CN211504252U - 无线水田水位与土壤温湿度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于水位及温湿度检测技术领域，涉及一种无线水田水位与土壤温湿度传感器。包括：筒盖、控制筒体以及核心传感模块；所述筒盖包括天线和开关；所述核心传感模块包括水位传感探头、湿度传感探头和温度传感探头；所述控制筒体包括电路板与电池，中心设有水位导管通道；所述电路板包括主控芯片、无线通讯模块与传感电路模块。所述主控芯片采用超低功耗的8位单片机；所述无线通讯模块采用Zigbee无线网络传输；所述传感器电路模块包括湿度采集部分、温度采集部分及水位采集部分。本实用新型具有成本低、精度高、可靠性好等优点，能够实现长久的温湿度及水位的实时在线监测，提高了农业的种植效率，具有较好的应用前景。

Description

无线水田水位与土壤温湿度传感器

技术领域

本实用新型属于水位及温湿度检测技术领域，涉及一种无线水田水位与土壤温湿度传感器。

背景技术

作物生长需要一个合适的环境，温度、湿度和水位是作物正常生长最主要的环境因子。因此，准确实时地掌握水田水位与土壤温湿度资料对农业生产实践具有重要意义。通过水田水位与土壤温湿度的在线实时监测，有利于节约农业投入，保持合适的土壤墒情；有利于指导农户合理灌溉，使得水资源得到有效利用，为农作物生长营造一个良好的环境。

目前市面上的大部分温湿度及水位传感器普遍存在功耗大、成本高、自动化程度低等问题，不适宜在野外长期工作，在农田监测领域的实际应用效果还有待提高。基于此，本实用新型设计一种无线水田水位与土壤温湿度传感器，其具有功耗低、使用寿命长、运行稳定、数据传输实时准确等优点，能够实现较长时间的水田水位及土壤温湿度的在线监测，满足实际生产需要，具有较好的应用前景。

实用新型内容

基于上述，本实用新型的目的在于提供一种能应用于农业中低成本、低功耗、时效性好、安装方便且能远距离多点无线通讯的无线水田水位与土壤温湿度传感器。

本实用新型的技术方案是：

一种无线水田水位与土壤温湿度传感器，其用于无线监测水田水位与土壤温湿度数据，包括：筒盖、控制筒体以及核心传感模块；所述筒盖安装连接于所述控制筒体上端；所述核心传感模块通过卡板连接于所述控制筒体底端；所述筒盖包括开关和天线；所述控制筒体包括电路板与电池，中心设有水位导管通道；所述核心传感模块包括水位传感探头、湿度传感探头和温度传感探头；所述水位传感探头置于所述水位导管内，且下端安装有水位探针；所述湿度传感探头与所述温度传感探头位于所述水位导管下段对侧；所述湿度传感探头底部的两根电阻式合金探针穿过所述核心传感模块底部；所述温度传感探头底部的一根铂探针穿过所述核心传感模块底部，所述铂探针外部套有一金属保护壳，使用防水螺母密封固定；所述电路板包括主控芯片、传感电路模块与无线通讯模块。

所述筒盖上部设有凹陷部分，开关和天线嵌入其中。

所述控制筒体内置安装电池的凹陷部分，筒壁两侧设有一对PCB定位片，后侧安装有电路板。

所述水位导管旁侧对边均设有气压平衡管；所述气压平衡管顶端开有气压平衡孔，其上段与所述水位导管相通，中段固定于所述控制筒体中心，下段与所述温度传感探头外壳和湿度传感探头外壳采用螺栓固定。

所述水位传感探头安装有长短均不相同且数量大于1的水位探针。

所述核心传感模块外部设有基准标识圈用于指示传感器的插入深度，中部设有进水孔。

所述天线与无线通信模块电连接，采用Zigbee网络进行无线传输；湿度信号线和温度信号线分别穿过位于控制筒体底部的两个穿线孔与传感电路模块电连接。

优选地，所述主控芯片采用STM8L051系列超低功耗8位单片机。

优选地，所述水位传感探头安装有6根水位探针，长度均匀分布在10-250mm。

优选地，通过天线可进行多点无线通讯最终将数据上传至目标服务器保存。

优选地，所述铂探针采用Pt100高精度四线铂热电阻。

综上所述，本实用新型的有益效果是：

1.整个传感器结构设计紧凑，不易损坏，对农作物扰动小；

2.可自动切换监测方式，无水时测量湿度，有水时自动切换测量水位；

3.多个传感器同时工作时可自动建立无线传输网络，提高数据传输距离；

4.采用超低功耗的单片机及外围器件，固定的数据采集周期使得传感器大部分时间都工作在休眠低功耗状态，延长了电池的使用时间；

5.本传感器可监测250mm内非连续高度的水位，能满足大部分农业水位领域的使用需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例示出的立体示意图。

图2为本实用新型控制筒体立体结构示意图。

图3为本实用新型核心传感模块的内部剖面图。

图中：1.筒盖；2.控制筒体；3.核心传感模块；4.铂探针；5.合金探针；6.基准标识圈；7.开关；8. 天线；9.PCB定位片；10.电路板；11.水位传感探头；12.主控芯片；13.气压平衡管；14.穿线孔；15.气压平衡孔；16.电池；17.水位探针；18.水位导管；19.湿度信号线；20.湿度传感探头；21.防水螺母；22.温度传感探头；23.进水孔；24.卡板；25.温度信号线。

具体实施方式

现结合附图1——3详细描述本实用新型的实施例，并对本实用新型进一步详细说明。

一种无线水田水位与土壤温湿度传感器，其用于无线监测水田水位与土壤温湿度数据，包括：筒盖1、控制筒体2以及核心传感模块3；所述筒盖1安装连接于所述控制筒体2上端；所述核心传感模块3 通过卡板24连接于所述控制筒体2底端；所述筒盖1包括开关7和天线8；所述控制筒体2包括电路板 10与电池16，中心设有水位导管18通道；所述核心传感模块3包括水位传感探头11、湿度传感探头20 和温度传感探头22；所述水位传感探头11置于所述水位导管18内，且下端安装有水位探针17；所述湿度传感探头20与所述温度传感探头22位于所述水位导管18下段对侧；所述湿度传感探头20底部的两根电阻式合金探针5穿过所述核心传感模块3底部；所述温度传感探头22底部的一根铂探针4穿过所述核心传感模块3底部，所述铂探针4外部套有一金属保护壳，使用防水螺母21密封固定；所述电路板10包括主控芯片12、传感电路模块与无线通讯模块。

所述筒盖1上部设有凹陷部分，开关7和天线8嵌入其中。

所述控制筒体2内置安装电池16的凹陷部分，筒壁两侧设有一对PCB定位片9，后侧安装有电路板10。

所述水位导管18旁侧对边均设有气压平衡管13；所述气压平衡管13顶端开有气压平衡孔15，其上段与所述水位导管18相通，中段固定于所述控制筒体2中心，下段与所述温度传感探头22外壳和湿度传感探头20外壳采用螺栓固定。

所述水位传感探头11安装有长短均不相同且数量大于1的水位探针17。

所述核心传感模块3外部设有基准标识圈6用于指示传感器的插入深度，中部设有进水孔23。

所述天线8与无线通信模块电连接，采用Zigbee网络进行无线传输；湿度信号线19和温度信号线25分别穿过位于控制筒体2底部的两个穿线孔14与传感电路模块电连接。

无线水田水位与土壤温湿度传感器使用步骤如下：

a，将铂探针4与合金探针5竖直插入到待测位置；

b，继续调整传感器位置使得基准标识圈6以下部分全部埋没于土壤中，确保基准标识圈6与周围土地高度在同一平面上，确认后进行加固；

c，打开顶部开关7，传感器开始工作；

d，开始测量温度，湿度或水位，检测值反馈给主控芯片12；

e，重复步骤d，对环境进行多次检测，保证数据的可靠性；

f，主控芯片12对数据进行校验、有效性判断等算法后取均值，经无线通讯模块将水位及温湿度数据发送给远程服务基站；

g，传感器进入休眠状态；

h，根据需要设置采样间隔时间，重复步骤d～g，实现数据的实时监测。

本实用新型中，传感器的原理是：传感电路模块整体分为湿度采集部分、温度采集部分以及水位采集部分。湿度采集部分由湿度探针、分压偏置电路和运算放大器依次连接而成。一对湿度探针使用特殊的金属合金制成，耐酸碱，以模拟电阻的形式得出不同湿度下的电阻率。温度采集部分电路采用恒流源的三线制接法；铂电阻输出引线与仪用放大器AD620的IN-相连，支持测量温度范围-20℃至+70℃，满足绝大多数使用场景。水位采集部分采用多根304不锈钢电极，利用液体的导电性来侦测水位高度，当水位上升至触及电极底端时会产生电位信号，经施密特触发器将水位信号输入到主控芯片处理后即得到对应水位关系。最后经无线通讯传输模块将全部数据发送至远程服务基站进行处理与展示。

上述通过附图所描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制；对于本领域的技术人员而言，可以在不脱离本实用新型的原理和精神下对本实施例进行变型和参数置换，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同确定。

Claims (7)

1.一种无线水田水位与土壤温湿度传感器，其用于无线监测水田水位与土壤温湿度数据，包括：筒盖(1)、控制筒体(2)以及核心传感模块(3)；所述筒盖(1)安装连接于所述控制筒体(2)上端；所述核心传感模块(3)通过卡板(24)连接于所述控制筒体(2)底端；所述筒盖(1)包括开关(7)和天线(8)；所述控制筒体(2)包括电路板(10)与电池(16)，中心设有水位导管(18)通道；所述核心传感模块(3)包括水位传感探头(11)、湿度传感探头(20)和温度传感探头(22)；所述水位传感探头(11)置于所述水位导管(18)内，且下端安装有水位探针(17)；所述湿度传感探头(20)与所述温度传感探头(22)位于所述水位导管(18)下段对侧；所述湿度传感探头(20)底部的两根电阻式合金探针(5)穿过所述核心传感模块(3)底部；所述温度传感探头(22)底部的一根铂探针(4)穿过所述核心传感模块(3)底部，所述铂探针(4)外部套有一金属保护壳，使用防水螺母(21)密封固定；所述电路板(10)包括主控芯片(12)、传感电路模块与无线通讯模块。

2.根据权利要求1所述的无线水田水位与土壤温湿度传感器，其特征在于：所述筒盖(1)上部设有凹陷部分，开关(7)和天线(8)嵌入其中。

3.根据权利要求1所述的无线水田水位与土壤温湿度传感器，其特征在于：所述控制筒体(2)内置安装电池(16)的凹陷部分，筒壁两侧设有一对PCB定位片(9)，后侧安装有电路板(10)。

4.根据权利要求1所述的无线水田水位与土壤温湿度传感器，其特征在于：所述水位导管(18)旁侧对边均设有气压平衡管(13)；所述气压平衡管(13)顶端开有气压平衡孔(15)，其上段与所述水位导管(18)相通，中段固定于所述控制筒体(2)中心，下段与所述温度传感探头(22)外壳和湿度传感探头(20)外壳采用螺栓固定。

5.根据权利要求1所述的无线水田水位与土壤温湿度传感器，其特征在于：所述水位传感探头(11)安装有长短均不相同且数量大于1的水位探针(17)。

6.根据权利要求1所述的无线水田水位与土壤温湿度传感器，其特征在于：所述核心传感模块(3)外部设有基准标识圈(6)用于指示传感器的插入深度，中部设有进水孔(23)。

7.根据权利要求1所述的无线水田水位与土壤温湿度传感器，其特征在于：所述天线(8)与无线通信模块电连接，采用Zigbee网络进行无线传输；湿度信号线(19)和温度信号线(25)分别穿过位于控制筒体(2)底部的两个穿线孔(14)与传感电路模块电连接。

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