干扰，解决了检测电极与土壤的接触电阻、土壤含盐量以及电极老化对测量的影响，提高检测稳定度和精度；太阳能无线土壤水分传感器整合了短距离无线通信技术、太阳能电池及充放电管理等技术，能实现土壤水分多点实时检测，检测结果无线传输，因此可节省大量的通讯电缆，也不需要定期更换电池，可大大节约成本，具有较广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例所述的土壤水分传感器的结构示意图。

图中：

1、底座；2、土壤湿度变送器主体；3、PCB板；4、检测装置；5、外部电缆线；6、太阳能电池；7、充放电管理电路；8、锂电池；9、单片机；10、湿度传感器；11、Zigbee无线收发装置；12、防水电缆护线接头；13、金属探针。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，根据本实用新型的实施例所述的一种土壤水分传感器，包括底座1及设置在所述底座1上的土壤湿度变送器主体2，所述土壤湿度变送器主体2内设有PCB板3，所述PCB板3上设有检测装置4及外部电缆线5的焊接孔，所述检测装置4包括太阳能电池6，所述太阳能电池6通过充放电管理电路7连接有锂电池8，所述充放电管理电路7上连接有单片机9，所述单片机9上分别连接有湿度传感器10及Zigbee无线收发装置11；所述外部电缆线5一端锡焊在所述PCB板3的焊接孔上，另一端穿过防水电缆护线接头12与上位设备连接；其中，所述底座1上还固定连接有若干金属探针13，所述金属探针13穿过所述底座1与所述PCB板3锡焊固定连接。

在一个实施例中，所述的防水电缆护线接头12与土壤湿度变送器主体2的连接处灌封有环氧树脂密封胶。

在一个实施例中，所述土壤湿度变送器主体2为长方体。

在一个实施例中，所述的金属探针13的根数为三根。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，将设备插入检测土壤中，金属探针13至少没入土壤2/3；在双频模式，金属探针13向土壤发送两个不同频率的叠加信号形成交变电场，通过交变电场建立电场信号传递模型；根据两个不同频率的信号进入信号传递模型引起的变化，计算信号传递模型的转换矩阵数据；根据转换矩阵数据值计算出含水土壤的介电常数；通过水的介电常数与土壤的介电常数的差异性计算出土壤含水量；将计算出的数值存入存储器，并反馈给上位设备。

系统在休眠时功耗为3mW，工作时功耗为495mW，工作周期为1小时，工作时长1秒，系统平均功耗3.2mW。太阳能电池6最大输出电压为5V，最高电流为50mA，但在阴雨天气条件下，电池输出的电流只有5mA左右，平均起来，太阳能电池6输出电流10mA，平均功率50mW。充电电路效率在80％左右，电压变换模块的效率为80％，太阳能输出能量利用率60％左右，实际利用功率30mW。因此在平均光照强度下，太阳能电池6能够提供系统所需的能量，但系统工作时峰值功率远高于太阳能电池所能提供的功率，此时由锂电池8向系统供电。在太阳能电池6不提供能量条件下，锂电池8能维持系统工作300小时左右。在正常天气条件下系统可持续工作，传感器寿命取决于锂电池8的寿命。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，采用双频法检测土壤含水量，利用短距离无线通信技术，将各土壤水分传感器组成一个无线传感网络，可以实现检测结果的无线传输，利用太阳能电池6收集太阳能，并存储于锂电池8中，结合合理的充放电管理，可实现利用太阳能为土壤水分传感器供电，工作稳定、可靠，测量精度高，适合多种土质，可实现长期、多点实时土壤水分含量地监测，且不需要定期更换电池。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种土壤水分传感器，其特征在于，包括底座（1）及设置在所述底座（1）上的土壤湿度变送器主体（2），所述土壤湿度变送器主体（2）内设有PCB板（3），所述PCB板（3）上设有检测装置（4）及外部电缆线（5）的焊接孔，所述检测装置（4）包括太阳能电池（6），所述太阳能电池（6）通过充放电管理电路（7）连接有锂电池（8），所述充放电管理电路（7）上连接有单片机（9），所述单片机（9）上分别连接有湿度传感器（10）及Zigbee无线收发装置（11）；所述外部电缆线（5）一端锡焊在所述PCB板（3）的焊接孔上，另一端穿过防水电缆护线接头（12）与上位设备连接；其中，所述底座（1）上还固定连接有若干金属探针（13），所述金属探针（13）穿过所述底座（1）与所述PCB板（3）锡焊固定连接。

2.根据权利要求1所述的土壤水分传感器，其特征在于，所述的防水电缆护线接头（12）与土壤湿度变送器主体（2）的连接处灌封有环氧树脂密封胶。

3.根据权利要求2所述的土壤水分传感器，其特征在于，所述土壤湿度变送器主体（2）为长方体。

4.根据权利要求1所述的土壤水分传感器，其特征在于，所述的金属探针（13）的根数为三根。