CN215866476U

CN215866476U - 一种新型土壤电导率传感器

Info

Publication number: CN215866476U
Application number: CN202120714337.4U
Authority: CN
Inventors: 张金慧; 苗珍; 孟国华
Original assignee: Nanjing Kewo Cloud Computing Information Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Kewo Cloud Computing Information Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-08
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2022-02-18
Anticipated expiration: 2031-04-08

Abstract

本实用新型公开了一种新型土壤电导率传感器，包括：无线接收单元，接收远程发送的电磁波信号，并将接收的电磁波信号传输给土壤溶液检测单元；土壤溶液检测单元，通过接收到的电磁波信号驱动检测单元的运行，并对土壤的电导性进行检测；电导率温度补偿单元，对土壤溶液检测单元出现的温度偏差补偿；电压保护单元，检测各单元的供电电压；无线发射单元，将电压保护单元导通后的土壤检测信号转换为电磁波信号，并发送给远程信号接收设备，本实用新型通过自我检测保护和无线远程控制，既保护了电导率传感器安全，又降低远程传输带来的线路损耗，此外，根据检测时出现的温度变换，进行温度补偿调整，提供检测数据的准确性。

Description

一种新型土壤电导率传感器

技术领域

本实用新型涉及一种检测领域，尤其是一种新型土壤电导率传感器。

背景技术

随着工业不断的发展，污水的排放以及空气的污染也在不断的影响着周围的生态环境，对与土壤中水质的污染来说无法从根本的肉眼观察土壤的水质，进而需要通过土壤检测仪器观察土壤的水质浓度。

现有的土壤湿度传感器，主要通过测量土壤相对含水量，做土壤墒情监测及农业灌溉和林业防护，利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤相对含水量，是一种土壤水分测定仪器；土壤检测时周围的温度变化会对电导率产生影响，而检测时周围温度的高低，会对溶液电导率，以及电导率传感器电极电位，产生一定的影响，导致电导率测量值的精确度，使之出现降低或下降的问题。

实用新型内容

实用新型目的：提供一种新型土壤电导率传感器，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种新型土壤电导率传感器，包括：

无线接收单元，包括电容C2，与所述电容C2一端连接的接收天线，用于接收远程发送的电磁波信号，并将接收的电磁波信号传输给土壤溶液检测单元；

土壤溶液检测单元，包括电压比较器U1，与所述电压比较器U1引脚6连接的电容C3，与所述无线接收单元连接，通过接收到的电磁波信号驱动检测单元的运行，并对土壤的电导性进行检测；

电导率温度补偿单元，包括运算放大器U2，与所述运算放大器U2引脚1连接的电容C6，与所述土壤溶液检测单元连接，用于对土壤溶液检测单元出现的温度偏差补偿；

电压保护单元，包括电阻R4，与所述电阻R4一端连接二极管D3，与无线接收单元和电导率温度补偿单元连接，用于检测各单元的供电电压；

无线发射单元，包括发射器U3，与所述发射器U3引脚3连接的电感L1，与所述电压保护单元和无线接收单元连接，用于将电压保护单元导通后的土壤检测信号转换为电磁波信号，并发送给远程信号接收设备。

在进一步的实施例中，所述无线接收单元包括电容C2、可变电阻RV1、三极管Q1、电容C1、二极管D1、晶闸管D1、电感L1和晶体管X1，其中，所述电容C2一端与接收天线连接；所述电容C2、另一端分别与可变电阻RV1引脚2和三极管Q1集电极端连接；所述三极管Q1发射极端与地线GND连接；所述三极管Q1基极端分别与晶体管 X1一端、电感L1一端和二极管D2正极端连接；所述二极管D2负极端与电感L1另一端连接；所述晶体管X1另一端分别与电容C1正极端和可变电阻RV1引脚1连接；所述电容C1负极端与地线GND连接；所述可变电阻RV1引脚3与晶闸管D1负极端连接；所述晶闸管D1正极端与输入直流电5V连接。

在进一步的实施例中，所述土壤溶液检测单元包括电阻R1、探头接口J1、电容C3、电压比较器U1和电容C4，其中，所述电阻R1一端分别与探头接口J1引脚1和电压比较器U1引脚5连接；所述探头接口J1引脚2分别与电容C3负极端、地线GND和电压比较器U1引脚7连接；所述电压比较器U1引脚4分别与端口IN和电感L1另一端连接；所述电压比较器U1引脚6与电容C3正极端连接；所述电压比较器U1引脚1与电容C4正极端连接；所述电容C4负极端与地线GND连接；电压比较器U1引脚3与电感L1一端连接。

在进一步的实施例中，所述土壤溶液检测单元还包括电位器，所述电位器包括可变电阻RV2和电阻R2，其中，所述电阻R2一端与电阻R1另一端连接；所述电阻R2另一端与可变电阻RV2引脚3连接；所述可变电阻RV2引脚2和引脚3分别与晶闸管D1 负极端和电容C4正极端连接。

在进一步的实施例中，所述电导率温度补偿单元包括电感L2、运算放大器U2、电容C5、电阻R3和电容C6，其中，所述电感L2一端与地线GND连接；所述电感L2 另一端与运算放大器U2引脚3连接；所述运算放大器U2引脚4与电压比较器U1引脚 2连接；所述运算放大器U2引脚5与地线GND连接；所述运算放大器U2引脚1分别与电容C6一端和电阻R3一端连接；所述电阻R3另一端分别与电容C6另一端、电容 C5一端、运算放大器U2引脚2、电容C4正极端连接；所述电容C5另一端与地线GND 连接。

在进一步的实施例中，所述电压保护单元包括电阻R4、二极管D3、二极管D4和三极管Q2，其中，所述电阻R4一端分别与二极管D3正极端、三极管Q2基极端和运算放大器U2引脚1连接；所述电阻R4另一端分别与地线GND、二极管D4正极端和三极管Q2发射极端连接；所述二极管D4负极端与二极管D3负极端连接；所述三极管Q2集电极端与晶闸管D1引脚1连接。

在进一步的实施例中，所述无线发射单元包括发射器U3、电阻R6、电容C9、电阻R5、电容C8、电容C7和晶体管X2，其中，所述发射器U3引脚2与二极管D3负极端连接；所述发射器U3引脚3与电感L1一端连接；所述发射器U3引脚4与晶体管 X2一端连接；所述晶体管X2另一端与地线GND连接；所述发射器U3引脚5分别与电容C8一端、电容C7一端和地线GND连接；所述电容C7另一端分别与电容C8另一端、电阻R5一端、发射器U3引脚6和电阻R1另一端连接；所述电阻R5另一端分别与电容C9一端、电阻R6一端和发射器U3引脚7连接；所述电容C9另一端分别与电阻R6另一端与地线GND连接；所述发射器U3引脚1与发射天线连接。

在进一步的实施例中，三极管Q2和三极管Q1型号均为NPN；发射器U3型号为MICRF102；电压比较器U1型号为LM393；运算放大器U2型号为TLC2272；晶闸管 D1为可关断晶闸管。

有益效果：本实用新型针对土壤溶液检测单元中，检测得到的电导率输出信号存在不稳定现象，得出的溶液电导率会随着温度的变化发生改变，不能够精准地测量出变化情况，由此通过电导率温度补偿单元通过运算放大器U2、电感L2、电容C5、电容C6 和电阻R3组成温度补偿，在传感器进行电极测量、电压信号进行放大通过电阻R3得到的电压阻值，由电导率温度补偿单元处理土壤溶液检测单元输出的电压信号；并通过运算放大器U2进行信号放大，在对土壤进行检测时，若达不到检测时所要求的温度，则进行温度补偿，达到设定的检测温度值，此外，通过无线收发单元的配合减少远程传输的路径布局，在根据电压保护单元使电导率传感器在不同环境下进行自我保护，防止短路造成土壤种植作物受到影响；所以采用硬件电路和温度补偿进行运算，从而进行电导率的温度补偿。

附图说明

图1是本实用新型的智能监控分布图。

具体实施方式

参见图1所示，一种新型土壤电导率传感器，包括：无线接收单元包括电容C2、可变电阻RV1、三极管Q1、电容C1、二极管D1、晶闸管D1、电感L1和晶体管X1。

无线接收单元中所述电容C2一端与接收天线连接；所述电容C2、另一端分别与可变电阻RV1引脚2和三极管Q1集电极端连接；所述三极管Q1发射极端与地线GND 连接；所述三极管Q1基极端分别与晶体管X1一端、电感L1一端和二极管D2正极端连接；所述二极管D2负极端与电感L1另一端连接；所述晶体管X1另一端分别与电容 C1正极端和可变电阻RV1引脚1连接；所述电容C1负极端与地线GND连接；所述可变电阻RV1引脚3与晶闸管D1负极端连接；所述晶闸管D1正极端与输入直流电5V 连接；无线接收单元，通过接收天线将接收的电磁波信号传输给土壤溶液检测单元，并通过晶体管X1进行检波，从接收的信号中检出调制信号，再根据三极管Q1的通断对无线接收单元进行电源管理。

土壤溶液检测单元包括电位器、电阻R1、探头接口J1、电容C3、电压比较器U1 和电容C4。

土壤溶液检测单元中所述电阻R1一端分别与探头接口J1引脚1和电压比较器U1引脚5连接；所述探头接口J1引脚2分别与电容C3负极端、地线GND和电压比较器 U1引脚7连接；所述电压比较器U1引脚4分别与端口IN和电感L1另一端连接；所述电压比较器U1引脚6与电容C3正极端连接；所述电压比较器U1引脚1与电容C4 正极端连接；所述电容C4负极端与地线GND连接；电压比较器U1引脚3与电感L1 一端连接；土壤溶液检测单元，接收无线接收单元传输的电磁波信号，并驱动土壤溶液检测单元的运行，另外，通过探头接口J1可以匹配不型号的电导率传感器，进而实现不同的探测要求。

电位器包括可变电阻RV2和电阻R2。

电位器中所述电阻R2一端与电阻R1另一端连接；所述电阻R2另一端与可变电阻RV2引脚3连接；所述可变电阻RV2引脚2和引脚3分别与晶闸管D1负极端和电容 C4正极端连接，电位器根据可变电阻RV2和电阻R2的协作，调整合适传感器的检测阈值。

电导率温度补偿单元包括电感L2、运算放大器U2、电容C5、电阻R3和电容C6。

电导率温度补偿单元中所述电感L2一端与地线GND连接；所述电感L2另一端与运算放大器U2引脚3连接；所述运算放大器U2引脚4与电压比较器U1引脚2连接；所述运算放大器U2引脚5与地线GND连接；所述运算放大器U2引脚1分别与电容 C6一端和电阻R3一端连接；所述电阻R3另一端分别与电容C6另一端、电容C5一端、运算放大器U2引脚2、电容C4正极端连接；所述电容C5另一端与地线GND连接；电导率温度补偿单元，对土壤溶液检测单元出现的温度偏差通过运算放大器U2结合前置的电感和后置多组电容进行补偿，进而调整温度变化带来的检测误差。

电压保护单元包括电阻R4、二极管D3、二极管D4和三极管Q2。

电压保护单元中所述电阻R4一端分别与二极管D3正极端、三极管Q2基极端和运算放大器U2引脚1连接；所述电阻R4另一端分别与地线GND、二极管D4正极端和三极管Q2发射极端连接；所述二极管D4负极端与二极管D3负极端连接；所述三极管 Q2集电极端与晶闸管D1引脚1连接；电压保护单元，通过三极管Q2基极端对电导率温度补偿单元和土壤溶液检测单元供电电压进行检测，前单元若出现短路状态，则实现三极管Q2集电极端的导通切断晶闸管的断开；正常状态下经二极管D3将处理的检测信号传递给无线发射单元。

无线发射单元包括发射器U3、电阻R6、电容C9、电阻R5、电容C8、电容C7和晶体管X2。

无线发射单元中所述发射器U3引脚2与二极管D3负极端连接；所述发射器U3引脚3与电感L1一端连接；所述发射器U3引脚4与晶体管X2一端连接；所述晶体管 X2另一端与地线GND连接；所述发射器U3引脚5分别与电容C8一端、电容C7一端和地线GND连接；所述电容C7另一端分别与电容C8另一端、电阻R5一端、发射器 U3引脚6和电阻R1另一端连接；所述电阻R5另一端分别与电容C9一端、电阻R6一端和发射器U3引脚7连接；所述电容C9另一端分别与电阻R6另一端与地线GND连接；所述发射器U3引脚1与发射天线连接；无线发射单元，在电压保护单元安全导通下传输土壤检测信号，并通过发射器U3转换成电磁波信号，经发射天线发送给远程信号接收设备。

工作原理：经晶闸管D1正极端获取直流电+5V，再无短路状态下，将导通的直流电传输给无线接收单元、土壤溶液检测单元、电导率温度补偿单元、电压保护单元和无线发射单元，无线接收单元通过接收天线，接收远程发送的电磁波信号，电容C1接地吸收干扰的静电和杂波信号，经晶体管X1从接收的信号中检出调制信号，电感L1筛选去除掉向土壤溶液检测单元发送的干扰信号，土壤溶液检测单元将电磁波信号转成检测信号，电位器根据可变电阻RV2和电阻R2的阻值变化，调整合适传感器的检测阈值，通过探头接口J1匹配不同型号的传感器，电压比较器U1使输出负载电阻能衔接在允许电源电压范围内，而电容C3和电容C4进行电压比价器U1的前后滤波，降低前后信号之间的变化差值，电导率温度补偿单元中运算放大器U2结合前置的电感L2和后置电容C5和电容C6电容补偿土壤溶液检测单元出现的温度偏差，进而调整温度变化带来的检测误差；电压保护单元通过通三极管Q2基极端对电导率温度补偿单元和土壤溶液检测单元供电电压进行检测，前单元若出现短路状态，三极管Q2集电极端的导通切断晶闸管D1引脚1的断开；正常状态下经二极管D3将处理的检测信号传递给无线发射单元，无线发射单元通过发射器U3将检测信号转换成电磁波信号，经发射天线发送给远程信号接收设备，降低因环境中温度的变化带来数据的不准确。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种新型土壤电导率传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种新型土壤电导率传感器，其特征在于：所述无线接收单元包括电容C2、可变电阻RV1、三极管Q1、电容C1、二极管D1、晶闸管D1、电感L1和晶体管X1，其中，所述电容C2一端与接收天线连接；所述电容C2、另一端分别与可变电阻RV1引脚2和三极管Q1集电极端连接；所述三极管Q1发射极端与地线GND连接；所述三极管Q1基极端分别与晶体管X1一端、电感L1一端和二极管D2正极端连接；所述二极管D2负极端与电感L1另一端连接；所述晶体管X1另一端分别与电容C1正极端和可变电阻RV1引脚1连接；所述电容C1负极端与地线GND连接；所述可变电阻RV1引脚3与晶闸管D1负极端连接；所述晶闸管D1正极端与输入直流电5V连接。

3.根据权利要求1所述的一种新型土壤电导率传感器，其特征在于：所述土壤溶液检测单元包括电阻R1、探头接口J1、电容C3、电压比较器U1和电容C4，其中，所述电阻R1一端分别与探头接口J1引脚1和电压比较器U1引脚5连接；所述探头接口J1引脚2分别与电容C3负极端、地线GND和电压比较器U1引脚7连接；所述电压比较器U1引脚4分别与端口IN和电感L1另一端连接；所述电压比较器U1引脚6与电容C3正极端连接；所述电压比较器U1引脚1与电容C4正极端连接；所述电容C4负极端与地线GND连接；电压比较器U1引脚3与电感L1一端连接。

4.根据权利要求3所述的一种新型土壤电导率传感器，其特征在于：所述土壤溶液检测单元还包括电位器，所述电位器包括可变电阻RV2和电阻R2，其中，所述电阻R2一端与电阻R1另一端连接；所述电阻R2另一端与可变电阻RV2引脚3连接；所述可变电阻RV2引脚2和引脚3分别与晶闸管D1负极端和电容C4正极端连接。

5.根据权利要求1所述的一种新型土壤电导率传感器，其特征在于：所述电导率温度补偿单元包括电感L2、运算放大器U2、电容C5、电阻R3和电容C6，其中，所述电感L2一端与地线GND连接；所述电感L2另一端与运算放大器U2引脚3连接；所述运算放大器U2引脚4与电压比较器U1引脚2连接；所述运算放大器U2引脚5与地线GND连接；所述运算放大器U2引脚1分别与电容C6一端和电阻R3一端连接；所述电阻R3另一端分别与电容C6另一端、电容C5一端、运算放大器U2引脚2、电容C4正极端连接；所述电容C5另一端与地线GND连接。

6.根据权利要求1所述的一种新型土壤电导率传感器，其特征在于：所述电压保护单元包括电阻R4、二极管D3、二极管D4和三极管Q2，其中，所述电阻R4一端分别与二极管D3正极端、三极管Q2基极端和运算放大器U2引脚1连接；所述电阻R4另一端分别与地线GND、二极管D4正极端和三极管Q2发射极端连接；所述二极管D4负极端与二极管D3负极端连接；所述三极管Q2集电极端与晶闸管D1引脚1连接。

7.根据权利要求1所述的一种新型土壤电导率传感器，其特征在于：所述无线发射单元包括发射器U3、电阻R6、电容C9、电阻R5、电容C8、电容C7和晶体管X2，其中，所述发射器U3引脚2与二极管D3负极端连接；所述发射器U3引脚3与电感L1一端连接；所述发射器U3引脚4与晶体管X2一端连接；所述晶体管X2另一端与地线GND连接；所述发射器U3引脚5分别与电容C8一端、电容C7一端和地线GND连接；所述电容C7另一端分别与电容C8另一端、电阻R5一端、发射器U3引脚6和电阻R1另一端连接；所述电阻R5另一端分别与电容C9一端、电阻R6一端和发射器U3引脚7连接；所述电容C9另一端分别与电阻R6另一端与地线GND连接；所述发射器U3引脚1与发射天线连接。