土壤墒情監測終端及由該終端組成的監測系統的製作方法

2023-05-26 00:49:21

專利名稱：土壤墒情監測終端及由該終端組成的監測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及測量裝置，特別涉及一種土壤墒情監測終端及由該終端組成的監測系統。
背景技術：
名稱為《一種土壤水分空間分布快速測試儀》的實用新型專利(專利號為200520109707. 2) 公開了一種能夠實時測量採樣點的土壤容積含水量和測量經緯度的智能化土壤水分快速測試 儀。該測試儀包括一土壤水分傳感器、一 GPS接收機、 一控制面板、 一晶振電路分別與一 微控制器連接、 一時鐘電路、 一程序存儲器、 一數據存儲器、 一顯示模塊分別與一微控制器 連接，電源是可充電電源；微控制器還具有一個可與上位機連接的串行數據接口。該測試儀 可以測量各個指定點的土壤水分體積含水量值，可以通過GPS接收機採集各個指定點的經度、 緯度位置值，並能存儲所測各指定點的土壤水分值、經度緯度位置值，通過串行口可講數據 傳送給計算機進行處理和分析，生成土壤水分空間分布圖。該測試儀具有以下局限性(1) 測量數據不能實時傳輸，必須帶回分析中心才可以進行分析判斷，降低了土壤墒情信息的時 效性和利用價值；(2)該儀器採用電池供電，不能長時間不間斷地對一個測量點進行測量。

實用新型內容
本實用新型的目的在於克服上述現有技術中的不足，提供一種可以在野外無人職守的情 況下對測量點的土壤墒情狀況進行長時間的實時監測的土壤墒情監測終端。同時，提供採用 上述土壤墒情監測終端構成的土壤墒情監測系統。
為達到上述目的，本實用新型提供的土壤墒情監測終端，包括土壤水分傳感器和與其相 連的SMS採集器，還包括太陽能電池板、蓄電池和充電控制器，所述SMS採集器包括CPU模 塊和與其相連的GSM模塊，所述土壤水分傳感器的採集信號接至所述CPU模塊，所述GSM模 塊用於與控制主機的無線通信；所述充電控制器分別與所述太陽能電池板、蓄電池和所述CPU 模塊相連接。
本實用新型土壤墒情監測終端，其中所述CPU模塊的土壤水分墒情數據通過所述GSM模 塊採用無線短消息向控制主機輸出，並通過所述GSM模塊接收控制主機的無線短消息通信指 令。
本實用新型土壤墒情監測終端，其中所述SMS採集器設有RS232通信接口，所述CPU模塊的串行接口與所述RS232通信接口之間接有電平轉換電路。
本實用新型土壤墒情監測終端，其中所述SMS採集器設有電源模塊，所述電源模塊採用
型號為CEM9435A的開關電源構成。
本實用新型土壤墒情監測終端，其中所述CPU模塊採用型號為ATmega32的晶片構成。 本實用新型土壤墒情監測終端，其中所述GSM模塊採用型號為TC35i的晶片構成。 為達到上述目的，本實用新型提供的採用上述土壤墒情監測終端構成的土壤墒情監測系
統，包括一控制主機，所述控制主機設有控制端GSM模塊，所述土壤墒情監測終端為多個,
各土壤墒情監測終端與控制主機通過無線GSM網絡相連，並通過無線短消息進行參數設置和
監測數據的相互傳輸。
本實用新型提供的土壤墒情監測系統及由該終端組成的監測系統的優點是採用太陽能 供電，可以在無人職守的情況下對監測點進行長期測量，另外，採用短消息進行數據傳輸具 有費用低廉、通信距離不受限制。因此，本實用新型在大尺度墒情監測系統工程中有廣闊的 應用前景。
下面將結合實施例參照附圖進行詳細說明，以對本實用新型的目的、特徵和優點有深入 的理解。


圖1為本實用新型土壤墒情監測終端的電路圖2為本實用新型土壤墒情監測終端中電平轉換電路的電路圖3為本實用新型土壤墒情監測終端中電源模塊的電路圖4為本實用新型土壤墒情監測終端及監測系統的方框圖5為本實用新型土壤墒情監測終端中充電控制器的連接方式圖。
具體實施方式
下面以實施例對技術方案做詳細說明。
參照圖4和圖5，本實用新型土壤墒情監測終端，包括太陽能電池板3、充電控制器4、 SMS採集器2、蓄電池5、 土壤水分傳感器l。所述的太陽能電池板3為整個系統提供電源， 連接至充電控制器4，充電控制器4分別與太陽能電池板3、蓄電池5和SMS採集器2相連接， 充電控制器4控制蓄電池5的充電和放電。
參照圖4，在本實用新型土壤墒情監測終端的實施例中，所述的SMS採集器2和土壤水 分傳感器1相連，SMS採集器2由GSM模塊22、 CPU模塊21、電源模塊23等模塊組成，其功 能是所述CPU模塊21採集土壤水分傳感器1的墒情數據，所述GSM模塊用於與控制主機的無線通信，與控制主機6通過短消息進行通信，完成土壤墒情數據的傳輸。
參照圖5，在本實用新型土壤墒情監測終端的實施例中，充電控制器4可以根據蓄電池5 電壓的高低，調節充電電流的大小，並決定是否向負載供電，可以經常保持蓄電池5處於飽 滿狀態，防止蓄電池5的過充和過放。在陽光照射下，太陽能電池板3的SV+和SV-端子上 將產生電壓和電流，將這兩個端子跟充電控制器4的KV+和KV-兩個端子相連，為充電控制 器4提供供電。充電控制器4的IV+和IV-端子為與蓄電池5連接的端子，分別連接蓄電池5 的B+和B-端子。有陽光的時候電流經過IV+流向B+，為蓄電池5供電。當沒有陽光的時候， 電流由蓄電池5的B+流向IV+,蓄電池5為系統提供電力。OV+和OV-為充電控制器4的負載 輸出端子，分別與SMS採集器2的VI+和VI-相連，充電控制器4控制負載電流的通斷，以 防止蓄電池5的過放。
下面對本實用新型土壤墒情監測終端的主要電路進行說明。
參照圖l，在本實用新型土壤墒情監測終端及由該終端組成的監測系統的實施例中，CPU 模塊21採用型號為ATmega32的晶片U5，其中，SW1為手動復位按鈕，連接到CPU模塊21的 RST管腳4。 土壤水分傳感器l的信號輸入A/D轉換部分，具體的連接是將土壤水分傳感器1 的信號接到AIN1，信號經過電阻R11和R13後進入CPU模塊21的AD1引腳35進行AD轉換。
GSM模塊22採用型號為TC35i的晶片U4，與SIM卡通過CCVCC、 CCRST、 CCCLK、 CCGND 和CCIO五個管腳進行相互連接，完成手機SIM的讀寫操作，該操作是由GSM模塊22 (晶片 U4)模塊自動完成的。D21為狀態指示燈，經過R29後連接到GSM模塊22的SYNC引腳32， 用於顯示GSM模塊22的工作狀態。
CPU模塊21和GSM模塊22的通信通過TXD和RXD兩個管腳。當GSM模塊22接收到簡訊 或者發現某種錯誤後，會將各種指示經過RXD管腳18傳輸到CPU模塊21的異步串行接口的 接受端9， CPU模塊21對接收的信息進行處理，完成短消息的收發和錯誤代碼的處理。
參照圖2，本實用新型土壤墒情監測終端與控制主機6的通信電路採用RS232電氣規範， SMS採集器2設有RS232通信接口， CPU模塊21的串行接口與RS232通信接口之間接有電平 轉換電路，其電路採用型號為Max3232CSE的電平轉換晶片U20,該電路的輸入端分別與CPU 模塊21 (晶片U5)的異步串行接口TXD、 RXD管腳9、 10相連。輸出端分別與RS232接頭的 2腳和3腳相連。該電路可以實現CPU模塊21與控制主機6的通信，完成程序的下載或者終 端參數的設置。
參照圖3，電源模塊23是以晶片R1224N102E (U3)為核心的一個開關電源，其輸出電壓 可調。輸出的參考電壓為1V，開關頻率為500KHZ，轉換效率90%以上，待機功耗OuA。晶片CEM9435A (U2)為一 PM0S，選用開關速度在500K以上並具有大電流通過能力的晶片。二極 管D41選用電流在1.5A以上的肖特級二極體。輸出電壓由R42和R44決定，計算公式Vout =(R5+R7)/R7(公式中參考電壓為IV，所以沒有標出)。
本實用新型提供了採用上述太陽能供電的短消息土壤墒情監測終端構成的墒情監測系 統，包括控制主機和若干土壤墒情監測終端，所述控制主機設有控制端GSM模塊，所述各土 壤墒情監測終端與控制主機通過無線GSM網絡相連，所述各土壤墒情監測終端與控制主機之 間採用無線短消息進行參數設置和監測數據的相互傳輸。
在系統中，控制主機可以將各個監測終端通過短消息傳回的墒情數據進行顯示、存儲和 發布，從而實現大尺度的土壤墒情數據信息的實時獲取和發布。本實施例是採用太陽能供電 的短消息土壤墒情監測終端的一個典型應用。
本實用新型太陽能供電的短消息土壤墒情監測終端，採用太陽能供電，可以在無人職守 的情況下對監測點進行長期測量，另外，採用短消息進行數據傳輸具有費用低廉、通信距離 不受限制。因此，本實用新型在大尺度墒情監測系統工程中有廣闊的應用前景。
以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，並非對本實用新型的 範圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精祌的前提下，本領域普通工程技術人員對本實用 新型的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護範圍 內。
權利要求1.一種土壤墒情監測終端，包括土壤水分傳感器(1)和與其相連的SMS採集器(2)，其特徵在於還包括太陽能電池板(3)、蓄電池(5)和充電控制器(4)，所述SMS採集器(2)包括CPU模塊(21)和與其相連的GSM模塊(22)，所述土壤水分傳感器(1)的採集信號接至所述CPU模塊(21)，所述GSM模塊(22)用於與控制主機(6)的無線通信；所述充電控制器(4)分別與所述太陽能電池板(3)、蓄電池(5)和所述CPU模塊(21)相連接。
2. 根據權利要求1所述的土壤墒情監測終端，其特徵在於其中所述CPU模塊(21)的 土壤水分墒情數據通過所述GSM模塊(22)採用無線短消息向控制主機輸出，並通過所述GSM 模塊(22)接收控制主機(6)的無線短消息通信指令。
3. 根據權利要求1或2所述的土壤墒情監測終端，其特徵在於其中所述SMS採集器(2) 設有RS232通信接口，所述CPU模塊(21)的串行接口與所述RS232通信接口之間接有電平 轉換電路。
4. 根據權利要求3所述的土壤墒情監測終端，其特徵在於其中所述SMS採集器(2) 設有電源模塊(23)，所述電源模塊(23)採用型號為CEM9435A的開關電源構成。
5. 根據權利要求4所述的土壤墒情監測終端，其特徵在於其中所述CPU模塊(21)採 用型號為ATmega32的晶片構成。
6. 根據權利要求5所述的土壤墒情監測終端，其特徵在於其中所述GSM模塊(22)採 用型號為TC35i的晶片構成。
7. 採用權利要求1-6中任何一種土壤墒情監測終端構成的土壤墒情監測系統，其特徵在 於包括一控制主機，所述控制主機設有控制端GSM模塊，所述土壤墒情監測終端為多個， 各土壤墒情監測終端與控制主機通過無線GSM網絡相連，並通過無線短消息進行參數設置和 監測數據的相互傳輸。
專利摘要本實用新型提供的土壤墒情監測終端，包括太陽能電池板、充電控制器、SMS採集器、蓄電池、土壤水分傳感器。太陽能電池板為整個系統提供電源，連接至充電控制器，充電控制器分別連接太陽能電池板和蓄電池，控制蓄電池的充電和放電；SMS採集器和土壤水分傳感器相連，SMS採集器由GSM模塊、CPU模塊、電源模塊組成，採集土壤水分傳感器的墒情數據並與控制主機通過短消息進行通信，完成土壤墒情數據的傳輸。本實用新型還提供了採用上述土壤墒情監測終端構成的土壤墒情監測系統。本實用新型的優點是採用太陽能供電，可以在無人職守的情況下對監測點進行長期測量，另外，採用短消息進行數據傳輸具有費用低廉、通信距離不受限制的優點。
文檔編號G08C17/02GK201138345SQ20082007844
公開日2008年10月22日 申請日期2008年1月7日 優先權日2008年1月7日
發明者劉洪祿, 吳國星, 吳文勇, 剛 孫, 申長軍, 趙春江, 鄭文剛 申請人:北京農業信息技術研究中心