CN220120147U - 一种土壤参数在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种土壤参数在线监测系统。包括PH检测模块、温湿度检测模块、主控电路、按键模块、报警模块、通信传输模块，使用温湿度传感器DHT11、PH值检测传感器采集土壤参数，并将其主控电路进行处理，将检测数据传输至通信传输模块，并发送至Internet网络及云端，通过云端获取土壤的温湿度及PH值参数信息。在主控电路上设有阈值调整按键，通过按键模块可以控制土壤的温度、湿度和PH值的上下限，且当土壤参数超限时发出报警信号。该系统实时监测土壤的温度、湿度、pH值参数，实现无人值守的土壤参数的自动采集，从而减少人力成本，帮助农民和农业专家更好地管理农田、更好地制定种植作物或灌溉等计划。

Description

一种土壤参数在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及监测技术领域，特别涉及一种土壤参数在线监测系统。

背景技术

对土壤状况的监测是农业、地质、水文和气候学等各领域的关键步骤，对农业生产的作用极为重要。在农业应用的育苗和种植过程中，对土壤状况的监测可以优化作物的种植质量，例如对土壤水分的监测，有助于对土壤的水分进行评估、调控农业种植的参数及制定合理的灌溉计划，从而满足作物生长、产量和质量对农业水资源的需求。另外，近几年来，我国的气候变化差距大，很多地区由于干旱而造成了大量的经济损失。因此，完善对土壤的湿度参数的有效监测，可以帮助管理者更及时准确了解土壤的变化情况，帮助完成对土壤变化的实时分析。

随着物联网技术不断发展，土壤参数在线采集逐渐成为农业领域智能化的重要组成部分。目前国内的土壤参数在线采集应用主要集中在大型农场、果园、葡萄园等规模较大的种植园区，这些地区通常有相对完善的农业基础设施和管理人员，更容易接受新的技术和理念。但是，在乡村和农村地区，由于缺乏配套的基础设施和专业的管理人员，土壤参数在线采集的普及度相对较低，在这种情况下，以传统的土壤参数采集方式为主，这些传统的土壤参数采集方式一般需要人工采样，耗时耗力，并且受到地形、环境等多重因素的影响，采集结果易产生误差。

实用新型内容

实用新型目的：针对现有技术中存在的问题，本专利提供一种土壤参数在线监测系统，该方法有助于对土壤的参数进行无人值守的自动采集与监测，从而减少人力成本，帮助管理者优化和设定农作物的种植环境，同时制定合理的灌溉及种植计划，从而满足作物生长、产量和质量对土壤参数的需求。

技术方案：本实用新型公开了一种土壤参数在线监测系统，包括PH检测模块、温湿度检测模块、主控电路、按键模块、报警模块、通信传输模块；温湿度检测模块使用温湿度传感器DHT11，PH检测模块采用PH值检测传感器，利用温湿度传感器DHT11、PH值检测传感器采集土壤温度、湿度以及PH值，并将其送入主控电路进行处理，同时主控电路将检测数据传输至通信传输模块，并由通信传输模块发送至Internet网络及云端，监控中心计算机或手机端通过Internet访问云端获取土壤的温湿度及PH值参数信息；在主控电路上设有阈值调整按键，通过按键模块控制土壤的温度、湿度和PH值的上下限，且当土壤的参数超限时，所述主控电路控制报警模块发出报警信号。

进一步地，所述主控电路的单片机控制器为STM32F103C8T6，所述主控电路通过PA3引脚与PH检测模块的pH_OUT口相接，所述按键模块为土壤参数阈值调整电路，其设有四个按键S1、S2、S3、S4，分别与主控电路的PA4、PA5、PA6、PA7相接，S1与S2用于调整参数的类型，S3与S4用于调节参数的大小，所述温湿度传感器DHT11的控制引脚与主控电路的PB1口连接。

进一步地，所述PH检测模块包括传感器电路、连接传感器的插座BNC以及放大电路，PH值检测传感器的pH-连到BNC的pH-，BNC的pH+连到放大电路的pH+，最后由放大电路的输出端pH_OUT输出PH值对应的电压信号。

进一步地，还包括显示电路，所述显示电路采用LCD1602液晶显示电路，所述LCD1602液晶显示电路与主控电路的PB7-PB15相接，用于显示土壤参数信息及控制信息。

进一步地，所述通信传输模块为4G通信传输模块SIM7600，4G通信传输模块SIM7600的RXD、TXD引脚分别与主控电路单片机控制器STM32F103C8T6的UART1_RX、 UART1_TX引脚相连。

进一步地，所述报警模块包括LED指示灯及蜂鸣器，所述报警模块的控制端与主控电路的PA8相接。

有益效果

本实用新型完成的土壤参数在线采集系统，以微控制器、无线通信技术、云平台和土壤温湿度传感器、PH值传感器等设备为硬件基础，可以实时监测土壤的温度、湿度、pH值参数，并将数据上传到云端进行分析和处理，实现无人值守的土壤参数的自动采集，从而减少人力成本，便于监测作物的生长情况和土壤的健康状况，帮助农民和农业专家更好地管理农田、更好地制定种植作物及灌溉计划，进一步提高农作物产量和质量，对于提高普通农户和农场的农业生产效率与管理水平具有重要作用。

附图说明

图1为土壤参数在线监测系统的硬件结构框图；

图2为本发明实施例中的土壤状况监测系统的主控电路；

图3为本发明实施例中的土壤状况监测系统的液晶显示电路；

图4为本发明实施例中的土壤状况监测系统的温湿度传感器电路；

图5为本发明实施例中的土壤状况监测系统的蜂鸣器报警电路；

图6为本发明实施例中的土壤状况监测系统的阈值调整按键电路；

图7为本发明实施例中的土壤状况监测系统的pH传感器电路；

图8为本发明实施例中的土壤状况监测系统的4G通信模块电路；

图9为本发明实施例中的土壤状况监测系统实物图；

图10为本发明实施例中的土壤状况监测系统的上电初始显示界面；

图11为土壤状况监测系统的网络连接界面；

图12为土壤状况监测系统的连接云平台的初始界面；

图13为土壤状况监测系统的自动运行模式的土壤参数在线采集显示界面；

图14为土壤状况监测系统的土壤参数异常显示界面。

实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的介绍。

本实用新型公开了一种土壤参数在线监测系统，包括PH检测模块、温湿度检测模块、主控电路、按键模块、报警模块、4G通信传输模块SIM7600以及云平台。本实施方式中，以嵌入式单片机STM32为主控电路，温湿度检测模块使用温湿度传感器DHT11，PH检测模块采用PH值检测传感器，使用温湿度传感器DHT11，PH值检测传感器采集土壤参数，并将其送入嵌入式单片机STM32系统进行处理，同时，嵌入式单片机STM32系统将检测数据传输至4G通信传输模块SIM7600，并由4G通信传输模块SIM7600发送至Internet网络及云端，监控中心计算机或手机端通过Internet访问云端获取土壤的温湿度及PH值参数信息。同时，在STM32主控电路上设有阈值调整按键，通过按键模块可以控制土壤的温度、湿度和PH值的上下限，且当土壤的参数超限时发出报警信号。

本实施方式中，单片机控制器为STM32F103C8T6，参见图2，主控电路通过PA3引脚与PH检测模块的pH_OUT口相接，PH检测模块电路参见图7，主要包括了传感器电路（图7左侧），BNC（连接传感器的插座，图7右侧）、放大电路（图7中间），PH值检测传感器的pH-连到BNC的pH-，BNC的pH+连到放大电路的pH+，最后由放大电路的输出端pH_OUT输出PH值对应的电压信号。本设计采用的是复合电极式pH传感器，其电路原理图如图7所示。首先，pH电极检测待测土壤由pH-接口输入至BNC（连接传感器的插座），并且通过BNC输出一个mV信号，从BNC将此mV信号从pH+接口传输至一个放大电路模块，通过此模块将信号转换为一个0～5V之间的一个信号，并从pH_OUT接口输出。VCC为电源正输入口，接5V电源；GND为电源负输入口，接地；2V5接口为基准2.5V电压接口，可以不用；然后将pH_OUT口与主控电路PA3引脚相连，由主控电路芯片读取放大电路模块输出的电压信号，并输出对应pH值。

土壤参数阈值调整电路设有四个按键S1、S2、S3、S4，参见图6，分别与主控电路的PA4、PA5、PA6、PA7相接，S1与S2用于调整参数的类型，S3与S4用于调节参数的大小。土壤参数采集电路的温湿度传感器DHT11的控制引脚与主控电路的PB1口连接，具体参见图4。4G通信传输模块SIM7600的RXD、TXD引脚分别与主控电路单片机控制器芯片STM32F103C8T6的UART1_RX、 UART1_TX引脚相连，图8所示为本发明实施例中的土壤状况监测系统的4G通信模块电路。从而实现将土壤参数数据上传至Internet网络及云端，完成对云服务器控制命令的下发。

还包括显示电路，显示电路采用LCD1602液晶显示电路，参见图3，LCD1602液晶显示电路与主控电路的PB7-PB15相接，用于显示土壤参数信息及控制信息。报警模块包括LED指示灯及蜂鸣器，参见图5，报警模块的控制端引脚与主控电路的PA8相接。

本实施方式中，土壤状况在线监测系统还包括云服务器与手机云端，云服务器与手机云端连接。

图9所示为本发明实施例中的土壤状况监测系统实物图；

本实施方式中，土壤状况在线监测系统的设计实物硬件主要包括STM32F103C8T6单片机、DHT11温湿度传感器、SIM7600芯片、晶振、电源、指示灯、按键、蜂鸣器、另外还有电容，电压，三极管，电阻和导线若干。系统调试过程包括：

步骤1：系统上电

通过USB连接供电，下载程序，进行初始化上电调试。上电后，系统显示土壤参数在线采集系统的初始界面，上电后系统初始显示界面如图10。

步骤2：自动连接网络

测试指令成功之后，系统自动设置模式，模式设置成功后，进行网络连接，系统网络连接界面如图11所示。

步骤3：自动连接云平台

接下来，系统将自动连接云平台，系统连接云平台的初始界面如图12。

步骤4：采集土壤参数

连接成功后，基于土壤参数在线采集系统开始进行自动工作模式，显示器点亮，温湿度等传感器在1秒后自动检测温湿度等参数，并且检测参数是否低于设定的上限值，同时在LCD上显示当前土壤温度和湿度等参数的具体状态，此时LED亮红灯。

系统自动运行模式的土壤参数在线采集显示界面如图13所示。

步骤5：土壤参数阈值判断

对土壤参数阈值进行判断，如果检测到土壤参数值在预定阈值范围之外，将显示“异常”信息，土壤参数异常显示界面如图14。

上述实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种土壤参数在线监测系统，其特征在于，包括PH检测模块、温湿度检测模块、主控电路、按键模块、报警模块、通信传输模块；温湿度检测模块使用温湿度传感器DHT11，PH检测模块采用PH值检测传感器，利用温湿度传感器DHT11、PH值检测传感器采集土壤温度、湿度以及PH值，并将其送入主控电路进行处理，同时主控电路将检测数据传输至通信传输模块，并由通信传输模块发送至Internet网络及云端，监控中心计算机或手机端通过Internet访问云端获取土壤的温湿度及PH值参数信息；在主控电路上设有阈值调整按键，通过按键模块控制土壤的温度、湿度和PH值的上下限，且当土壤的参数超限时，所述主控电路控制报警模块发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的土壤参数在线监测系统，其特征在于，所述主控电路的单片机控制器为STM32F103C8T6，所述主控电路通过PA3引脚与PH检测模块的pH_OUT口相接，所述按键模块为土壤参数阈值调整电路，其设有四个按键S1、S2、S3、S4，分别与主控电路的PA4、PA5、PA6、PA7相接，S1与S2用于调整参数的类型，S3与S4用于调节参数的大小，所述温湿度传感器DHT11的控制引脚与主控电路的PB1口连接。

3.根据权利要求2所述的土壤参数在线监测系统，其特征在于，所述PH检测模块包括传感器电路、连接传感器的插座BNC以及放大电路，PH值检测传感器的pH-连到BNC的pH-，BNC的pH+连到放大电路的pH+，最后由放大电路的输出端pH_OUT输出PH值对应的电压信号。

4.根据权利要求2所述的土壤参数在线监测系统，其特征在于，还包括显示电路，所述显示电路采用LCD1602液晶显示电路，所述LCD1602液晶显示电路与主控电路的PB7-PB15相接，用于显示土壤参数信息及控制信息。

5. 根据权利要求2所述的土壤参数在线监测系统，其特征在于，所述通信传输模块为4G通信传输模块SIM7600，4G通信传输模块SIM7600的RXD、TXD引脚分别与主控电路单片机控制器STM32F103C8T6的UART1_RX、 UART1_TX引脚相连。

6.根据权利要求2至5任一所述的土壤参数在线监测系统，其特征在于，所述报警模块包括LED指示灯及蜂鸣器，所述报警模块的控制端与主控电路的PA8相接。