RU153292U1

RU153292U1 - Устройство мониторинга физико-химического состояния почвы и атмосферы

Info

Publication number: RU153292U1
Application number: RU2014131406/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Яговкин; Алексей Алексеевич Коледов; Сергей Павлинович Кулижский
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2015-07-10

Abstract

Устройство мониторинга физико-химического состояния почвы и атмосферы, содержащее блок датчиков состояния атмосферы, включая датчики температуры воздуха, влажности воздуха, датчик освещенности, газоаналитические датчики СО, СО, NO, NO, О, блок датчиков состояния почвы, включая датчики температуры почвы, и блок управления, отличающееся тем, что оно снабжено автономным источником питания, блок управления содержит контроллер, к которому подключены источник питания, датчики, таймер и запоминающее устройство, при этом блок управления оборудован клавиатурой для выбора режима работы, дисплеем, и устройством ввода-вывода для связи с внешней ЭВМ, а блок датчиков состояния почвы дополнительно содержит датчики влажности почвы и датчики кислотности почвы.

Description

МПК G01N 27/00; G01W1/02

УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЫ И АТМОСФЕРЫ

Полезная модель относится к области аналитического приборостроения и может быть использована для непрерывного контроля важнейших параметров локальных земельных участков различного назначения в экологических, агротехнических и других целях.

Известна ранцевая полевая лаборатория исследования почвы (сокращенное наименование "РПЛ-почва") (http://lab812.ru/rancevaya_polevaya_laboratoriya_iss1), предназначенная для определения непосредственно в полевых условиях параметров и химического состава почвенных вытяжек, а также сигнального контроля загрязненности почв водорастворимыми загрязнителями. Измерения выполняются количественными и полуколичественными гидрохимическими методами. При сигнальном экспресс-контроле с применением тест-систем используются индикационные визуально-колориметрические методы. Лаборатория "РПЛ-почва" сформирована по модульному принципу. Каждый модуль позволяет проводить измерения по одному показателю, имея в составе все необходимое для работы, включая готовые к применению растворы для химического анализа. Производительность по расходным материалам всех модулей - на 100 анализов по каждому компоненту.

Недостатком этой лаборатории является необходимость присутствия оператора, то есть, лаборатория не является автоматической.

Известен автоматический пост для контроля качества воздуха [патент РФ на полезную модель №67733, МПК G01W 1/02 (2006.01)], содержащий блок газоаналитической аппаратуры, блок измерения метеовеличин и систему управления, блок для измерения параметров солнечной радиации, систему для измерения температуры почвы на разных уровнях (выбран в качестве прототипа).

Система управления прототипа включает блок управления и ЭВМ. Упомянутые блоки измерений, измеритель гамма фона и система измерения температуры почвы подключены к ЭВМ, а блок управления соединен с блоком газоаналитической аппаратуры, с блоком измерения метеовеличин и с аэрозольным блоком. Блок газоаналитической аппаратуры содержит газоанализаторы и побудители расхода воздуха, соединенные с блоком управления. Блок измерения метеовеличин содержит датчики температуры и влажности, датчик давления, датчик измерения скорости и направления ветра. Аспирационные устройства датчика температуры и влажности соединены с блоком управления. Аэрозольный блок содержит фотоэлектрический счетчик и диффузионный

спектрометр аэрозоля. Блок для измерения параметров солнечной радиации содержит прибор для измерения суммарной солнечной радиации и прибор для измерения радиационного баланса.

Конструкция этого устройства сложна, громоздка и требует наличия ЭВМ для управления автоматическим постом непосредственно в процессе измерения. Кроме того, автоматический пост для контроля качества воздуха дает недостаточно информации о состоянии почвы.

Задачей полезной модели является создание малогабаритного автономного устройства, позволяющего периодически осуществлять измерения параметров почвы и атмосферы на локальных земельных участках для агротехнических и иных целей и хранить полученную информацию с возможностью считывания ее пользователем в удобное время.

Поставленная задача решена за счет того, что устройство мониторинга физико-химического состояния почвы и атмосферы, как и прототип, содержит блок датчиков состояния атмосферы, включая датчики температуры воздуха, влажности воздуха, датчик освещенности, газоаналитические датчики СО, СО₂, NO, NO₂, О₃, блок датчиков состояния почвы, включая датчики температуры почвы, и блок управления. В отличие от прототипа устройство снабжено автономным источником питания, блок датчиков состояния почвы дополнительно содержит датчики влажности почвы и датчики кислотности почвы, блок управления содержит контроллер, к которому подключены источник питания, датчики, таймер и запоминающее устройство. При этом блок управления оборудован клавиатурой для выбора режима работы, дисплеем и устройством ввода-вывода для связи с внешней ЭВМ.

Согласно полезной модели блок управления содержит микросхему (контроллер), к которой подключены дисплей, клавиатура (набор кнопок), таймер, запоминающее устройство, автономный источник питания, все датчики и устройство ввода-вывода, позволяющее при необходимости осуществлять связь с ЭВМ.

Блок атмосферных датчиков содержит датчики температуры, влажности воздуха, освещенности и газоаналитические датчики (СО, СО₂, NO, NO₂, O₃), подключенные к контроллеру блока управления.

Блок почвенных датчиков содержит датчики температуры почвы и дополнительно оборудован датчиками влажности и кислотности почвы, подключенных к контроллеру блока управления.

Новым является снабжение устройства автономным источником питания, оборудование устройства дополнительными средствами контроля состояния почвы-

датчиком влажности почвы и датчиком кислотности почвы, исключение из состава устройства ЭВМ, вместо которой использованы контроллер, таймер и запоминающее устройство (ЗУ). Предложенная конструкция устройства мониторинга физико-химического состояния почвы и атмосферы компактна, позволяет автономно разместить устройство на любом участке почвы, требующем контроля, автоматически, через заданные промежутки времени, фиксировать показания датчиков и сохранять полученные данные в ЗУ, которые в любое время можно скопировать на внешнее устройство памяти или вывести на дисплей.

На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема устройства.

Устройство мониторинга физико-химического состояния почвы и атмосферы состоит из блока управления 1, блока атмосферных датчиков 2 и блока почвенных датчиков 3. Блок управления 1 выполнен в виде единого корпуса, в котором размещен контроллер 4 (микропроцессор), подключенные к нему таймер 7, запоминающее устройство 8, устройство ввода-вывода информации 9 и автономный источник питания 10. На лицевой части корпуса 1 размещены дисплей 5 и клавиатура (кнопки) 6.

Блок атмосферных датчиков 2 содержит следующие датчики:

- температуры воздуха (терморезистор или термопара),

- влажности воздуха (адсорбционный),

- освещенности (фотодиодного типа),

- газоаналитические датчики (СО, CO₂, NO, NO₂, O₃).

Блок почвенных датчиков 3 содержит следующие датчики:

- температуры почвы (терморезистор или термопара),

- влажности почвы (адсорбционный),

- кислотности почвы (стандартный потенциометрический датчик).

В блоке 2 атмосферных и блоке 3 почвенных датчиков использованы стандартные отечественные датчики, которые подсоединены к блоку управления и через контроллер 4 запитаны от автономного источника питания 10. Через устройство ввода-вывода 9 (например, типа USB-2) устройство может быть подключено к ЭВМ (ноутбук). Корпус блока атмосферных датчиков 2 выполнен со щелями для свободного прохождения воздуха и со светоотражающей поверхностью. Блок 3 почвенных датчиков выполнен в виде щупа, помещаемого в почву на определенную глубину. Контроллер 4, таймер 7, запоминающее устройство 8 и устройство ввода-вывода 9 могут быть реализованы, например, на микросхеме ATmega 85-15.

Устройство работает следующим образом.

Для агротехнических целей устройство устанавливают в выбранном месте и закрепляют путем погружения щупа с блоком почвенных датчиков 3 в почву до основания корпуса, например, на глубину 10-15 см. Автономный источник питания 10 обеспечивает элементы устройства электрической энергией для автономного функционирования. Кнопочная клавиатура 6 предназначена для переключения режимов работы устройства и позволяет выбрать следующие режимы: режим установки для ввода или коррекции параметров работы датчиков, режим измерений, режим просмотра информации (индикации результатов). При включении устройства контроллер 4 проверяет работоспособность датчиков, выводит на дисплей 5 отчет о проверке и предлагает оператору на выбор один из трех режимов работы.

В режиме установки с помощью кнопок 6, проводя визуальный контроль по дисплею 5, определяют набор датчиков, подключение которых необходимо для планируемого мониторинга, и значения периодичности измерений. В режиме установки также возможна корректировка текущей даты/времени.

В режиме измерения оператор выбирает план мониторинга и запускает устройство в работу. При этом по командам контроллера 4 в заданные моменты времени по согласованию с таймером 7 измеренные и обработанные показания датчиков вместе с текущим значением времени сохраняются в запоминающем устройстве 8. Процесс измерения может продолжаться до окончания энергии источника питания или до переполнения запоминающего устройства.

В режиме просмотра на дисплей 5 последовательно выводится хранимая в запоминающем устройстве 8 информация, производится ее частичное или полное удаление. Все описанные операции также альтернативно можно осуществить посредством специализированных программ с помощью подключенной к устройству мониторинга через разъем USB внешней ЭВМ.

При поступлении сигналов от таймера 7 контроллер 4 осуществляет питание датчиков блоков 2 и 3 от источника питания 10, производит обмен информацией с таймером 7, запоминающим устройством 8 и устройством ввода-вывода 9. Также он принимает с кнопочной клавиатуры 6 команды оператора, выводит на дисплей 5 затребованную оператором информацию. Кроме того, при подключении внешней ЭВМ (например, ноутбука со специализированными программами) через устройство ввода-вывода 9, может быть изменен алгоритм работы контроллера или задан режим работы датчиков.

Измеренные параметры с блоков атмосферных 2 и почвенных 3 датчиков поступают в контроллер 4 для обработки в цифровую форму и по командам контроллера 4 сохраняются в запоминающем устройстве 8.

На дисплей 5 может быть выведены текущие установки режима работы датчиков, хранимая на ЗУ информация о состоянии почвы и атмосферы, включая реальное время, когда произведен замер параметра. Значения реального времени, при которых датчиками были зафиксированы значения измеряемых параметров, поступают от таймера 7 по команде контроллера 4. Последующий съем и обработка информации специализированными программами внешней ЭВМ позволяет отслеживать динамику параметров и их взаимосвязь. При этом память ЗУ может быть очищена для дальнейшей работы.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение габаритов, автономность работы и расширение функциональных возможностей для агротехнических целей.

Claims

Устройство мониторинга физико-химического состояния почвы и атмосферы, содержащее блок датчиков состояния атмосферы, включая датчики температуры воздуха, влажности воздуха, датчик освещенности, газоаналитические датчики СО, СО₂, NO, NO₂, О₃, блок датчиков состояния почвы, включая датчики температуры почвы, и блок управления, отличающееся тем, что оно снабжено автономным источником питания, блок управления содержит контроллер, к которому подключены источник питания, датчики, таймер и запоминающее устройство, при этом блок управления оборудован клавиатурой для выбора режима работы, дисплеем, и устройством ввода-вывода для связи с внешней ЭВМ, а блок датчиков состояния почвы дополнительно содержит датчики влажности почвы и датчики кислотности почвы.