CN206540901U - 一种远程土壤智能监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种远程土壤智能监测系统，包括智能监测终端本体、存储箱体，太阳能供电单元、屏蔽线、传感器探头、发射天线、接收天线和远程服务器，在智能监测终端本体的顶面设置有信号检测接口，该屏蔽线的一端穿过存储箱体与信号检测接口连接，屏蔽线的另一端与设置在土壤中的传感器探头连接，在存储箱体上设置有发射天线，发射天线与智能监测终端本体通信连接，发射天线与接收天线无线通信连接，接收天线与远程服务器通信连接，太阳能供电单元电源线与存储箱体上的供电接口连接并为智能监测终端本体提供工作电源。本实用新型本实用新型能够对土壤进行快速检测分析并将检测结果传输至远程服务器，而且还大幅提高了远程监控的续航性。
Description
技术领域
本实用新型涉及土壤检测技术领域，尤其涉及一种远程土壤智能监测系统。
背景技术
随着我国经济的高速发展和城市化、工业化、农业化进程的加快，土壤在社会经济快速发展伴生的环境问题也日益突出，生产过程中由于操作或管理不当，导致越来越多的土壤遭受不同程度的污染，土壤污染具有隐蔽性、滞后性和长期性，土壤中的污染物通过根系作用进入植物中，植物的生长受到抑制，土壤的污染对工农业生产和人体健康也将直接或间接的危害已开始显露，因此对污染土壤治理已迫在眉睫。
对于传统的土壤的测量和研究中，土壤的测量方法是对土壤进行取样后送专业的实验室进行检测，因此不能及时对周围环境的土壤参数进检测，从而使土壤再送检的过程中往往会受到污染而造成很大的检测误差，使土壤检测不准确，不能达到预期的检测效果。在土壤检测中，一方面，土壤检测人员需要携带大量仪器到土壤监测环境中进行实地考察和检测，给检测人员的，且部分仪器无法单独完成测量，给检测人员带来的大量工作且费时费力，另一方面，土壤测量完成后需测量人员进行统一整理上传，而且容易导致人为纰漏。为此，为了实现土壤测量信息的便捷化采集和自动化管理，研究一种远程智能监测系统对土壤进行测量具有重要的实践意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种土壤采样检测计，根据本实用新型的收集处理装置能够实现同时完成土壤采样、收集和对土壤进行定时检测分析，为后续取样提供了方便，其结构简单，操作使用方便，可以快速采集制定深度的土壤样品，为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
根据本发实用新型的一个方面，提供了一种远程土壤智能监测系统，包括智能监测终端本体、存储箱体，太阳能供电单元、屏蔽线、传感器探头、发射天线、接收天线和远程服务器，在所述智能监测终端本体的顶面设置有信号检测接口，该屏蔽线的一端穿过存储箱体与信号检测接口连接，屏蔽线的另一端与设置在土壤中的传感器探头连接，在存储箱体上设置有发射天线， 所述发射天线与所述智能监测终端本体通信连接，所述发射天线与接收天线无线通信连接，所述接收天线与远程服务器通信连接，所述太阳能供电单元电源线与存储箱体上的供电接口连接并为智能监测终端本体提供工作电源。
优选的，所述智能监测终端本体包括设置在所述智能监测终端本体正面的显示屏，以及在智能监测终端本体内部设置的数据处理器模块，以及在所述智能监测终端本体的左侧面设置有信号检测切换开关，在所述智能监测终端本体左侧面的信号检测切换开关两端设置有充电接口和音频视频输出口，在所述智能监测终端本体的背面的上方和下方分别设置有摄像头和无线通信模块，所述无线通信模块设置在智能监测终端本体背面的底端，所述智能监测终端本体的右侧面设置有电源开关和音量调节开关，背面设置还有外置扬声器、TF卡槽、SIM卡槽和锂电池，所述数据处理器模块分别与显示屏、充电接口、音量调节开关、光学摄像头、TF卡槽、SIM卡槽和无线通信模块电气连接，所述音量调节开关与外置扬声器电气连接，所述外置扬声器设置在所述光学摄像头的侧上方，所述锂电池通过电源开关为整个智能采集终端提供备用电源。
优选的，所述无线通信模块为GPS通信模块、WiFi通信模块、GSM通信模块、GPRS通信模块和RFID通信模块中的两种或两种以上；所述数据处理器模块(100)包括信号放大单元、CPU核处理器单元、DSP核处理器单元和通信协议处理器单元。
优选的，所述信号检测接口的数量不少于2个，该信号检测接口为BCN接口。
优选的，所述传感器探头的呈T字型设置，其下端为尖端部，上端为信号输出端，在感器探头内从下至上依次设置有探针和传感器电路，在信号输出端的外部固设置有信号处理座，在所述信号处理座内设置有信号调理电路，在所述信号处理座的表面至少设置有两个信号输出接头，所述探针与所述传感器电路连接，所述传感器电路采集的信号经过信号输出端通过信号线连接至信号调理电路，该信号调理电路输出的信号通过信号线与信号输出接头连接。
优选的，所述传感器电路为数量至少为两个，在每个传感器电路之间还填充有绝缘屏蔽层。
优选的，所述传感器电路为土壤湿度量传感器、温度传感器、pH值传感器，土壤盐度传感器、土壤导电率传感器、土壤硬度传感器中的两个或两个 以上。
优选的，所述探针呈为螺旋状形或U形设置，该探针数量至少为2根且每根探针之间的距离为4mm～8mm，每根探针的长度为80mm～120mm。
优选的，太阳能供电单元包括太阳能电池板、太阳能控制器、太阳能储能电池、线性稳压电路和稳压输出电路，所述太阳能电池板依次通过太阳能控制器与太阳能充电电池连接，所述太阳能控制器的输出端与通过线性稳压电路、稳压输出路与存储箱体上的供电接口连接并为智能监测终端本体提供工作电源。
优选的，所述稳压输出电路包括电感L、直流变换器S、续流二极管D1、电容C1、稳压器T1和电容C2，所述电感L的一端与线性稳压电路连接，所述直流变换器S的一端与续流二极管D1的阳极并联连接后再与电感L的另一端连接，所述直流变换器S的另一端与地连接，所述续流二极管D1的阴极分别与电容C1的正极和稳压器T1的输入端连接，所述稳压器T1的输入端的输出端与电容C2的正极、供电接口的连接，电容C1的负极、电容C2的负极、稳压器T1的负极分别与直流变换器S的地连接。
本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：
(1)、本实用新型能对土壤进行快速检测分析，所采样的土壤为后续分析提供了方便，本实用新型的结构简单，操作使用方便，将传感器探头插入土壤中可以快速采集制定深度的土壤样品，减少了对地表植被造成的破坏性。减少人为下压检测计的力量。
(2)、本实用新型小巧便携，操作简单，应用广泛，通传感器探头可以提高土壤信息采集的准确率和效率，同时检测人员可随身携带本采集终端进行土壤检测。
(3)、本实用新型通过无线通信模块与远程服务器进行实时通信，实现土壤检测数据的自动化上传和管理，便于管理部门对土壤检测数据的管理和治理工作的有效开展。
(4)、本实用新型将光能转换电能的转换电路，有效改进了土壤监测的电源供应及储能方面的局限，大幅提高了远程检测监控的续航性；可提高系统的电能储备和供电的稳定性；所述太阳能储能电池采用12V碱性镍镉蓄电池，太阳能电池板采用12V多晶硅电池组件，所述太阳能控制器可视具体情况实现两组输出电源，一组为5V、100mA持续输出，另一组12V、500mA间断输出。
附图说明
图1是本实用新型的一种手持式土壤测量智能终端的正面结构示意图；
图2是本实用新型的左面结构示意图；
图3是本实用新型的右面结构示意图；
图4是本实用新型的背面结构示意图；
图5是本实用新型的内部电路控制连接原理图；
图6是本实用新型的传感器探头的结构示意图；
图7是本实用新型的太阳能供电单元的原理图；
图8是本实用新型的稳压输出电路的原理图；
附图中，1-本体，2-显示屏，3-信号检测接口，4-屏蔽线，5-传感器探头，6-信号检测切换开关，7-充电接口，8-音频视频输出口，9-光学摄像头，10-电源开关，11-音量调节开关，12-外置扬声器，13-TF卡槽，14-SIM卡槽，15-锂电池，20-无线通信模块，50-尖端部，51-信号输出端，52-探针，53-传感器电路，54-信号处理座，55-绝缘屏蔽层，100-数据处理器模块，200-存储箱体，201-发射天线，202-接收天线，300-太阳能供电单元，3001-太阳能电池板，3002-太阳能控制器，3003-太阳能储能电池，3004-线性稳压电路，3005-稳压输出电路，400-远程服务器，510-信号调理电路，511-信号输出接头。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。
如图1所示，根据本实用新型的一种远程土壤智能监测系统，包括智能监测终端本体1、存储箱体200，太阳能供电单元300、屏蔽线4、传感器探头5、发射天线201、接收天线202和远程服务器400，在所述智能监测终端本体1的顶面设置有信号检测接口3，该屏蔽线4的一端穿过存储箱体200与信号检测接口3连接，所述信号检测接口3的数量不少于2个，该信号检测接口3为BCN接口，屏蔽线4的另一端与设置在土壤中的传感器探头5连接，在存储箱体200上设置有发射天线201，所述发射天线201与所述智能监测终端本体1通信连接，所述发射天线201与接收天线202无线通信连接，所述接收天线202与远程服务器400通信连接，所述太阳能供电单元300电源线 与存储箱体200上的供电接口203连接并为智能监测终端本体1提供工作电源。在本实用新型中，所述智能监测终端本体1包括设置在所述智能监测终端本体1正面的显示屏2，以及在智能监测终端本体1内部设置的数据处理器模块100，以及在所述智能监测终端本体1的左侧面设置有信号检测切换开关6，该信号检测切换开关6用于不同类型的传感器探头5进行匹配检测切换，在所述智能监测终端本体1左侧面的信号检测切换开关6两端设置有充电接口7和音频视频输出口8，在所述智能监测终端本体1的背面的上方和下方分别设置有摄像头9和无线通信模块20，所述无线通信模块20设置在智能监测终端本体1背面的底端，所述智能监测终端本体1的右侧面设置有电源开关10和音量调节开关11，背面设置还有外置扬声器12、TF卡槽13、SIM卡槽14和锂电池15，所述数据处理器模块100分别与显示屏2、充电接口7、音量调节开关11、光学摄像头9、TF卡槽13、SIM卡槽14和无线通信模块20电气连接，所述音量调节开关11与外置扬声器12电气连接，所述外置扬声器12设置在所述光学摄像头9的侧上方，用于获取土壤检测周围环境的视频数据。在本实用新型中，在阳光充足的时候使用太阳能供电单元300为整个智能采集终端提供电源，阳光不充足且太阳能供电单元300供电不足时，使用备用电源供电，即使用所述锂电池15通过电源开关10为整个智能采集终端提供电源。在本实用新型中，为了通过无线通信模块20与外部的远程服务器400进行无线连接实现数据交换，所述无线通信模块20为GPS通信模块、WiFi通信模块、GSM通信模块、GPRS通信模块和RFID通信模块中的两种或两种以上，通过GPS通信模块获取土壤周围的地理位置、传感器探头5检测的土壤数据、光学摄像头9拍摄的视频数据经过数据处理器模块100分析处理后，再通过WiFi通信模块、GSM通信模块或GPRS通信模块与远程服务器400进行数据交换，实现了土壤测量数据的及时上传、数据交换；所述数据处理器模块100包括信号放大单元、CPU核处理器单元、DSP核处理器单元和通信协议处理器单元，信号放大单元为运算比较放大电路对传感器探头传输来的信号进行放大和滤波处理，所述CPU核处理器单元为ARM系列单片机处理器，通过CPU核处理器单元和DSP核处理器单元进行分析和运算处理，然后通过通信协议处理器单元进行通信协议转换后与远程服务器400进行有线连接实现数据交换。
在本实用新型中，如图6所示，所述传感器探头5的呈T字型设置，其下端为尖端部50以便于传感器探头5能顺利插入土壤中，上端为信号输出端 51，在感器探头5内从下至上依次设置有探针52和传感器电路53，在信号输出端51的外部固设置有信号处理座54，在所述信号处理座54内设置有信号调理电路510，在所述信号处理座54的表面至少设置有两个信号输出接头511，所述探针52与所述传感器电路53连接，在本实用新型中，所述信号调理电路510包括比较运算放大器、A/D转换器和单片机处理器和信号转换电路(未图示)，传感器电路53采集的土壤信经过比较运算放大器进行放大、数字转换和单片机处理器进行分析处理后，单片机处理器输出的数据经过信号转换电路(RS232电平转换或平衡转换)，再经过屏蔽线输入至智能监测终端本体1，所述传感器电路53采集的信号经过信号输出端51通过信号线连接至信号调理电路510，该信号调理电路510输出的信号通过信号线与信号输出接头511连接，在本实用新型中，所述探针52呈螺旋状形或U形设置可增大探针52检测土壤的有效面积，该探针52数量至少为2根且每根探针52之间的距离为4mm～8mm，每根探针52的长度为80mm～120mm，探针52提高了土壤检测的灵敏度，较快地反应了土壤的变化情况，增加了传感器电路53采样数据信号的强度以及信号输出的可靠性，能够实现进行连续测量，及时动态反映土壤中水分、湿度、pH值或导电率的变化情况。所述传感器电路53采集的信号经过信号输出端51通过信号线连接至信号调理电路510，该信号调理电路510输出的信号通过信号线与信号输出接头511连接，该信号输出接头511为BCN接口，在本实用新型中，所述传感器电路53为数量至少为两个，在每个传感器电路53之间还填充有绝缘屏蔽层55防止传感器电路之间相互干扰，绝缘屏蔽层55的材料为聚四氟乙烯，所述传感器电路53为土壤湿度量传感器、温度传感器、pH值传感器，土壤盐度传感器、土壤导电率传感器、土壤硬度传感器中的两个或两个以上。
在本实用新型中，如图7所示，太阳能供电单元300包括太阳能电池板3001、太阳能控制器3002、太阳能储能电池3003、线性稳压电路3004和稳压输出电路3005，所述太阳能电池板3001依次通过太阳能控制器3002与太阳能充电电池3003连接，所述太阳能控制器3002的输出端与通过线性稳压电路3004、稳压输出路3005与存储箱体200上的供电接口203连接并为智能监测终端本体(1)提供工作电源，所述线性稳压电路3004利用MAX770型升压式DC/DC变换器的高速脉冲频率调制、可预置、可调升压式电源变换器，通常可输出10～1000mA的电流。如图8所示，所述稳压输出电路3005包括电感L、直流变换器S、续流二极管D1、电容C1、稳压器T1和电容C2，所 述电感L的一端与线性稳压电路连接，所述直流变换器S的一端与续流二极管D1的阳极并联连接后再与电感L的另一端连接，所述直流变换器S的另一端与地连接，所述续流二极管D1的阴极分别与电容C1的正极和稳压器T1的输入端连接，所述稳压器T1的输入端的输出端与电容C2的正极、供电接口203的连接，电容C1的负极、电容C2的负极、稳压器T1的负极分别与直流变换器S的地连接。在本实用新型中，所述稳压输出电路3005能够针对太阳能控制器3002的输出电压以及智能监测终端本体1的负载电流的变化情况，对电感L储能或电容C1充电进行适时调整。当直流变换器S短路时，电流通过电感L而储能，电压极性是左正右负；并使续流二极管D1截止；当直流变换器S开路时，电感L产生反向电动势，电压极性是左负有正；并使续流二极管D1导通，电感L上储存的电荷经续流二极管D1向负载(智能监测终端本体1)供电，同时对电容C1充电，且直流变换器S频率足够高，可保持稳压输出电路3005的输出电压(Uo)持续稳定；也使得稳压输出电路3005的输入电压保持稳定，即稳压输出电路3005的输入电压(Ui),当Ui>Uo时，对电容C1充电，当Ui<Uo时，电容C1对外放电，通过对电容C1不断进行充放电，可使稳压输出电路3005的输出电压(Uo)对智能监测终端本体1供电保持持续稳定，为使稳压输出电路3005的输出的电压(Uo)保持更加稳定和消除纹波干扰，在电容C1的输出端增加了稳压器T1和滤波电容C2，此时稳压器T1输出的电压(Uo1)所需的直流电压，根据需要采用稳压器T1使用5V～15V的直流稳压器。本实用新型太阳能电池板将所吸收的太阳辐射能量并转化为电能且提供稳定的电源，实现监测装置的低功耗、高效率稳压输出电源，提升监测供电的稳定性；有效改进了土壤监测的电源供应及储能方面的局限，大幅提高了远程监控的续航性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种远程土壤智能监测系统，其特征在于：包括智能监测终端本体(1)、存储箱体(200)，太阳能供电单元(300)、屏蔽线(4)、传感器探头(5)、发射天线(201)、接收天线(202)和远程服务器(400)，在所述智能监测终端本体(1)的顶面设置有信号检测接口(3)，该屏蔽线(4)的一端穿过存储箱体(200)与信号检测接口(3)连接，屏蔽线(4)的另一端与设置在土壤中的传感器探头(5)连接，在存储箱体(200)上设置有发射天线(201)，所述发射天线(201)与所述智能监测终端本体(1)通信连接，所述发射天线(201)与接收天线(202)无线通信连接，所述接收天线(202)与远程服务器(400)通信连接，所述太阳能供电单元(300)电源线与存储箱体(200)上的供电接口(203)连接并为智能监测终端本体(1)提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的一种远程土壤智能监测系统，其特征在于：所述智能监测终端本体(1)包括设置在所述智能监测终端本体(1)正面的显示屏(2)，以及在智能监测终端本体(1)内部设置的数据处理器模块(100)，以及在所述智能监测终端本体(1)的左侧面设置有信号检测切换开关(6)，在所述智能监测终端本体(1)左侧面的信号检测切换开关(6)两端设置有充电接口(7)和音频视频输出口(8)，在所述智能监测终端本体(1)的背面的上方和下方分别设置有摄像头(9)和无线通信模块(20)，所述无线通信模块(20)设置在智能监测终端本体(1)背面的底端，所述智能监测终端本体(1)的右侧面设置有电源开关(10)和音量调节开关(11)，背面设置还有外置扬声器(12)、TF卡槽(13)、SIM卡槽(14)和锂电池(15)，所述数据处理器模块(100)分别与显示屏(2)、充电接口(7)、音量调节开关(11)、光学摄像头(9)、TF卡槽(13)、SIM卡槽(14)和无线通信模块(20)电气连接，所述音量调节开关(11)与外置扬声器(12)电气连接，所述外置扬声器(12)设置在所述光学摄像头(9)的侧上方，所述锂电池(15)通过电源开关(10)为整个智能采集终端提供备用电源。
3.根据权利要求2所述的一种远程土壤智能监测系统，其特征在于：所述无线通信模块(20)为GPS通信模块、WiFi通信模块、GSM通信模块、GPRS通信模块和RFID通信模块中的两种或两种以上；所述数据处理器模块(100)包括信号放大单元、CPU核处理器单元、DSP核处理器单元和通信协议处理器单元。
4.根据权利要求1所述的一种远程土壤智能监测系统，其特征在于：所述信号检测接口(3)的数量不少于2个，该信号检测接口(3)为BCN接口。
5.根据权利要求1所述的一种远程土壤智能监测系统，其特征在于：所述传感器探头(5)的呈T字型设置，其下端为尖端部(50)，上端为信号输出端(51)，在感器探头(5)内从下至上依次设置有探针(52)和传感器电路(53)，在信号输出端(51)的外部固设置有信号处理座(54)，在所述信号处理座(54)内设置有信号调理电路(510)，在所述信号处理座(54)的表面至少设置有两个信号输出接头(511)，所述探针(52)与所述传感器电路(53)连接，所述传感器电路(53)采集的信号经过信号输出端(51)通过信号线连接至信号调理电路(510)，该信号调理电路(510)输出的信号通过信号线与信号输出接头(511)连接。
6.根据权利要求5所述的一种远程土壤智能监测系统，其特征在于：所述传感器电路(53)为数量至少为两个，在每个传感器电路(53)之间还填充有绝缘屏蔽层(55)。
7.根据权利要求5或6所述的一种远程土壤智能监测系统，其特征在于：所述传感器电路(53)为土壤湿度量传感器、温度传感器、pH值传感器，土壤盐度传感器、土壤导电率传感器、土壤硬度传感器中的两个或两个以上。
8.根据权利要求5所述的一种远程土壤智能监测系统，其特征在于：所述探针(52)呈螺旋状形或U形设置，该探针(52)数量至少为2根且每根探针(52)之间的距离为4mm～8mm，每根探针(52)的长度为80mm～120mm。
9.根据权利要求1所述的一种远程土壤智能监测系统，其特征在于：太阳能供电单元(300)包括太阳能电池板、太阳能控制器、太阳能储能电池、线性稳压电路和稳压输出电路，所述太阳能电池板依次通过太阳能控制器与太阳能充电电池连接，所述太阳能控制器的输出端与通过线性稳压电路、稳压输出路与存储箱体(200)上的供电接口(203)连接并为智能监测终端本体(1)提供工作电源。
10.根据权利要求9所述的一种远程土壤智能监测系统，其特征在于：所述稳压输出电路包括电感L、直流变换器S、续流二极管D1、电容C1、稳压器T1和电容C2，所述电感L的一端与线性稳压电路连接，所述直流变换器S的一端与续流二极管D1的阳极并联连接后再与电感L的另一端连接，所述直流变换器S的另一端与地连接，所述续流二极管D1的阴极分别与电容C1的正极和稳压器T1的输入端连接，所述稳压器T1的输入端的输出端与电容C2的正极、供电接口(203)的连接，电容C1的负极、电容C2的负极、稳压器T1的负极分别与直流变换器S的地连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN108802778A (zh) * | 2018-07-30 | 2018-11-13 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种耕地质量等别查询定位装置 |
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| CN114354900A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-04-15 | 广州海睿智能科技股份有限公司 | 一种多层土壤监测仪 |
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