CN205484177U - 土壤参数测量装置 - Google Patents

Abstract

本公开是关于土壤参数测量装置。该装置包括：PCB板和金属板；所述PCB板包括相互连接的检测电路部和传感器部，所述传感器部包括一对能够插入土壤的引脚，每个所述引脚上设置有一块所述金属板，所述引脚插入土壤后，形成以所述金属板为极板、所述土壤为填充介质的电容器；每块所述金属板分别与所述检测电路部的湿度检测电路相连，以使所述湿度检测电路能够测量所述电容器的电容值，并根据所述电容值得到所述土壤的湿度参数。该技术方案能够方便地对土壤的湿度参数进行测量，以便根据植物的实际生长需要改变土壤的湿度参数，以确保土壤环境能够满足植物健康生长的需要。

Description

土壤参数测量装置

技术领域

本公开涉及检测技术领域，尤其涉及一种土壤参数测量装置。

背景技术

土壤为植物生长提供了必要的营养和水分，随着农业生产技术的发展，为了确保植物健康生长，需要对植物生长的土壤环境的各项参数进行测量，在土壤参数无法满足植物生长需要时，及时调整土壤环境，以确保土壤环境能够满足植物生长需要。

实用新型内容

本公开实施例提供一种土壤参数测量装置。所述技术方案如下：

一种土壤参数测量装置，包括：PCB板和金属板；

所述PCB板包括相互连接的检测电路部和传感器部，所述传感器部包括一对能够插入土壤的引脚，每个所述引脚上设置有一块所述金属板，所述引脚插入土壤后，形成以所述金属板为极板、所述土壤为填充介质的电容器；每块所述金属板分别与所述检测电路部的湿度检测电路相连，以使所述湿度检测电路能够测量所述电容器的电容值，并根据所述电容值得到所述土壤的湿度参数。

在一个实施例中，还包括：壳体；所述壳体一端封闭，另一端具有安装缺口，所述检测电路部容置在所述壳体内部，所述传感器部通过所述安装缺口伸出所述壳体外部。

在一个实施例中，还包括：设置在每个所述引脚下部、且露出所述引脚外表面的金属电极，每个所述金属电极分别与所述检测电路部的盐分检测电路相连，以使所述盐分检测电路能够测量所述土壤的电导率，并根据所述电导率得到所述土壤的盐分参数。

在一个实施例中，还包括：设置在所述壳体内部的无线通信模块。

在一个实施例中，所述无线通信模块集成在所述PCB板上。

在一个实施例中，所述无线通信模块为蓝牙模块、红外模块和Zigbee模块中的至少一种。

在一个实施例中，所述金属板之间相互平行。

在一个实施例中，所述引脚呈细长的带状结构、且头部倒有圆弧角。

在一个实施例中，所述PCB板为一体成型结构。

在一个实施例中，所述金属电极呈圆形、且采用防酸不锈钢制成。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：该土壤参数测量装置包括：PCB板和金属板；PCB板包括相互连接的检测电路部和传感器部，传感器部包括一对能够插入土壤的引脚，每个引脚上设置有一块金属板，引脚插入土壤后，形成以金属板为极板、土壤为填充介质的电容器；每块金属板分别与检测电路部的湿度检测电路相连，以使湿度检测电路能够测量电容器的电容值，并根据电容值得到土壤的湿度参数。如此能够对方便地对土壤的湿度参数进行测量，以便根据植物的实际生长需要改变土壤环境，以确保土壤环境能够满足植物的实际生长需求。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种土壤参数测量装置的外部结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种土壤参数测量装置的内部结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种湿度检测电路的电路原理图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种盐分检测电路的电路原理图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种电导率的土壤的测试波形；

图6是根据一示例性实施例示出的另外一种电导率的土壤的测试波形。

附图标记：

1-PCB板； 2-金属板； 3-检测电路部； 4-传感器部； 5-引脚；

6-金属电极； 7-壳体； 8-第一输入管脚； 9-第二输入管脚；

10-输出管脚； 11-第二电阻； 12-第一电容； 13-电源管脚；

14-接地管脚； 15-第二电容； 16-盐分检测电路；

17-第一金属电极； 18-第二金属电极； 19-第二激励电源节点；

20-第三电阻； 21-第二信号采集及处理元件； 22-第三电容；

23-第四电容； 24-第一二极管； 25-第二二极管； 26-湿度检测电路；

27-第一激励电源节点； 28-第一电阻； 29-异或门；

30-第一信号采集及处理元件。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种土壤参数测量装置的外部结构示意图，图2是根据一示例性实施例示出的一种土壤参数测量装置的内部结构示意图。如图1和图2所示，该土壤参数测量装置包括：PCB板1和金属板2；其中，PCB板1包括相互连接的检测电路部3和传感器部4，传感器部4包括一对能够插入土壤的引脚5，每个引脚5上设置有一块金属板2，引脚5插入土壤后，形成以金属板2为极板、土壤为填充介质的电容器；每块金属板2分别与检测电路部3的湿度检测电路26相连，以使湿度检测电路26能够测量电容器的电容值，并根据电容值得到土壤的湿度参数。

在本实施例中，一对引脚5在与检测电路部3相连的位置处相互连接，而在远离检测电路部3的位置上，两个引脚5之间具有一定的距离。由于在每个引脚5上设置有一块金属板2，当引脚5插入土壤后，要使两块金属板2之间形成电容器，则在空间位置上，可以将两块金属板2设置为至少有一部分正对或者完全正对，具体可以根据需要进行设置。

本实施例的有益效果在于：引脚5插入土壤后，两个引脚上的金属板2之间形成电容器，而含有水分的土壤构成填充电容器的填充介质，通过湿度检测电路能够测出电容值，根据电容值容易计算得到土壤的湿度参数，从而能够方便地对土壤的湿度参数进行测量，以便根据植物的实际生长需要改变土壤的湿度参数，以确保土壤环境能够满足植物健康生长的需要。

为了对PCB板1的检测电路部3进行防护，上述土壤参数测量装置还包括：壳体7，其中，壳体7一端封闭，另一端具有安装缺口，检测电路部3容置在壳体7内部，传感器部4通过安装缺口伸出壳体7外部。

其中，壳体7可以采用塑料制成，不仅成本低廉、制造方便，而且使得土壤参数测量装置整体上比较轻便，便于携带。壳体7的形状原则上可以设计为任意形状，在实际应用中，可以根据检测电路部3的形状，将壳体7的形状设计为与检测电路部3的形状相匹配，从而便于容装检测电路部3。

本实施例的有益效果在于：通过将检测电路部3设置在壳体7内部，能够有效防止检测电路部受到损坏，确保检测电路部的安全性，将传感器部4伸出壳体7，能够使引脚5方便地插入土壤中，以便对土壤湿度进行检测。

在本公开的一个实施例中，上述土壤参数测量装置，还可以包括：设置在每个引脚5下部、且露出引脚5外表面的金属电极6，每个金属电极6分别与检测电路部的盐分检测电路16相连，以使盐分检测电路16能够测量土壤的电导率，并根据电导率得到土壤的盐分参数。

其中，金属电极6可以设置为圆形扣状结构、且采用防酸不锈钢制成，从而能够方便地对土壤中的盐分进行测量，且能够有效防止金属电极6在测量过程中发生锈蚀。

本实施例的有益效果在于：通过在引脚5外表面设置金属电极6，能够方便地插入土壤中，对土壤中电导率进行测量，并根据电导率得到土壤的盐分参数，从而能够根据植物的实际生长需要改变土壤中的盐分参数，确保植物健康生长。

在本公开的另外一个实施例中，上述土壤参数测量装置，还包括：设置在壳体7内部的无线通信模块(未图示)。

本实施例的有益效果在于：通过设置无线通信模块，能够方便地将检测的土壤湿度参数、盐分参数通过无线网络发送给用户的智能终端，以使用户能够及时获知土壤的相关参数情况。

在本公开的另外一个实施例中，上述无线通信模块可以集成在PCB板上。

本实施例的有益效果在于：通过将无线通信模块集成在PCB板上，能够有效提升装置的一体化程度。

在本公开的另外一个实施例中，无线通信模块可以为蓝牙模块、红外模块和Zigbee模块中的至少一种。由于无线通信模块的功耗比较低，从而使得土壤参数测量装置，可以采用纽扣电池进行供电，试验表明，采用一节纽扣电池可以持续供电一年之久。

本实施例的有益效果在于：采用蓝牙模块、红外模块和Zigbee模块中的至少一种，能够方便地与用户的智能终端进行通信，从而方便、快捷地将测量的土壤湿度、盐分参数反馈给智能终端，提升信息传输的便捷性。

在本公开的另外一个实施例中，将一对金属板2设置为相互平行，得到一平板电容器，根据公式：容易计算出电容值C。其中，S为金属板2之间的正对面积、d为金属板2之间的距离、ε为介电常数、π为圆周率、k为静电常数。

在本公开的另外一个实施例中，将上述引脚5设置为细长的带状结构、且头部倒有圆弧角，从而能够方便地插入土壤中，进行土壤参数测量。

在本公开的另外一个实施例中，将PCB板1设置为一体成型结构，能够方便地进行生产、制造，且提高装置的一体化程度。

在本公开的另外一个实施例中，土壤参数测量装置，可以包括：湿度检测电路26、金属板2和一对引脚5，每个引脚5上设置有一块金属板2，引脚5插入土壤后，形成以金属板2为极板、土壤为填充介质的电容器，湿度检测电路26的两端分别与金属板2相连，以对电容器的电容值进行测量，并根据电容值计算土壤的湿度参数。其中，如图3所示，湿度检测电路26包括：第一激励电源节点27、第一电阻28、异或门29和第一信号采集及处理元件30；其中，第一激励电源节点27分别与第一电阻28的第一端、异或门29的第一输入管脚8相连，第一电阻28的第二端与异或门29的第二输入管脚9相连，异或门29的输出管脚10与第一信号采集及处理元件30相连，以使第一信号采集及处理元件30采集异或门29输出的电压值，并根据电压值得到电容器的电容值，再根据电容值计算土壤的湿度参数。

由于土壤中的某些物质在吸附水分子后，介电常数会发生变化，从而引起电容器的电容值发生改变，相应地，通过测量电容值能够得到土壤的湿度参数。

其中，上述第一激励电源节点27可以与PWM信号源相连从而产生PWM信号，从而使得异或门29的第一输入管脚8和第二输入管脚9的电压在高电平和低电平之间切换，从而使得异或门29的输出管脚10的电压根据输入信号的不同而变化。例如，异或门29的两个输入管脚的电压同时为高电平或者同时为低电平时，输出管脚10的电压为低电平；当其中一个输入管脚的电压为高电平、而另一个输入管脚的电压为低电平时，则输出管脚10的电压为为高电平。

由于S1和S2分别和金属板2相连，可以认为S1和S3之间存在一个电容器，该电容器和第一电阻28之间构成RC充放电电路，第一激励电源节点27所连接的PWM信号源为该RC充放电电路的激励电源。

其中，第一信号采集及处理元件30可以进行电压信号的采集，并根据电压信号计算电容值，再根据电容值计算土壤的湿度参数。第一信号采集及处理元件30既可以对外呈现为一个部件，也可以分离为两个部件，例如采用一个电压表采集电压信号，再采用一个计算元件根据电压值计算电容值和土壤湿度参数。

本实施例的有益效果在于：通过湿度检测电路能够方便地对土壤的湿度参数进行测量，以便根据植物的实际生长需要改变土壤环境，以确保土壤环境能够满足植物的健康生长需求。

在一实施例中，上述土壤参数测量装置，还包括：连接在异或门29的输出管脚10和地之间的RC滤波电路。

本实施例的有益效果在于：通过RC滤波电路将第一信号采集及处理元件30采集的信号进行滤波处理，能够有效滤除杂波，从而保证异或门29输出信号平滑、稳定，有效减少杂波干扰，以便于后续信号采集的准确性。

其中，上述RC滤波电路可以包括：串联连接的第二电阻11和第一电容12；第二电阻11与异或门29的输出管脚10相连，第一电容12与地相连，第一信号采集及处理元件30连接在第二电阻11和第一电容12之间。

本实施例的有益效果在于：将第一信号采集及处理元件30连接在第二电阻11和第一电容12之间，能够对输出管脚10的电压值进行测量，有效防止输出管脚10上电流过大而造成第一信号采集及处理元件30发生毁损，通过第一电容12能够有效滤除杂波，减少杂波干扰现象。

在一实施例中，上述土壤参数测量装置还可以包括：为异或门29供电的供电电源VDD，其中，供电电源VDD与异或门29的电源管脚13相连。

此外，异或门29还具有接地管脚14，将接地管脚14与地连接，能够有效降低静电影响，保证异或门29正常工作。

本实施例的有益效果在于：通过为异或门29设置独立的供电电源VDD，能够确保异或门29正常工作需要。

在一实施例中，上述土壤参数测量装置还可以包括：连接在供电电源VDD和地之间的第二电容15。

本实施例的有益效果在于：第二电容15与地相连，起到滤波作用，能够稳定供电电源VDD的电压值，确保为异或门29提供稳定、可靠的工作电压。

在一实施例中，上述土壤参数测量装置还可以包括：盐分检测电路16、第一金属电极17和第二金属电极18；第一金属电极17和第二金属电极18分别设置在每个引脚2上、且露出引脚2外表面，盐分检测电路16的两端S3和S4分别与第一金属电极17、第二金属电极18相连，引脚2插入土壤后，盐分检测电路16对第一金属电极17和第二金属电极18之间的土壤的电导率进行测量，并根据电导率计算土壤的盐分参数；其中，如图4所示，盐分检测电路16包括：第二激励电源节点19、第三电阻20和第二信号采集及处理元件21；第二激励电源节点19与第一金属电极17相连，第三电阻20的一端接地，另一端分别与第二金属电极18、第二信号采集及处理元件21相连，以使第二信号采集及处理元件21采集第三电阻20相对于地的电压值，并根据电压值得到第一金属电极17和第二金属电极18之间的土壤的电导率，再根据电导率计算土壤的盐分参数。

其中，上述第二信号采集及处理元件21可以对第三电阻20相对于地之间的电压值进行采集，并根据电压值计算电导率，再根据电导率计算土壤的盐分参数。其中，第二信号采集及处理元件21既可以对外呈现为一个部件，也可以分离为两个部件，例如采用一个电压表采集电压信号，再采用一个计算元件根据电压值计算电导率和土壤盐分参数。

如图5和图6所示，图中的粗线所示的波形为第二激励电源节点19连接交流电源所产生的信号波形，细线所示的波形为第二信号采集及处理元件21采集的接收信号的波形，根据接收信号的信号强度能够得到土壤的电导率。其中，电导率是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数，电导率与电阻成反比、与电压值成正比，由于S3和第一金属电极17相连，S4和第二金属电极18相连，则通过第二信号采集及处理元件21采集第三电阻20相对于地之间的电压值，能够得到第一金属电极17(S3)和第二金属电极18(S4)之间的电压值，再根据该电压值，容易计算得到土壤的电导率。由于土壤中的盐分含量(又称盐分参数)与土壤在特定温度下的电导率呈线性关系，因此，在得到电导率后，容易得到土壤的盐分参数。

本实施例的有益效果在于：通过盐分检测电路能够方便地对土壤的盐分参数进行测量，以便根据植物的实际生长需要改变土壤环境，以确保土壤环境能够满足植物的健康生长需求。

其中，上述第二激励电源节点19所连接的电源为交流电源，例如交流电压源或交流电流源。

上述土壤参数测量装置，还包括：第三电容22和第四电容23；其中，第三电容22连接在第二激励电源节点19和第一金属电极17之间，第四电容23连接在第二金属电极18和第二信号采集及处理元件21之间。

本实施例的有益效果在于：通过在第一金属电极17和第二激励电源节点19之间设置第三电容22，在第二金属电极18和第二信号采集及处理元件21之间设置第四电容23，由于电容具有隔直通交的作用，能够使得第二激励电源节点19所连接的交流电源通过第三电容22、第一金属电极17(S3)、土壤、第二金属电极18(S4)和第四电容23被第二信号采集及处理元件21采集到。

上述土壤参数测量装置，还包括：正极与地相连，负极分别与第一金属电极17和第三电容22相连的第一二极管24。

本实施例的有益效果在于：通过第一二极管24的续流作用，能够有效保护电路元件不被感应电压击穿或烧坏。

上述土壤参数测量装置，还包括：正极与地相连，负极分别与第二金属电极18和第四电容23相连的第二二极管25。

本实施例的有益效果在于：通过第二二极管25的续流作用，能够有效保护电路元件不被感应电压击穿或烧坏。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种土壤参数测量装置，其特征在于，包括：

PCB板和金属板；

所述PCB板包括相互连接的检测电路部和传感器部，所述传感器部包括一对能够插入土壤的引脚，每个所述引脚上设置有一块所述金属板，所述引脚插入土壤后，形成以所述金属板为极板、所述土壤为填充介质的电容器；每块所述金属板分别与所述检测电路部的湿度检测电路相连，以使所述湿度检测电路能够测量所述电容器的电容值，并根据所述电容值得到所述土壤的湿度参数。

2.根据权利要求1所述的土壤参数测量装置，其特征在于，还包括：壳体；

所述壳体一端封闭，另一端具有安装缺口，所述检测电路部容置在所述壳体内部，所述传感器部通过所述安装缺口伸出所述壳体外部。

3.根据权利要求2所述的土壤参数测量装置，其特征在于，还包括：

设置在每个所述引脚下部、且露出所述引脚外表面的金属电极，每个所述金属电极分别与所述检测电路部的盐分检测电路相连，以使所述盐分检测电路能够测量所述土壤的电导率，并根据所述电导率得到所述土壤的盐分参数。

4.根据权利要求3所述的土壤参数测量装置，其特征在于，还包括：设置在所述壳体内部的无线通信模块。

5.根据权利要求4所述的土壤参数测量装置，其特征在于：所述无线通信模块集成在所述PCB板上。

6.根据权利要求4所述的土壤参数测量装置，其特征在于：所述无线通信模块为蓝牙模块、红外模块和Zigbee模块中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的土壤参数测量装置，其特征在于：所述金属板 之间相互平行。

8.根据权利要求1所述的土壤参数测量装置，其特征在于：所述引脚呈细长的带状结构、且头部倒有圆弧角。

9.根据权利要求1所述的土壤参数测量装置，其特征在于：所述PCB板为一体成型结构。

10.根据权利要求3所述的土壤参数测量装置，其特征在于：所述金属电极呈圆形、且采用防酸不锈钢制成。