CN207798160U - 一种双防水智能土壤温湿度传感器及检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种双防水智能型土壤温湿度传感器，该传感器内置单片机控制器、数字温湿度传感器芯片、总线驱动芯片，能够将实时采集土壤温湿度原始数据进行数字滤波和标度变换处理以数字化数据输出，经标准总线传输至工作站，传感器还可以接收并存储用户指令，用于配置传感器的工作状态。传感器的防水处理设置了PE材质壳体和使用硅橡胶保护线路板，在不影响检测的同时阻止液态水腐蚀传感器敏感元件，可以稳定、灵活地对土壤温湿度参数进行实时检测，延长传感器寿命，提高检测效率。应用本传感器连接到工作站组成的多传感器检测网络系统，可以针对不同植物对环境的不同要求设置多个检测传感器，提供绿植培育过程中环境参数优化的有力参考。

Description

一种双防水智能土壤温湿度传感器及检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，尤其涉及一种具有双防水功能的智能的土壤温湿度传感器及检测系统。

背景技术

近年来，景观绿化种植越来越受到人们的青睐。因其融合了设计、装饰、娱乐、健身、休闲、欣赏、教育等多方面元素，正成为越来越多的现代人所提倡的时尚休闲活动。同时，庭院绿化作为一个新亮点营运而生，从而引发了居民对景观绿化种植的热情，其巨大需求已经开启。目前对于绿植的种植与养护依旧以人工为主，种植过程一般较为粗放，以人们的经验数据为主。大规模的种植园区一般可以进行专业培育，但是个人用户经验有限，很容易将绿植“养死”；而高档装饰绿植则需要人定期维护，对于人力的消耗比较大，而且维护周期比较长，工作量较大。

鉴于以上现状，目前也有很多研究，尤其是针对土壤内部温湿度参数的检测。土壤的温度和湿度是影响植物生长的关键因素，市场上目前也存在部分土壤温度和湿度的测量设备，但它们要么结构复杂、成本较高，要么安装使用不方便，只适合农业研究所或工厂使用，这些都限制了土壤温度和湿度测量设备的应用范围。目前的传感器无论是电阻式还是电容式的都以模拟传感器为主，通用性比较差，不能够对数据进行滤波处理和标度变换，输出接口也并非统一标准，很难将不同厂家的非标传感器集成到一起；而且在土壤参数检测时，常常被土壤所腐蚀，寿命较短。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种具有双防水功能的智能土壤温湿度传感器，其内部采用数字传感器连接控制器芯片更加智能化，结构简单体积小，便于使用操作，并且采用多重防水保护可以使本传感器可以长时间在腐蚀性较高的土壤中稳定工作。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种双防水智能土壤温湿度传感器，包括壳体和设置在所述壳体内的智能土壤温湿度传感器芯片,所述智能土壤温湿度传感器芯片包括单片机控制器、数字温湿度传感器芯片和总线接口芯片，所述数字温湿度传感器芯片与单片机控制器连接，所述单片机控制器与总线接口芯片连接。

进一步的，所述数字温湿度传感器芯片与单片机控制器采用标准的内部数字总线I²C总线连接。

进一步的，所述总线接口芯片为RS-485总线接口芯片。

进一步的，所述壳体为PE材质。

进一步的，所述壳体外设置保护罩，所述保护罩上有通孔。所述保护罩和壳体的配合采用现有的配合方式，可以为过盈配合，也可以在壳体和保护罩之间设置螺纹通过螺纹连接。设置保护罩的目的是在测量时减少土壤对壳体的损坏，保护罩上设置通孔，在测量土壤温湿度时所述壳体通过保护罩的通孔与土壤接触，保证测量的准确性。

进一步的，除所述数字温湿度传感器芯片检测温湿度的感应部分外，所述智能土壤温湿度传感器芯片其余的线路板部分使用硅橡胶材料灌封。

进一步的，所述一种双防水智能土壤温湿度传感器还包括数据输出线缆，所述数据输出线缆通过线缆防水接头引出,所述壳体与线缆防水接头连接。

采用所述的一种双防水智能土壤温湿度传感器的检测系统，包括所述一种双防水智能土壤温湿度传感器和工作站，所述工作站通过数据总线与所述双防水智能土壤温湿度传感器连接，根据选择的数据总线类型和实际需要测量的节点设置传感器的数量形成多传感器检测系统。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型提出的双防水智能土壤温湿度传感器的智能化，本传感器内置单片机控制器和数字温湿度传感器芯片，能够将实时采集到的土壤温湿度原始数据进行数字滤波和标度变换处理并以数字化的数据输出，使得数据输出后能够直接被工作站采用，不需要再进行处理，以降低工作站运算负担。另一方面，本传感器通过设置单片机控制器具有数据存储、记忆与信息处理功能。本传感器采用标准接口输出，可以与不同厂家的不同设备连接，通用性强。本传感器结构简单，体积小，使用方便。

(2)本实用新型提出的双防水智能土壤温湿度传感器采用双防水的处理工艺。由于数字传感器并不能够直接应用于高湿度场合的参数检测，而需要进行特殊的防水处理工艺以适应土壤参数检测需要。本实用新型采用了防水处理，壳体采用PE材质，PE材质的外壳可以有效防水但是不影响土壤湿度的检测，壳体内部采用硅橡胶防水材料保护线路部分，数据输出线缆通过尼龙防水接头引出以保护数据输出线缆连接处不渗水。经过以上防水处理，传感器可以在腐蚀性较高的土壤中长时间稳定工作，寿命较长，甚至泡到水里都不会损坏。在壳体外设置了带有通孔的保护罩减少测量时对PE材质壳体的磨损，并且不影响土壤温度湿度的测量。

(3)本实用新型提出的基于双防水智能土壤温湿度传感器的检测系统，应用本传感器连接到工作站组成多传感器检测网络系统，可以针对不同植物对环境的不同要求设置多个检测传感器，提供绿植培育过程中环境参数优化的有力参考。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是双防水智能土壤温湿度传感器内部结构图；

图2是双防水智能土壤温湿度传感器结构示意图；

图3是单片机引脚图；

其中，1、数字传感器芯片；2、单片机控制器；3、RS-485总线接口芯片；4、智能土壤温湿度传感器芯片；5、壳体；6、保护罩；7、金属固定螺柱；8、线缆防水接头；9、通孔。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下述实施例为本申请的一种典型的实施方式，如图1所示基于双防水设计的智能土壤温湿度传感器内部结构图，设置在壳体5内部的智能土壤温湿度传感器芯片4包括数字传感器芯片1、单片机控制器2和RS-485总线接口芯片3。所述数字传感器芯片1监测土壤温湿度，单片机控制器2与数字传感器芯片1间采用标准的内部数字总线I²C总线连接，I²C总线两线分别为SCL和SDA，在单片机控制器2中对监测的原始数据进行滤波、标度变换等预处理操作。单片机控制器2与RS-485总线接口芯片3采用标准UART接口共地连接，两线分别为RXD和TXD。本实施例中的数据输出线缆由两对导线构成，分别为RS-485总线的一对信号线A和B，外接直流电源的一对供电线5VDC和GND。本实施例中RS-485总线采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点，可实现上位机工作站同时对多个点位的温湿度智能检测。

本实施例中单片机控制器2选择宏晶公司(STC)的产品STC15W202S单片机，引脚图如图3所示，该单片机控制器芯片体积小，适合在小体积的传感器内使用，而且内部带有晶振，储存空间大，工作时稳定性较高。数字传感器芯片1选用SHT10温湿度传感器，该传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。因此，该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高、体积小等优点。RS-485总线接口芯片3选用MAX13487总线驱动芯片，该芯片具有热插拔功能，可以消除上电或热插入时总线上的故障瞬态信号，而且自动双向通信，不需配置另外的I\O口,使用更加方便。

如图2所示为双防水智能土壤温湿度传感器结构示意图，双防水智能土壤温湿度传感器包括：智能土壤温湿度传感器芯片4、壳体5、保护罩6、金属固定螺柱7、线缆防水接头8。

本实施例的壳体5采用PE材质，直径10～60um的微粒可以通过PE材质，一般水颗粒都无法通过PE材质壳体5进入到传感器内部，而水分子则畅通无阻，所以此外壳可以有效防水但是不影响传感器采集湿度参数。壳体5内设置智能土壤温湿度传感器芯片4，除数字温湿度传感器芯片感应部分即检测温湿度的敏感元件外，其余的线路板部分使用硅橡胶材料灌封。数据输出线缆通过线缆防水接头8引出以保护线缆连接处不渗水，本实施例中选用尼龙防水接头葛兰锁头，线缆防水接头8通过带有内螺纹的金属固定螺柱7与壳体5连接。壳体5外设置了保护罩6，所述保护罩6上有通孔9，设置通孔9的形式可以有很多种，本实施例中设置的通孔为矩形，所述保护罩6和壳体5的配合采用现有技术中的配合方式，可以为过盈配合，也可以在壳体和保护罩之间设置螺纹通过螺纹连接。设置保护罩的目的是在测量时减少土壤对壳体5的损坏，保护罩上设置通孔9，在测量土壤温湿度时所述壳体5通过保护罩6的通孔9与土壤接触，保证测量的准确性。测量时双防水智能土壤温湿度传感器插入土壤中，所述壳体5通过保护罩6的通孔9与土壤接触，智能土壤温湿度传感器芯片4对土壤温湿度参数进行采集。

采用所述的一种双防水智能土壤温湿度传感器的检测系统，包括所述一种双防水智能土壤温湿度传感器和工作站，所述工作站通过数据总线与所述双防水智能土壤温湿度传感器连接，根据选择的数据总线类型和实际需要测量的节点设置传感器的数量形成多传感器检测系统。本实施例中选择RS-485总线采用两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点，可实现上位机工作站同时对多个点位的温湿度智能检测，应用本传感器连接到工作站组成的多传感器检测网络系统，可以针对不同植物对环境的不同要求设置多个检测传感器，提供绿植培育过程中环境参数优化的有力参考。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种双防水智能土壤温湿度传感器，其特征在于，包括壳体和设置在所述壳体内的智能土壤温湿度传感器芯片,所述智能土壤温湿度传感器芯片包括单片机控制器、数字温湿度传感器芯片和总线接口芯片，所述数字温湿度传感器芯片与单片机控制器连接，所述单片机控制器与总线接口芯片连接。

2.根据权利要求1所述的一种双防水智能土壤温湿度传感器，其特征在于：所述数字温湿度传感器芯片与单片机控制器采用标准的内部数字总线I²C总线连接。

3.根据权利要求1所述的一种双防水智能土壤温湿度传感器，其特征在于：所述总线接口芯片为RS-485总线接口芯片。

4.根据权利要求1所述的一种双防水智能土壤温湿度传感器，其特征在于：所述壳体为PE渗透膜材质。

5.根据权利要求4所述的一种双防水智能土壤温湿度传感器，其特征在于:所述壳体外设置保护罩，所述保护罩上有通孔。

6.根据权利要求1所述的一种双防水智能土壤温湿度传感器，其特征在于：除所述数字温湿度传感器芯片检测温湿度的感应部分外，所述智能土壤温湿度传感器芯片其余的线路板部分使用硅橡胶材料灌封。

7.根据权利要求1-6任一项权利要求所述的一种双防水智能土壤温湿度传感器，其特征在于，还包括数据输出线缆，所述数据输出线缆通过线缆防水接头引出,所述壳体与线缆防水接头连接。

8.采用权利要求7所述的一种双防水智能土壤温湿度传感器的检测系统，其特征在于，包括所述一种双防水智能土壤温湿度传感器和工作站，所述工作站通过数据总线与所述双防水智能土壤温湿度传感器连接，根据选择的数据总线类型和实际需要测量的节点设置传感器的数量形成多传感器检测系统。