CN206378454U - 土壤氮含量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种土壤氮含量检测装置，包括土壤氮含量传感器、微处理控制器、GPRS/GSM通信模块；所述土壤氮含量传感器用于输出模拟的氮含量信号，包括高频震荡信号源、传感器探针、检波电路单元，所述高频震荡信号源通过传输线与传感器探针连接，所述传感器探针为两个平行板金属电极，所述传输线与检波电路单元连接，检波电路单元用于检测到传输线上的驻波后将其转换成对应的电压信号；所述微处理控制器内置有A/D转换器。本实用新型制作成本低、自变量个数少、计算过程简单，携带方便、操作简便、测量时间短，测量结果较精确，适用于大批量采样检测，可以作为普通农业生产中土壤的含氮量快速检测使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及含氮量检测装置技术领域，尤其涉及一种土壤氮含量检测装置。
背景技术
土壤是农作物生长的主要氮源，定量测量土壤氮素对指导耕作土地的合理施肥，促进农作物的生长发育和提高农作物生产效益，实现高产、稳产、低成本、环保的精准农业有着重要意义。目前测量土壤氮素主要利用常规化学分析方法，包括半微量开氏法、KCl溶液提取法、酚二磺酸法等，这些方法普遍存在操作繁琐、耗费大、测量时间长等缺点，难以实现实时、快速地测量，在大批量采样检测应用中受到限制。目前还有一种较为成熟的测量方法是近红外光谱分析法，与传统的化学分析相比，该方法具有无损伤，无污染，测量时间短等优点，然而受限于高成本，同时大部分试验是在室内条件下进行参数测量和建立模型，与传统方法一样，红外光谱分析法尚未能实现在田间实地实时的测量应用。
基于土壤介电常数特性来检测土壤成分的方法因其实时、快速、无损、简便等特点越来越受到研究人员的关注，频域反射法(FDR)是一种介电法，可用于土壤氮素的测量。频域反射法通过传感器中的LC振荡电路发射一定频率的电磁波，电磁波通过传感器探头传递至土壤中，根据电磁波在土壤中的传播频率来测量土壤中的氮素含量。因此，结合信息技术实现土壤氮含量的快速精准测量有利于农业信息化和机械化的广泛推行，对于我国致力于实行的农业可持续化具有重要的现实意义。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种土壤氮含量检测装置，制作成本低、自变量个数少、计算过程简单，携带方便、操作简便、测量时间短，测量结果较精确，适用于大批量采样检测，可以作为普通农业生产中土壤的含氮量快速检测使用。
根据本实用新型实施例的一种土壤氮含量检测装置，包括土壤氮含量传感器、微处理控制器、GPRS/GSM通信模块；
所述土壤氮含量传感器用于输出模拟的氮含量信号，包括高频震荡信号源、传感器探针、检波电路单元，所述高频震荡信号源通过传输线与传感器探针连接，所述传感器探针为两个平行板金属电极，所述传输线与检波电路单元连接，检波电路单元用于检测到传输线上的驻波后将其转换成对应的电压信号；
所述微处理控制器内置有A/D转换器，所述检波电路单元的输出端通过A/D转换器与微处理控制器的输入端连接；
所述GPRS/GSM通信模块通过串行通信接口与微处理控制器双向连接，通过GPRS模式将所有信息实时传输给远程数据中心，由数据中心进行进一步的处理和应用，或通过GSM模式将所有信息发送给手机用户。
在本实用新型的一些实施例中，还包括显示模块，所述显示模块的输入端与微处理控制器的输出端连接。
在本实用新型的一些实施例中，所述高频震荡信号源采用100MHZ的有源石英晶振。
在本实用新型的一些实施例中，所述微处理控制器的型号为STC12C5A60S2。
在本实用新型的另一些实施例中，所述GPRS/GSM通信模块的型号为SIM100。
在本实用新型的另一些实施例中，所述串行通信接口为RS232接口。
在本实用新型的再一些实施例中，还包括按键，所述按键与微处理控制器的输入端连接。
本实用新型中，电路中选用频率为100MHZ的有源石英晶振的恒定高频正弦信号作为振荡信号源，传输线先将信号传入两个平行板金属电极，通过两个平行板金属电极传送到被测土壤内，再反射回电极并到达传输线上，驻波的形成则是因为反射信号在传输线上的叠加，检波电路单元检测到传输线上的驻波后将其转换成对应的电压信号，通过A/D转换器将模拟信号转换后传输到微处理控制器中完成数据处理，通过GPRS/GSM通信模块将所有信息实时传输给远程数据中心，由数据中心进行进一步的处理和应用，或将所有信息发送给手机用户，制作成本低、自变量个数少、计算过程简单，携带方便、操作简便、测量时间短，测量结果较精确，适用于大批量采样检测，可以作为普通农业生产中土壤的含氮量快速检测使用。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型提出的一种土壤氮含量检测装置的原理框图。
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。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
参照图1，一种土壤氮含量检测装置，包括土壤氮含量传感器、微处理控制器、GPRS/GSM通信模块；土壤氮含量传感器用于输出模拟的氮含量信号，包括高频震荡信号源、传感器探针、检波电路单元，高频震荡信号源通过传输线与传感器探针连接，传感器探针为两个平行板金属电极，传输线与检波电路单元连接，检波电路单元用于检测到传输线上的驻波后将其转换成对应的电压信号，传感器在进行测量时其传感器探针的等效阻抗会被传感器探针附近的被测土壤中的元素影响而产生变化，此时传感器探针中的等效阻抗不等于传输线中的阻抗，阻抗差的产生使得一部分信号通过传感器探针和传输线送入高频震荡信号源，返回的信号波与高频震荡信号源发射的信号波在传输线上叠加后便产生了驻波，传感器的输出电压便是将从传输线的两端取得的驻波信号进行分析处理后最终输出形成的；微处理控制器内置有A/D转换器，检波电路单元的输出端通过A/D转换器与微处理控制器的输入端连接；GPRS/GSM通信模块通过串行通信接口与微处理控制器双向连接，通过GPRS模式将所有信息实时传输给远程数据中心，由数据中心进行进一步的处理和应用，或通过GSM模式将所有信息发送给手机用户，便于及时了解土壤含氮量情况；还包括电源模块，电源模块用于给上述各模块进行供电，采用可充电的锂电池作为电源模块，具体的本实施例中采用18650锂电池，外接充电器。
在本实用新型的一些实施例中，还包括显示模块，显示模块的输入端与微处理控制器的输出端连接，用于显示土壤氮含量信息和时间等相关信息，采用型号为DMF6137NB-EW的LCD显示屏。
在本实用新型的一些实施例中，由于石英晶振的外部电路比由电感电容和三极管组成的传统LC振荡回路的电路结构更简单体积更小，而且准确度和输出信号的质量都更高，故高频震荡信号源采用100MHZ的有源石英晶振。
在本实用新型的一些实施例中，微处理控制器的型号为STC12C5A60S2，是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，它是一种高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),通过内置的A/D转换器将模拟电压信号转换为数字信号，并按照预设的计算函数进行数据处理，将土壤氮含量信息和时间等相关信息在LCD上显示。
在本实用新型的另一些实施例中，GPRS/GSM通信模块的型号为SIMCOM公司的SIM100，内置TCP/IP协议，支持AT指令，并将指令和数据帧发送至GPRS/GSM电路，实现GPRS与Tnternet的网络连接和数据传输。
在本实用新型的另一些实施例中，串行通信接口为RS232接口，RS232由于其价格低廉、功能实现简便等优点现在被广泛应用于通信电路中。RS232采用的是串行通信，所谓串行通信是指数据信息从发送器传输到接收器的过程是在两根数据线上以二进制位移动从而实现的。
在本实用新型的再一些实施例中，还包括按键，按键与微处理控制器的输入端连接，通过按键选择信息发送模式，按协议将土壤氮含量信息和时间等相关信息打包，通过串行通信接口以GPRS或GSM模式进行通信联络和数据传输。
电路中选用频率为100MHZ的有源石英晶振的恒定高频正弦信号作为振荡信号源，传输线先将信号传入两个平行板金属电极，通过两个平行板金属电极传送到被测土壤内，再反射回电极并到达传输线上，驻波的形成则是因为反射信号在传输线上的叠加，检波电路单元检测到传输线上的驻波后将其转换成对应的电压信号，通过A/D转换器将模拟信号转换后传输到微处理控制器中完成数据处理，通过GPRS/GSM通信模块将所有信息实时传输给远程数据中心，由数据中心进行进一步的处理和应用，或将所有信息发送给手机用户，制作成本低、自变量个数少、计算过程简单，携带方便、操作简便、测量时间短，测量结果较精确，适用于大批量采样检测，可以作为普通农业生产中土壤的含氮量快速检测使用。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种土壤氮含量检测装置，其特征在于：包括土壤氮含量传感器、微处理控制器、GPRS/GSM通信模块；
所述土壤氮含量传感器用于输出模拟的氮含量信号，包括高频震荡信号源、传感器探针、检波电路单元，所述高频震荡信号源通过传输线与传感器探针连接，所述传感器探针为两个平行板金属电极，所述传输线与检波电路单元连接，检波电路单元用于检测到传输线上的驻波后将其转换成对应的电压信号；
所述微处理控制器内置有A/D转换器，所述检波电路单元的输出端通过A/D转换器与微处理控制器的输入端连接；
所述GPRS/GSM通信模块通过串行通信接口与微处理控制器双向连接，通过GPRS模式将所有信息实时传输给远程数据中心，由数据中心进行进一步的处理和应用，或通过GSM模式将所有信息发送给手机用户。
2.根据权利要求1所述的一种土壤氮含量检测装置，其特征在于：还包括显示模块，所述显示模块的输入端与微处理控制器的输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种土壤氮含量检测装置，其特征在于：所述高频震荡信号源采用100MHZ的有源石英晶振。
4.根据权利要求1所述的一种土壤氮含量检测装置，其特征在于：所述微处理控制器的型号为STC12C5A60S2。
5.根据权利要求1所述的一种土壤氮含量检测装置，其特征在于：所述GPRS/GSM通信模块的型号为SIM100。
6.根据权利要求1所述的一种土壤氮含量检测装置，其特征在于：所述串行通信接口为RS232接口。
7.根据权利要求1所述的一种土壤氮含量检测装置，其特征在于：还包括按键，所述按键与微处理控制器的输入端连接。
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