一種遠程土壤智能監測系統的製作方法

2023-05-29 09:02:06 2

本實用新型涉及土壤檢測技術領域，尤其涉及一種遠程土壤智能監測系統。

背景技術：

隨著我國經濟的高速發展和城市化、工業化、農業化進程的加快，土壤在社會經濟快速發展伴生的環境問題也日益突出，生產過程中由於操作或管理不當，導致越來越多的土壤遭受不同程度的汙染，土壤汙染具有隱蔽性、滯後性和長期性，土壤中的汙染物通過根系作用進入植物中，植物的生長受到抑制，土壤的汙染對工農業生產和人體健康也將直接或間接的危害已開始顯露，因此對汙染土壤治理已迫在眉睫。

對於傳統的土壤的測量和研究中，土壤的測量方法是對土壤進行取樣後送專業的實驗室進行檢測，因此不能及時對周圍環境的土壤參數進檢測，從而使土壤再送檢的過程中往往會受到汙染而造成很大的檢測誤差，使土壤檢測不準確，不能達到預期的檢測效果。在土壤檢測中，一方面，土壤檢測人員需要攜帶大量儀器到土壤監測環境中進行實地考察和檢測，給檢測人員的，且部分儀器無法單獨完成測量，給檢測人員帶來的大量工作且費時費力，另一方面，土壤測量完成後需測量人員進行統一整理上傳，而且容易導致人為紕漏。為此，為了實現土壤測量信息的便捷化採集和自動化管理，研究一種遠程智能監測系統對土壤進行測量具有重要的實踐意義。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種土壤採樣檢測計，根據本實用新型的收集處理裝置能夠實現同時完成土壤採樣、收集和對土壤進行定時檢測分析，為後續取樣提供了方便，其結構簡單，操作使用方便，可以快速採集制定深度的土壤樣品，為了實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案：

根據本發實用新型的一個方面，提供了一種遠程土壤智能監測系統，包括智能監測終端本體、存儲箱體，太陽能供電單元、屏蔽線、傳感器探頭、發射天線、接收天線和遠程伺服器，在所述智能監測終端本體的頂面設置有信號檢測接口，該屏蔽線的一端穿過存儲箱體與信號檢測接口連接，屏蔽線的另一端與設置在土壤中的傳感器探頭連接，在存儲箱體上設置有發射天線， 所述發射天線與所述智能監測終端本體通信連接，所述發射天線與接收天線無線通信連接，所述接收天線與遠程伺服器通信連接，所述太陽能供電單元電源線與存儲箱體上的供電接口連接並為智能監測終端本體提供工作電源。

優選的，所述智能監測終端本體包括設置在所述智能監測終端本體正面的顯示屏，以及在智能監測終端本體內部設置的數據處理器模塊，以及在所述智能監測終端本體的左側面設置有信號檢測切換開關，在所述智能監測終端本體左側面的信號檢測切換開關兩端設置有充電接口和音頻視頻輸出口，在所述智能監測終端本體的背面的上方和下方分別設置有攝像頭和無線通信模塊，所述無線通信模塊設置在智能監測終端本體背面的底端，所述智能監測終端本體的右側面設置有電源開關和音量調節開關，背面設置還有外置揚聲器、TF卡槽、SIM卡槽和鋰電池，所述數據處理器模塊分別與顯示屏、充電接口、音量調節開關、光學攝像頭、TF卡槽、SIM卡槽和無線通信模塊電氣連接，所述音量調節開關與外置揚聲器電氣連接，所述外置揚聲器設置在所述光學攝像頭的側上方，所述鋰電池通過電源開關為整個智能採集終端提供備用電源。

優選的，所述無線通信模塊為GPS通信模塊、WiFi通信模塊、GSM通信模塊、GPRS通信模塊和RFID通信模塊中的兩種或兩種以上；所述數據處理器模塊(100)包括信號放大單元、CPU核處理器單元、DSP核處理器單元和通信協議處理器單元。

優選的，所述信號檢測接口的數量不少於2個，該信號檢測接口為BCN接口。

優選的，所述傳感器探頭的呈T字型設置，其下端為尖端部，上端為信號輸出端，在感器探頭內從下至上依次設置有探針和傳感器電路，在信號輸出端的外部固設置有信號處理座，在所述信號處理座內設置有信號調理電路，在所述信號處理座的表面至少設置有兩個信號輸出接頭，所述探針與所述傳感器電路連接，所述傳感器電路採集的信號經過信號輸出端通過信號線連接至信號調理電路，該信號調理電路輸出的信號通過信號線與信號輸出接頭連接。

優選的，所述傳感器電路為數量至少為兩個，在每個傳感器電路之間還填充有絕緣屏蔽層。

優選的，所述傳感器電路為土壤溼度量傳感器、溫度傳感器、pH值傳感器，土壤鹽度傳感器、土壤導電率傳感器、土壤硬度傳感器中的兩個或兩個 以上。

優選的，所述探針呈為螺旋狀形或U形設置，該探針數量至少為2根且每根探針之間的距離為4mm～8mm，每根探針的長度為80mm～120mm。

優選的，太陽能供電單元包括太陽能電池板、太陽能控制器、太陽能儲能電池、線性穩壓電路和穩壓輸出電路，所述太陽能電池板依次通過太陽能控制器與太陽能充電電池連接，所述太陽能控制器的輸出端與通過線性穩壓電路、穩壓輸出路與存儲箱體上的供電接口連接並為智能監測終端本體提供工作電源。

優選的，所述穩壓輸出電路包括電感L、直流變換器S、續流二極體D1、電容C1、穩壓器T1和電容C2，所述電感L的一端與線性穩壓電路連接，所述直流變換器S的一端與續流二極體D1的陽極並聯連接後再與電感L的另一端連接，所述直流變換器S的另一端與地連接，所述續流二極體D1的陰極分別與電容C1的正極和穩壓器T1的輸入端連接，所述穩壓器T1的輸入端的輸出端與電容C2的正極、供電接口的連接，電容C1的負極、電容C2的負極、穩壓器T1的負極分別與直流變換器S的地連接。

本實用新型採用了上述技術方案，本實用新型具有以下技術效果：

(1)、本實用新型能對土壤進行快速檢測分析，所採樣的土壤為後續分析提供了方便，本實用新型的結構簡單，操作使用方便，將傳感器探頭插入土壤中可以快速採集制定深度的土壤樣品，減少了對地表植被造成的破壞性。減少人為下壓檢測計的力量。

(2)、本實用新型小巧便攜，操作簡單，應用廣泛，通傳感器探頭可以提高土壤信息採集的準確率和效率，同時檢測人員可隨身攜帶本採集終端進行土壤檢測。

(3)、本實用新型通過無線通信模塊與遠程伺服器進行實時通信，實現土壤檢測數據的自動化上傳和管理，便於管理部門對土壤檢測數據的管理和治理工作的有效開展。

(4)、本實用新型將光能轉換電能的轉換電路，有效改進了土壤監測的電源供應及儲能方面的局限，大幅提高了遠程檢測監控的續航性；可提高系統的電能儲備和供電的穩定性；所述太陽能儲能電池採用12V鹼性鎳鎘蓄電池，太陽能電池板採用12V多晶矽電池組件，所述太陽能控制器可視具體情況實現兩組輸出電源，一組為5V、100mA持續輸出，另一組12V、500mA間斷輸出。

附圖說明

圖1是本實用新型的一種手持式土壤測量智能終端的正面結構示意圖；

圖2是本實用新型的左面結構示意圖；

圖3是本實用新型的右面結構示意圖；

圖4是本實用新型的背面結構示意圖；

圖5是本實用新型的內部電路控制連接原理圖；

圖6是本實用新型的傳感器探頭的結構示意圖；

圖7是本實用新型的太陽能供電單元的原理圖；

圖8是本實用新型的穩壓輸出電路的原理圖；

附圖中，1-本體，2-顯示屏，3-信號檢測接口，4-屏蔽線，5-傳感器探頭，6-信號檢測切換開關，7-充電接口，8-音頻視頻輸出口，9-光學攝像頭，10-電源開關，11-音量調節開關，12-外置揚聲器，13-TF卡槽，14-SIM卡槽，15-鋰電池，20-無線通信模塊，50-尖端部，51-信號輸出端，52-探針，53-傳感器電路，54-信號處理座，55-絕緣屏蔽層，100-數據處理器模塊，200-存儲箱體，201-發射天線，202-接收天線，300-太陽能供電單元，3001-太陽能電池板，3002-太陽能控制器，3003-太陽能儲能電池，3004-線性穩壓電路，3005-穩壓輸出電路，400-遠程伺服器，510-信號調理電路，511-信號輸出接頭。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉出優選實施例，對本實用新型進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節僅僅是為了使讀者對本實用新型的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節也可以實現本實用新型的這些方面。

如圖1所示，根據本實用新型的一種遠程土壤智能監測系統，包括智能監測終端本體1、存儲箱體200，太陽能供電單元300、屏蔽線4、傳感器探頭5、發射天線201、接收天線202和遠程伺服器400，在所述智能監測終端本體1的頂面設置有信號檢測接口3，該屏蔽線4的一端穿過存儲箱體200與信號檢測接口3連接，所述信號檢測接口3的數量不少於2個，該信號檢測接口3為BCN接口，屏蔽線4的另一端與設置在土壤中的傳感器探頭5連接，在存儲箱體200上設置有發射天線201，所述發射天線201與所述智能監測終端本體1通信連接，所述發射天線201與接收天線202無線通信連接，所述接收天線202與遠程伺服器400通信連接，所述太陽能供電單元300電源線 與存儲箱體200上的供電接口203連接並為智能監測終端本體1提供工作電源。在本實用新型中，所述智能監測終端本體1包括設置在所述智能監測終端本體1正面的顯示屏2，以及在智能監測終端本體1內部設置的數據處理器模塊100，以及在所述智能監測終端本體1的左側面設置有信號檢測切換開關6，該信號檢測切換開關6用於不同類型的傳感器探頭5進行匹配檢測切換，在所述智能監測終端本體1左側面的信號檢測切換開關6兩端設置有充電接口7和音頻視頻輸出口8，在所述智能監測終端本體1的背面的上方和下方分別設置有攝像頭9和無線通信模塊20，所述無線通信模塊20設置在智能監測終端本體1背面的底端，所述智能監測終端本體1的右側面設置有電源開關10和音量調節開關11，背面設置還有外置揚聲器12、TF卡槽13、SIM卡槽14和鋰電池15，所述數據處理器模塊100分別與顯示屏2、充電接口7、音量調節開關11、光學攝像頭9、TF卡槽13、SIM卡槽14和無線通信模塊20電氣連接，所述音量調節開關11與外置揚聲器12電氣連接，所述外置揚聲器12設置在所述光學攝像頭9的側上方，用於獲取土壤檢測周圍環境的視頻數據。在本實用新型中，在陽光充足的時候使用太陽能供電單元300為整個智能採集終端提供電源，陽光不充足且太陽能供電單元300供電不足時，使用備用電源供電，即使用所述鋰電池15通過電源開關10為整個智能採集終端提供電源。在本實用新型中，為了通過無線通信模塊20與外部的遠程伺服器400進行無線連接實現數據交換，所述無線通信模塊20為GPS通信模塊、WiFi通信模塊、GSM通信模塊、GPRS通信模塊和RFID通信模塊中的兩種或兩種以上，通過GPS通信模塊獲取土壤周圍的地理位置、傳感器探頭5檢測的土壤數據、光學攝像頭9拍攝的視頻數據經過數據處理器模塊100分析處理後，再通過WiFi通信模塊、GSM通信模塊或GPRS通信模塊與遠程伺服器400進行數據交換，實現了土壤測量數據的及時上傳、數據交換；所述數據處理器模塊100包括信號放大單元、CPU核處理器單元、DSP核處理器單元和通信協議處理器單元，信號放大單元為運算比較放大電路對傳感器探頭傳輸來的信號進行放大和濾波處理，所述CPU核處理器單元為ARM系列單片機處理器，通過CPU核處理器單元和DSP核處理器單元進行分析和運算處理，然後通過通信協議處理器單元進行通信協議轉換後與遠程伺服器400進行有線連接實現數據交換。

在本實用新型中，如圖6所示，所述傳感器探頭5的呈T字型設置，其下端為尖端部50以便於傳感器探頭5能順利插入土壤中，上端為信號輸出端 51，在感器探頭5內從下至上依次設置有探針52和傳感器電路53，在信號輸出端51的外部固設置有信號處理座54，在所述信號處理座54內設置有信號調理電路510，在所述信號處理座54的表面至少設置有兩個信號輸出接頭511，所述探針52與所述傳感器電路53連接，在本實用新型中，所述信號調理電路510包括比較運算放大器、A/D轉換器和單片機處理器和信號轉換電路(未圖示)，傳感器電路53採集的土壤信經過比較運算放大器進行放大、數字轉換和單片機處理器進行分析處理後，單片機處理器輸出的數據經過信號轉換電路(RS232電平轉換或平衡轉換)，再經過屏蔽線輸入至智能監測終端本體1，所述傳感器電路53採集的信號經過信號輸出端51通過信號線連接至信號調理電路510，該信號調理電路510輸出的信號通過信號線與信號輸出接頭511連接，在本實用新型中，所述探針52呈螺旋狀形或U形設置可增大探針52檢測土壤的有效面積，該探針52數量至少為2根且每根探針52之間的距離為4mm～8mm，每根探針52的長度為80mm～120mm，探針52提高了土壤檢測的靈敏度，較快地反應了土壤的變化情況，增加了傳感器電路53採樣數據信號的強度以及信號輸出的可靠性，能夠實現進行連續測量，及時動態反映土壤中水分、溼度、pH值或導電率的變化情況。所述傳感器電路53採集的信號經過信號輸出端51通過信號線連接至信號調理電路510，該信號調理電路510輸出的信號通過信號線與信號輸出接頭511連接，該信號輸出接頭511為BCN接口，在本實用新型中，所述傳感器電路53為數量至少為兩個，在每個傳感器電路53之間還填充有絕緣屏蔽層55防止傳感器電路之間相互幹擾，絕緣屏蔽層55的材料為聚四氟乙烯，所述傳感器電路53為土壤溼度量傳感器、溫度傳感器、pH值傳感器，土壤鹽度傳感器、土壤導電率傳感器、土壤硬度傳感器中的兩個或兩個以上。

在本實用新型中，如圖7所示，太陽能供電單元300包括太陽能電池板3001、太陽能控制器3002、太陽能儲能電池3003、線性穩壓電路3004和穩壓輸出電路3005，所述太陽能電池板3001依次通過太陽能控制器3002與太陽能充電電池3003連接，所述太陽能控制器3002的輸出端與通過線性穩壓電路3004、穩壓輸出路3005與存儲箱體200上的供電接口203連接並為智能監測終端本體(1)提供工作電源，所述線性穩壓電路3004利用MAX770型升壓式DC/DC變換器的高速脈衝頻率調製、可預置、可調升壓式電源變換器，通常可輸出10～1000mA的電流。如圖8所示，所述穩壓輸出電路3005包括電感L、直流變換器S、續流二極體D1、電容C1、穩壓器T1和電容C2，所 述電感L的一端與線性穩壓電路連接，所述直流變換器S的一端與續流二極體D1的陽極並聯連接後再與電感L的另一端連接，所述直流變換器S的另一端與地連接，所述續流二極體D1的陰極分別與電容C1的正極和穩壓器T1的輸入端連接，所述穩壓器T1的輸入端的輸出端與電容C2的正極、供電接口203的連接，電容C1的負極、電容C2的負極、穩壓器T1的負極分別與直流變換器S的地連接。在本實用新型中，所述穩壓輸出電路3005能夠針對太陽能控制器3002的輸出電壓以及智能監測終端本體1的負載電流的變化情況，對電感L儲能或電容C1充電進行適時調整。當直流變換器S短路時，電流通過電感L而儲能，電壓極性是左正右負；並使續流二極體D1截止；當直流變換器S開路時，電感L產生反向電動勢，電壓極性是左負有正；並使續流二極體D1導通，電感L上儲存的電荷經續流二極體D1向負載(智能監測終端本體1)供電，同時對電容C1充電，且直流變換器S頻率足夠高，可保持穩壓輸出電路3005的輸出電壓(Uo)持續穩定；也使得穩壓輸出電路3005的輸入電壓保持穩定，即穩壓輸出電路3005的輸入電壓(Ui),當Ui>Uo時，對電容C1充電，當Ui<Uo時，電容C1對外放電，通過對電容C1不斷進行充放電，可使穩壓輸出電路3005的輸出電壓(Uo)對智能監測終端本體1供電保持持續穩定，為使穩壓輸出電路3005的輸出的電壓(Uo)保持更加穩定和消除紋波幹擾，在電容C1的輸出端增加了穩壓器T1和濾波電容C2，此時穩壓器T1輸出的電壓(Uo1)所需的直流電壓，根據需要採用穩壓器T1使用5V～15V的直流穩壓器。本實用新型太陽能電池板將所吸收的太陽輻射能量並轉化為電能且提供穩定的電源，實現監測裝置的低功耗、高效率穩壓輸出電源，提升監測供電的穩定性；有效改進了土壤監測的電源供應及儲能方面的局限，大幅提高了遠程監控的續航性。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。