CN218956468U - 园艺营养液浓度一体变送系统及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了园艺营养液浓度一体变送系统及装置，涉及园艺营养液技术领域。其中，该园艺营养液浓度一体变送系统，包括：微处理器模块、采集控制设备模块、感知电极模块、电路模块和无线通信模块；所述微处理器模块分别与所述采集控制设备模块、所述感知电极模块、所述电路模块和所述无线通信模块连接，所述微处理器模块分别控制所述感知电极模块、所述电路模块和所述无线通信模块动作；所述采集控制设备模块被配置为采集营养液信息；感知电极模块被配置为感应EC电极、pH电极和离子电极。本实用新型，解决营养液养分监测仅依据EC及pH值传感信息作为营养液调控参考，存在无法定量监测特定单体养分、易导致养分失衡的问题。

Description

园艺营养液浓度一体变送系统及装置

技术领域

本实用新型涉及园艺营养液技术领域，尤其涉及一种园艺营养液浓度一体变送系统及装置。

背景技术

营养液无土栽培技术在设施园艺生产过程中占有重要地位，能够提高植物成熟速度、品质及产量，其中营养液的酸碱度(pH值)、电导率(EC值)、温度是营养液监测的重要指标，同时在科研领域对氮素、亚硝酸盐、钙离子、钾离子等进行快速检测，为了解作物离子吸收情况，科学营养液配方提供支撑。

现有营养液养分监测多使用电导率(EC)和酸碱度(pH值)传感器，实现了营养液总离子含量和各养分状态、转化和有效程度的定性分析。应用中，营养液养分监测仅依据EC及pH值传感信息作为营养液调控参考，存在无法定量监测特定单体养分、易导致养分失衡的问题。针对上述出现的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

实用新型目的：提供园艺营养液浓度一体变送系统及装置，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：园艺营养液浓度一体变送系统，包括：微处理器模块、采集控制设备模块、感知电极模块、电路模块和无线通信模块；所述微处理器模块分别与所述采集控制设备模块、所述感知电极模块、所述电路模块和所述无线通信模块连接，所述微处理器模块分别控制所述感知电极模块、所述电路模块和所述无线通信模块动作；所述采集控制设备模块被配置为采集营养液信息；所述感知电极模块被配置为感应EC电极、pH电极和离子电极；所述电路模块被配置为将感知的信号转换成可供所述微处理器模块识别的信号；无线通信模块被配置为无线传输数据。

作为优选，所述感知电极模块包括：EC电极单元、pH电极单元和离子电极单元。

作为优选，所述电路模块包括：实时时钟电路和通用信号调理电路，所述实时时钟电路和所述通用信号调理电路分别与所述微处理器模块电性连接。

作为优选，所述通用信号调理电路包括：用于接收EC电极单元信号的仪表放大器电路，所述仪表放大器电路分别与基准电压电路和采样保持缓冲器电路电性连接，所述采样保持缓冲器电路与反向衰减器电路电性连接，所述反向衰减器电路与所述微处理器模块电性连接。

作为优选，所述通用信号调理电路包括：用于接收pH电极单元信号的低漏电运放电路，所述低漏电运放电路与可调增益运放电路电性连接，所述可调增益运放电路与所述微处理器模块电性连接。

作为优选，所述通用信号调理电路包括：用于接收离子电极单元信号的多路开关电路，所述多路开关电路与阻抗转换运放电路电性连接，所述阻抗转换运放电路与差分运放电路电性连接，所述差分运放电路与所述微处理器模块电性连接。

作为优选，所述通用信号调理电路还包括：用于接收微处理器模块信号的脉冲宽度调制电路，所述脉冲宽度调制电路与激励电压电路电性连接，所述激励电压电路与模拟开关电路电性连接，所述模拟开关电路与所述EC电极单元电性连接。

作为优选，还包括：电源模块，所述电源模块与所述微处理器模块电性连接，所述电源模块包括：电池和电源管理电路。

作为优选，还包括：存储模块和状态指示灯模块，所述存储模块和所述状态指示灯模块分别与所述微处理器模块电性连接。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了园艺营养液浓度一体变送装置。

根据本申请的园艺营养液浓度一体变送装置，还包括：感知电极组件；变送组件，通过BNC接头与所述感知电极组件相连；天线，与所述变送组件相连。

有益效果：在本申请实施例中，采用增设感知电极模块的方式，通过所述感知电极模块被配置为感应EC电极、pH电极和离子电极，并通过所述微处理器模块分别控制所述感知电极模块、所述电路模块和所述无线通信模块动作，达到了感知多种电极的目的，从而实现了定量监测特定单体养分和保障养分均衡的技术效果，进而解决了营养液养分监测仅依据EC及pH值传感信息作为营养液调控参考，存在无法定量监测特定单体养分、易导致养分失衡的技术问题。

附图说明

图1是本实用新型的园艺营养液浓度一体变送系统结构框图1；

图2是本实用新型的园艺营养液浓度一体变送系统结构框图2；

图3是本实用新型的园艺营养液浓度一体变送系统的通用信号调理电路结构框图；

图4是本实用新型的园艺营养液浓度一体变送装置结构示意图。

附图标记为：1、微处理器模块；2、采集控制设备模块；21、数字温度传感器；3、感知电极模块；4、电路模块；5、无线通信模块；51、WIFI模块；52、Lora模块；6、EC电极单元；7、pH电极单元；8、离子电极单元；9、实时时钟电路；10、通用信号调理电路；11、仪表放大器电路；12、基准电压电路；13、采样保持缓冲器电路；14、反向衰减器电路；15、低漏电运放电路；16、可调增益运放电路；17、多路开关电路；18、阻抗转换运放电路；19、差分运放电路；20、脉冲宽度调制电路；21、激励电压电路；22、电源模块；23、存储模块；24、状态指示灯模块；25、感知电极组件；26、变送组件；27、天线；28、云端服务器；29、移动信息获取装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1-2所示，本申请涉及一种园艺营养液浓度一体变送系统及装置。该一种园艺营养液浓度一体变送系统及装置包括：微处理器模块1、采集控制设备模块2、感知电极模块3、电路模块4和无线通信模块5；微处理器模块1是指MCU即单片机，能够实现模块化集成的效果，从而实现良好的控制其他模块的效果。所述微处理器模块1分别与所述采集控制设备模块2、所述感知电极模块3、所述电路模块4和所述无线通信模块5连接，所述微处理器模块1分别控制所述感知电极模块3、所述电路模块4和所述无线通信模块5动作；能够实现各模块之间协调工作的效果，从而实现良好的控制效果。

所述采集控制设备模块2被配置为采集营养液信息；能够实现对营养液的参数进行实时收集和检测的效果。进一步的，采集控制设备模块2包括：数字温度传感器21。能够实现精准和方便的温度信号采集效果，从而实现将数字信号反馈至微处理器模块1。

所述感知电极模块3被配置为感应EC电极、pH电极和离子电极；能够实现良好的感知效果，同时，还能实现特定养分感知的效果。所述电路模块4被配置为将感知的信号转换成可供所述微处理器模块1识别的信号；能够实现将特定的电极信号转换成可供微处理器模块1识别的信号，即将采集的模拟量转换成数字量。

无线通信模块5被配置为无线传输数据。能够实现良好的无线传输效果，从而实现便于与云端服务器28通信连接的效果。进一步的，所述无线通信模块5为NB-loT模块、WIFI模块51、ZigBee模块、Lora模块52和蓝牙模块中的一种或多种。提供多种可选择的网络通信协议，能够适用于多种网络，提升了系统的网络兼容性，且满足用户多样化的需求。

从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：

在本申请实施例中，采用增设感知电极模块3的方式，通过所述感知电极模块3被配置为感应EC电极、pH电极和离子电极，并通过所述微处理器模块1分别控制所述感知电极模块3、所述电路模块4和所述无线通信模块5动作，达到了感知多种电极的目的，从而实现了定量监测特定单体养分和保障养分均衡的技术效果，进而解决了营养液养分监测仅依据EC及pH值传感信息作为营养液调控参考，存在无法定量监测特定单体养分、易导致养分失衡的技术问题。

进一步的，所述感知电极模块3包括：EC电极单元6、pH电极单元7和离子电极单元8。能够实现感知EC电极单元6、pH电极单元7和离子电极单元8的效果，从而实现针对营养液特定成分感知的效果。

进一步的，所述电路模块4包括：实时时钟电路9和通用信号调理电路10，所述实时时钟电路9和所述通用信号调理电路10分别与所述微处理器模块1电性连接。通过分别设置有实时时钟电路9和通用信号调理电路10，能够实现良好的校准和信号调理和转换效果。

如图3所示，所述通用信号调理电路10包括：用于接收EC电极单元6信号的仪表放大器电路11，所述仪表放大器电路11分别与基准电压电路12和采样保持缓冲器电路13电性连接，所述采样保持缓冲器电路13与反向衰减器电路14电性连接，所述反向衰减器电路14与所述微处理器模块1电性连接。能够实现对EC电极的模拟信号转换成数字信号，从而将数字信号反馈至微处理器模块1。

具体的，采用同步采样技术可将激励电压和电流的峰峰值幅度转化为直流值，这样不仅提升了精度，同时简化了内置于精密模拟微控制器的双通道24位Σ-Δ型ADC对于信号的处理。

施加到电导池上的电压采用仪表放大器进行测量，正输入由采样保持缓冲器接入。需要低于5pA低偏置电流，可最大幅减少低电导率相关的低电流测量误差。采样保持缓冲器可在传感器电压的负周期采样，然后保持直至下一个采样周期。采样保持缓冲器输出等于传感器电压方波正/负幅值对应的直流电平。反相衰减器其增益为-0.16，可将±10V最大信号降低为±1.6V，衰减器级同样提供噪声过滤功能，其-3dB频率约为198kHz。

进一步的，所述通用信号调理电路10包括：用于接收pH电极单元7信号的低漏电运放电路15，所述低漏电运放电路15与可调增益运放电路16电性连接，所述可调增益运放电路16与所述微处理器模块1电性连接。能够实现对pH电极的模拟信号转换成数字信号，从而将数字信号反馈至微处理器模块1。

具体的，pH电极通过低漏电运放，实现输入阻抗变换，再通过可调增益运放，将电极输出微弱信号放大为微处理器能够采集处理的信号。

进一步的，所述通用信号调理电路10包括：用于接收离子电极单元8信号的多路开关电路17，所述多路开关电路17与阻抗转换运放电路18电性连接，所述阻抗转换运放电路18与差分运放电路19电性连接，所述差分运放电路19与所述微处理器模块1电性连接。能够实现对离子电极的模拟信号转换成数字信号，从而将数字信号反馈至微处理器模块1。

具体的，离子电极采用导通电阻低于25mΩ的模拟多路开关，实现单个或者多个电极同时测量，接入阻抗转换运放，再接入差分运放，将负输入信号转换成正输入信号接入微处理器。

进一步的，所述通用信号调理电路10还包括：用于接收微处理器模块1信号的脉冲宽度调制电路20，所述脉冲宽度调制电路20与激励电压电路21电性连接，所述激励电压电路21与模拟开关电路电性连接，所述模拟开关电路与所述EC电极单元6电性连接。通过微处理器输出PWM信号实现交流激励信号的幅度和频率可变成控制。

进一步的，还包括：电源模块22，所述电源模块22与所述微处理器模块1电性连接，所述电源模块22包括：电池和电源管理电路。能够提供电源，从而确保部件正常运作的效果。作为微控制器的核心部件之一，电源电路是系统持续稳定工作的基本保障。

进一步的，还包括：存储模块23和状态指示灯模块24，所述存储模块23和所述状态指示灯模块24分别与所述微处理器模块1电性连接。能够实现数据存储的效果，同时，还能用状态指示灯来显示设备的工作状态和提示操作，以及信息的发送和接收情况。

具体的，微处理器嵌入程序将采集的电极信号转换成数字信号通过多种方式传输。具有温度校对功能，通过微处理器采集的温度值，对电极的斜率进行补偿，自动的将电极的斜率补偿到当前测试温度下的斜率(以pH为例子2.303RT/F，R—气体常数；F—法拉第常数；T—绝对温标(273.15+t℃))，得出当前测试温度下的值。通过同时存储每种标准缓冲液的温度关系，方便校对时选择的缓冲液的真正测量值。对于线性度较差的电极，提供校对表，通过查表方式实现数据准确获取。校对通过指示灯提示操作，10s闪开始提示提供第一个标准液体，每个2s快闪提示提供第二个标准液，绿灯亮提示校对完成。变送装置可以根据设置校对时间间隔，提示用户校对。

进一步的，还包括：云端服务器28，云端服务器28通过无线通信模块5与所述微处理器模块1通信连接。能够实现云端信息处理与无线传输的效果。

进一步的，还包括：移动信息获取装置29，所述移动信息获取装置29通过云端服务器28与所述微处理器模块1通信连接。能够实现良好的人机交互效果，从而实现良好的末端控制效果。更进一步的，所述移动信息获取装置29包括但不限于：智能手机APP、电脑客户端和LED显示屏，用于接收信号并提示营养液的实时状态。能够实现便于控制和直观显示的效果，从而实现提高可操作性。

如图4所示，本申请还涉及园艺营养液浓度一体变送装置，包括权利要求的园艺营养液浓度一体变送系统，还包括：感知电极组件25；能够实现良好的感知效果。变送组件26，通过BNC接头与所述感知电极组件25相连；能够实现与感知电极组件25良好的固定连接效果，从而形成一体式变送装置。天线27，与所述变送组件26相连。能够实现良好的无线通信效果。

具体的，整体装置由营养液感知电极组件25和变送组件26组成，变送组件26密闭在圆柱形PVC腔体中，内部采用防水胶灌封，圆柱形腔体下端内部与感知电极组件25采用BNC接口连接，进一步的，外部有防水密闭旋钮将变送组件26与感知电极组件25完全防水。感知电极组件25和变送组件26组成测量装置可以通过485接口、无线Lora方式与采集控制设备通讯，实现数据采集，并开展调控操作。同时通过变送装置中的WIFI模块51与云端服务器28通讯，方便移动信息获取装置29采集数据。

变送组件采用微处理器为核心，通用信号调理电路将EC电极、pH电极和离子电极信号分别处理，EC传感器通过激励电路和模拟开关，能够以极小的直流失调产生精确交流激励电压，从而避免电导电极上的极化电压造成损害。

本实用新型还具有如下有益效果：

1、变送组件与感知电极集成一体，减少电极微弱信号传输路径影响，提升参数采集精度。一体化设计，整体完全密闭，减少整体变送体积，方便与管路一体化安装，亦可沉入式监测，减少接线和施工量；

2、变送装置针对不同类型电极采用不同信号调理电路，满足营养液常规参数以及特殊离子测量，形成不同测量组合，满足生产和科研对不同测量参数的要求；

3、一体化变送装置采用无线、有线方式传输可选，满足施肥调控装置对实时在线有线监测需求，也能够满足对分散监测的远程数据采集的需求，满足设施园艺多种场景；

4、嵌入式软件集成温度校准、线性化校准、参数表校准方式进一步提高测量精度。同时具有智能校对模式，自动辨识校对状态，实现标准液自动快速校对。

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 (10)

1.园艺营养液浓度一体变送系统，其特征在于，包括：微处理器模块、采集控制设备模块、感知电极模块、电路模块和无线通信模块；

所述微处理器模块分别与所述采集控制设备模块、所述感知电极模块、所述电路模块和所述无线通信模块连接，所述微处理器模块分别控制所述感知电极模块、所述电路模块和所述无线通信模块动作；

所述采集控制设备模块被配置为采集营养液信息；

所述感知电极模块被配置为感应EC电极、pH电极和离子电极；

所述电路模块被配置为将感知的信号转换成可供所述微处理器模块识别的信号；

无线通信模块被配置为无线传输数据。

2.根据权利要求1所述的园艺营养液浓度一体变送系统，其特征在于，所述感知电极模块包括：EC电极单元、pH电极单元和离子电极单元。

3.根据权利要求2所述的园艺营养液浓度一体变送系统，其特征在于，所述电路模块包括：实时时钟电路和通用信号调理电路，所述实时时钟电路和所述通用信号调理电路分别与所述微处理器模块电性连接。

4.根据权利要求3所述的园艺营养液浓度一体变送系统，其特征在于，所述通用信号调理电路包括：用于接收EC电极单元信号的仪表放大器电路，所述仪表放大器电路分别与基准电压电路和采样保持缓冲器电路电性连接，所述采样保持缓冲器电路与反向衰减器电路电性连接，所述反向衰减器电路与所述微处理器模块电性连接。

5.根据权利要求3所述的园艺营养液浓度一体变送系统，其特征在于，所述通用信号调理电路包括：用于接收pH电极单元信号的低漏电运放电路，所述低漏电运放电路与可调增益运放电路电性连接，所述可调增益运放电路与所述微处理器模块电性连接。

6.根据权利要求3所述的园艺营养液浓度一体变送系统，其特征在于，所述通用信号调理电路包括：用于接收离子电极单元信号的多路开关电路，所述多路开关电路与阻抗转换运放电路电性连接，所述阻抗转换运放电路与差分运放电路电性连接，所述差分运放电路与所述微处理器模块电性连接。

7.根据权利要求3所述的园艺营养液浓度一体变送系统，其特征在于，所述通用信号调理电路还包括：用于接收微处理器模块信号的脉冲宽度调制电路，所述脉冲宽度调制电路与激励电压电路电性连接，所述激励电压电路与模拟开关电路电性连接，所述模拟开关电路与所述EC电极单元电性连接。

8.根据权利要求1所述的园艺营养液浓度一体变送系统，其特征在于，还包括：电源模块，所述电源模块与所述微处理器模块电性连接，所述电源模块包括：电池和电源管理电路。

9.根据权利要求1所述的园艺营养液浓度一体变送系统，其特征在于，还包括：存储模块和状态指示灯模块，所述存储模块和所述状态指示灯模块分别与所述微处理器模块电性连接。

10.园艺营养液浓度一体变送装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的园艺营养液浓度一体变送系统，还包括：

感知电极组件；

变送组件，通过BNC接头与所述感知电极组件相连；

天线，与所述变送组件相连。

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