CN201034964Y - 无线智能土壤水分自动监测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无线智能土壤水分自动监测仪，它包括探测器、数据采集器、终端计算机和数据中心服务器，其探测器由一块处理板和若干传感器组成，传感器结构为单杆多节式，传感器外部有保护套管，处理板处理传感器传输来的数据，与数据采集器进行通信，与传感器通过扁平电缆连接。它是电容传感器技术、单片机嵌入式设计、数据通信和计算机网络集成于一体的智能土壤水分探测仪器。通过合理布设监测站点，可以及时、准确、系统地监测旱情变化，科学合理的分析和预测，建立农田水分监测、预报和灌溉决策服务于一体的土壤墒情测报系统，对指导抗旱有着重要的实用价值和重大的现实意义。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种仪器，尤其涉及一种对土壤中水分进行监测的无线智能土壤水分自动监测仪。
背景技术：
气象部门在开展墒情或旱情的监测工作中，土壤水分测量是一项十分重要的内容，它对及时掌握各地土壤旱涝灾情，合理安排灌溉资源，都具有非常重要的意义。目前，国内、外土壤水分测量方法有很多种，其中自动测量土壤水分方法是通过探测土壤传导性的获得土壤含水量，如：中子仪法、TDR(Time Domain Reflectometry)和FDR(Frequency DomainReflectometry)等。中子仪法属于将中子源埋入待测土壤中，中子仪测定水分就是通过测定慢中子云的密度与水分子间的函数关系来确定土壤中的水分含量，但这种方法具有中子辐射，对人体健康有潜在的威胁；TDR法是时间域反射反映土壤水分变化，但该方法仪器安装、标定比较困难；而常用的方法是烘干称重法直接测量土壤的重量含水率和容积含水量；这种办法不仅对取土地块及操作过程要求较高、费时费力，而且精确度不高、连续性差。
发明内容：
为了克服上述土壤水分测定存在的不足，本实用新型的目的是提供一种能够准确、连续、快速、使用方便的无线智能土壤水分自动监测仪。
本实用新型的技术方案是以下述方式实现的：
一种无线智能土壤水分自动监测仪，它包括探测器、数据采集器、终端计算机和数据中心服务器，其特征在于：探测器由一块处理板和若干传感器组成，传感器结构为单杆多节式，传感器外部有保护套管，处理板处理传感器传输来的数据，与数据采集器进行通信，与传感器通过数据传输排线连接。
所述传感器每节由两个圆环电容、电路板(LY0101、LY0102)组成，传感器对相对应土壤水分进行采集，变换成频率信号，通过数据传输排线传输到处理板。
所述电路板(LY0102)上具有LC振荡电路和分频电路，圆环电容作为振荡电路的一部分，将水分的变化转换为频率的变化，通过数据传输排线送到电路板(LY0101)。
所述振荡电路的振荡频率变化在150MHz-100MHz之间。
所述传感器的数量为1～10个。
所述的数据采集器由连接板(LY0103)、处理板(LY0104)和无线收发模块(LY0107)组成，主要完成数据的定时采集、存储、无线发送功能；连接板(LY0103)通过双排插座(XS4)和处理板(LY0104)的XP1交换数据。
所述的无线收发模块LY0107选用400兆赫兹的无线收发模块，完成现场和机房的数据交换。
所述的数据采集器对外具有RS485、RS232和无线通讯接口，完成对传感器、后台管理软件的数据交换工作。
所述的探测器与数据采集器之间的通信采用RS485总线。
本实用新型的电容式传感器原理是：
电容传感器主要完成土壤水分频率的输出。根据圆环电容传感器测量原理，土壤含水量的不同，引起圆环电容的介质变化，于是电容值就会改变，从而引起LC振荡器的振荡频率变化。传感器把高频信号变换后输出。
本实用新型的积极效果是：
a)采用高频电容测量技术，准确检测不同土壤水分，保证了信号的真实、准确性；
b)采用高性能、高精度单片机技术，完成频率信号的计算处理，保证水分数据的计算、测量的精度；
c)土壤探测器与采集器之间的通信采用RS485总线技术，不仅扩展性强，而且特别增强了防雷击设计，保证了探测系统稳定工作和数据传输的可靠性。
d)采集器与终端计算机之间采用有线或无线通信，灵活性强；无线通信距离远，误码率低，安装方便。
c)仪器连续、不间断、随时提取数据，有烘干法无法比拟的优点性。
d)传感器精度高，使用简单，安装、调试、标定、维护方便。
本实用新型是电容传感器技术、单片机嵌入式设计、数据通信和计算机网络集成于一体的智能土壤水分探测仪器。通过合理布设监测站点，可以及时、准确、系统地监测旱情变化，科学合理的分析和预测，建立农田水分监测、预报和灌溉决策服务于一体的土壤墒情测报系统，对指导抗旱有着重要的实用价值和重大的现实意义。
附图说明：
图1为本实用新型的系统组成方框图。
图2为多节式土壤水分探测器原理结构示意图。
图3为探测器处理板LY0105电路原理示意图。
图4为电路板LY0102振荡电路和分频电路原理示意图。
图5为电路板中的片选器LY0101布线图。
图6为连接板LY0103的电路原理图。
图7为数据采集器处理板LY0104的电路原理示意图。
图8为土壤水分监控系统C/S结构流程图
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
由图1、图2、图3可以看出：本无线智能土壤水分自动监测仪包括探测器、数据采集器、终端计算机和数据中心服务器，其探测器由一块处理板2(LY0105)和若干传感器3组成，传感器结构为单杆多节式，传感器外部有保护套管，处理板2处理传感器传输来的数据、与数据采集器进行通信、与传感器通过数据传输排线4连接。
由图2、图4、图5图可以看出：所述传感器1每节由两个圆环电容、电路板(LY0101、LY0102)组成，传感器3对相对应土壤水分进行采集，变换成频率信号，通过数据传输排线传输到处理板2；
由图2还可以看出：圆环电容套穿在筒式PVC支撑杆5上，处理板2设置在PVC支撑杆5内上端，处理板2通过设置在支PVC支撑杆5内中下部的数据传输排线4与每节传感器3连接；在支PVC支撑杆5项端还设置有金属防水保护帽1。
由图4、图5可以看出：所述电路板(LY0102)上具有LC振荡电路和分频电路，圆环电容作为振荡电路的一部分，将水分的变化转换为频率的变化，通过数据传输排线送到电路板(LY0101)；振荡电路的振荡频率变化在150MHz-100MHz之间。
由图2还可以看出：所述传感器的数量为1～10个。
由图6、图7还可以看出：所述的数据采集器由连接板(LY0103)、处理板(LY0104)和无线收发模块(LY0107)组成，主要完成数据的定时采集、存储、无线发送功能；连接板(LY0103)通过双排插座(XS4)和处理板(LY0104)的XP1交换数据。
所述的无线收发模块LY0107选用400兆赫兹的无线收发模块，完成现场和机房的数据交换。
所述的数据采集器对外具有RS485、RS232和无线通讯接口，完成对传感器、后台管理软件的数据交换工作。
所述的探测器与数据采集器之间的通信采用RS485总线。
所述LY0104是采集器的处理板，它完成以下几个工作：
编译上位机发来的各种命令，比如：数据采集、参数调整、状态设置等；
提供采集数据的时间信息；
提供工作现场的电源信息；
按照上位机要求储存数据；
接口的扩展；
所述数据采集器对外具有RS485、RS232和无线通讯接口，完成对传感器、后台管理软件的数据交换工作；除了接收上位机指令采集水分数据外，还可以在上位终端计算机故障或停机时自动定时采集目标水分数据，并存储于大容量非易失性RAM中，保证了数据的连续性。
所述采集器是上位机和探测器的缓冲部分，完成数据采集命令的控制、数据的存储等功能。
所述探测器与采集器之间的通信采用RS485总线技术。不仅扩展性强，而且特别增强了防雷击设计，保证了探测系统稳定工作和数据传输的可靠性。
探测器与采集器的软件采用Keil C51设计，其既具有一般高级语言的特点，又能直接对单片机系统的硬件进行操作，表达和运算能力较强。具有生成代码效率高，支持浮点数运算等特点，设计的软件结构清晰、有条理，便于以后的扩展、移植和维护。
由图7还可看出：连接板LY0103控制采集器信号的输入输出、显示采集器的工作状态、并为采集器提供电源。
终端计算机配置软件主要参数的配置、数据的读取、数据库存储、图形化显示等功能。
软件部分由单片机C51编程、土壤水分控制计算机Borland C++Builder6.0开发平台编程两部分组成。硬件部分单片机C51编程，实现数据采集、转换、预处理、校验和发送于一体。PC机BCB6.0编程实现在Windows操作系统下的土壤水分实时监测、通过宽带网土壤水分数据直接传输到SQL数据库处理中心。
在探测器和数据采集器软件中使用单片机C51语言进行编程。
由图8可以看出：系统软件设计是根据TCP网络传输控制协议，使用Windows Socket API和SQL Server 2000数据库实现基于C/S架构的紫外线网络监控系统程序总体设计。
客户浏览端设计
土壤水分监测数据浏览端，首先设置需要连接的服务器IP地址和端口，然后通过Windows Socket向远端服务器端发送取数指令，获取对应的数据或图形显示。主要有以下功能：①实时显示当日土壤水分监测网各地的某层土壤水分观测实时值；②显示当日或历史土壤水分监测网各地的土壤水分月变化曲线。
服务器端设计
该部分是整个紫外线网络监控系统的核心。服务端软件以SQL Server2000作为整个系统的后台数据库，自定义数据库结构，采用Windows SocketAPI和多线程编程技术实现数据的入库和出库。主要有以下的功能：①实时记录网络传输错误和数据库错误日志信息，方便系统管理员及时了解系统运行状况；②远程控制功能：包括土壤水分监测软件系统升级、修正土壤水分监测软件换算参数、修改土壤水分监测软件上传IP地址等。
Claims (9)
1.一种无线智能土壤水分自动监测仪，它包括探测器、数据采集器、终端计算机和数据中心服务器，其特征在于：探测器由一块处理板(2)和若干传感器(3)组成，传感器结构为单杆多节式，传感器外部有保护套管，处理板(2)处理传感器传输来的数据，与数据采集器进行通信，与传感器通过扁平电缆连接。
2.根据权利要求1所述的无线智能土壤水分自动监测仪，其特征在于：传感器(1)每节由两个圆环电容、电路板(LY0101、LY0102)组成，传感器(1)对相对应土壤水分进行采集，变换成频率信号，通过扁平电缆传输到处理板(2)。
3.根据权利要求2所述的无线智能土壤水分自动监测仪，其特征在于：电路板(LY0102)上具有LC振荡电路和分频电路，圆环电容作为振荡电路的一部分，将水分的变化转换为频率的变化，通过扁平电缆送到电路板(LY0101)。
4.根据权利要求3所述的无线智能土壤水分自动监测仪，其特征在于：振荡电路的振荡频率变化在150MHz-100MHz之间。
5.根据权利要求1所述的无线智能土壤水分自动监测仪，其特征在于：传感器的数量为1～10个。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的无线智能土壤水分自动监测仪，其特征在于：数据采集器由连接板(LY0103)、处理板(LY0104)和无线收发模块(LY0107)组成，主要完成数据的定时采集、存储、无线发送功能；连接板(LY0103)通过双排插座(XS4)和处理板(LY0104)的XP1交换数据。
7.根据权利要求6所述的无线智能土壤水分自动监测仪，其特征在于：无线收发模块LY0107选用400兆赫兹的无线收发模块，完成现场和机房的数据交换。
8.根据权利要求1或7所述的无线智能土壤水分自动监测仪，其特征在于：数据采集器对外具有RS485、RS232和无线通讯接口，完成对传感器、后台管理软件的数据交换工作。
9.根据权利要求8所述的无线智能土壤水分自动监测仪，其特征在于：探测器与数据采集器之间的通信采用RS485总线。
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120314 Address after: 450053 No. 110 Jinshui Road, Henan, Zhengzhou Co-patentee after: Zhongyuan Optoelectronic Measurement & Control Technology Co. Patentee after: Henan Institute of Meteorological Sciences Address before: 450053 No. 110 Jinshui Road, Henan, Zhengzhou Co-patentee before: No.27 Research Institute, China Electronics Technology Group Corporation Patentee before: Henan Institute of Meteorological Sciences |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 450053 No. 110 Jinshui Road, Henan, Zhengzhou Co-patentee after: Henan Zhongyuan Photoelectric Measurement Control Technology Co., Ltd. Patentee after: Henan Institute of Meteorological Sciences Address before: 450053 No. 110 Jinshui Road, Henan, Zhengzhou Co-patentee before: Zhongyuan Optoelectronic Measurement & Control Technology Co. Patentee before: Henan Institute of Meteorological Sciences |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20080312 |