智能型土壤水分测试仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种智能型土壤水分测试仪，属于领域土壤水分监测技术领域。本实用新型专利技术所提供的智能型土壤水分测试仪，包括面板外壳、内部电路系统、土壤水分传感器、输入输出系统；所述面板外壳表面设有传感器接口、输入输出系统接口以及串行通信接口；所述内部电路系统主要由微控制器、通信接口电路以及电源系统集成设置于所述面板外壳内部；所述土壤水分传感器通过所述传感器接口与所述数模转换电路相连接；所述输入输出系统通过所述输入输出系统接口与所述微控制器相连接。该测试仪与智能型土壤水分传感器配套使用，可快速、实时采集传感器输出电压信号，并转换为数字量，按照标定方程计算出土壤容积含水量，通过输出设备显示给用户。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于土壤水分监测
，具体涉及一种智能型土壤水分测试仪。
技术介绍
作为世界农业大国的中国来说，施行节水灌溉，寻求高效的土壤水分快速测量技 术尤为重要。中国人口占世界的22%，而淡水资源只占世界总量的8%，人均水资源占有量 仅2300立方米/年，只相当于世界人均的1/4，是世界上人均占有水资源最贫乏的13个国 家之一。我国水资源一方面非常贫乏，另一方面浪费又非常大。农业用水占社会总耗水量 的80 %以上，但有效性很差。目前，中国年灌溉用水量约3800亿立方米，有效利用率只有 30% 40%，而先进国家已达70% 80%，中国每立方米水的粮食生产能力不足1公斤，先 进国家已达2. 35公斤。造成这种局面的原因之一就是没有一种有效的土壤水分测量技术 来保障节水农业技术体系的实施，所以说我国更迫切需要研究开发一种适合在生产中推广 应用的土壤水分快速测量技术。利用土壤的介电特性来测量土壤含水量是一种行之有效、快速、简便并且可靠的 方法。土壤的介电特性广泛地应用于土壤含水量的测量技术中，而且具体实现方法千差万 另Ij。其中，高频电容探头测量土壤含水量、时域反射法(TDR-Time Domain Ref lectometry), 时域传播法(TDT-Time Domain Transmission)、步页域分角军法(FD-FrequencyDomain Decomposition)、驻波法(SWR-Standing Wave-Ratio)等测量方法都属于基于土壤介电 特性的土壤含水量测量方法。其中，智能型土壤水分传感器利用的是基于驻波原理的高 频电子技术，用于通过测量土壤的表观介电常数从而测量土壤的容积含水量，目前已经 获得了技术专利权，专利号为ZL200820140343.8。智能型土壤水分传感器输出的 是0-2. 5V模拟电压信号，输出电压V与土壤容积含水量θ ν之间满足标定方程θ ν = aQ+aiV+a2V2+a3V3，方程的系数可通过土壤标定试验确定。为了在田间便携的移动测量，需要 一种与其配套使用的专用测试仪表，以便快速读取测量结果。由于智能型土壤水分传感器输出的是标准电压信号，因此可连接到各种带有差分 输入的数据采集器、数据采集卡、数据采集模块等设备，用户通过编程将电压值转换为土壤 容积含水量，如研华的ADAM-4017模拟量采集模块、PCL-818数据采集卡、NI的PCI-6013数 据采集卡等。可以通过系统集成，构成土壤水分监控系统，对土壤水分进行实时监测。前述所提到的各种通用模拟量采集设备，硬件系统集成简便，但此方法由于需要 连接到计算机，设备供电也需要通过固定电源，因此仅适用于固定监测，不能用于便携式的 移动测量，且由于市场上现有的这些设备是通用设备，所以成本高、体积大，不能为用户测 量土壤水分提供直观的操作界面，使用不方便。现有的与智能型配套仪表有TSC-IV型土壤水分空间分布测试仪(专利号ZL 200520109707. 2)，该仪表可以测量各个测试点的土壤容积含水量，同时可以通过GPS接收 机采集各个测试点的经纬度，并能存储所测点的土壤水分和位置信息，通过串口可将数据 传给计算机进行处理和分析，生成土壤水分空间分布图。TSC-IV型土壤水分空间分布测试仪技术性能指标如下1)显示界面128 X 64 象素 LCD ；2)分辨率0.1%;3) GPS误差小于10米;4)存储容量:32K(450点数据)；5)通信接口RS-232 ；6)电源供应镍氢电池(12V/2500mAh)；7)待机时间大于10小时大于30小时；8)充电时间4小时;9)外形尺寸:290(长)X180(宽)X90(高)mm;10)重量(含电池)约2. 4Kg。尽管TSC-IV型土壤水分空间分布测试仪目前可作为智能型土壤水分传感器专用 的便携式仪表，功能强大，但其体积较大、成本本较高。为了满足不同的测试条件和使用要 求，一种提供能耗更低、体积更小、使用更简便、成产成本更为低廉的土壤水分测试仪的出 现变得越来越重要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是提供一种体积小、操作简便、功能全面的智能型 土壤水分测试仪，以期与智能型土壤水分传感器或其他类似的土壤水分传感器配套使用， 以便快速、实时地采集传感器输出的电压信号，将其转换为数字量，并按照标定方程计算出 土壤容积含水量，通过输出设备显示给用户。(二)技术方案为解决上述技术问题，本技术提供一种智能型土壤水分测试仪，包括面板外 壳、内部电路系统、土壤水分传感器、输入输出系统；所述面板外壳表面设有传感器接口、输入输出系统接口以及串行通信接口 ；所述内部电路系统主要由微控制器、通信接口电路以及电源系统集成设置于所述 面板外壳内部；所述土壤水分传感器通过所述传感器接口与所述数模转换电路相连接；所述输入输出系统通过所述输入输出系统接口与所述微控制器相连接。所述微控制器为单片机，内部集成复位电路以及数模转换电路。所述通信接口电路连接所述微控制器，并通过所述串行通信接口与上位PC机连接通信。所述内部电路系统还包括振荡电路；所述微控制器集成设有振荡电路接口 ； 所述振荡电路通过所述振荡电路接口连接所述微控制器。所述内部电路系统还包括数据存储器；所述微控制器集成设有存储器接口 ；所述数据存储器通过所述存储器接口连接所述微控制器。所述内部电路系统还包括实时时钟；所述微控制器集成设有时钟接口 ；所述实时时钟通过所述时钟接口连接所述微控制器。所述电源系统包括电源控制电路、电池以及充电电路；所述微控制器集成设有电源控制电路接口以及电池接口 ；所述电源控制电路连接所述电池并通过所述电源控制电路接口与所述微控制器 相连接； 所述电池为可充电电池，连接所述充电电路并通过所述电池接口与所述微控制器 相连接。所述输入输出系统包括显示器、状态指示电路以及键盘电路；所述输入输出系统接口包括显示接口、状态指示电路接口以及键盘电路接口 ；所述显示器通过所述显示接口连接所述微控制器；所述状态指示电路通过所述状态指示电路接口连接所述微控制器；所述键盘电路通过所述键盘电路接口连接所述微控制器。所述显示器为液晶显示器。(三)有益效果依照本技术技术方案所得到的土壤水分测试仪，是与智能型土壤水分传感器 配套使用的智能仪表，在供电电源、模拟量信号的测试范围与接口方面都与目前的土壤水 分传感器更匹配，与市场通用的各种数据采集设备相比，其具体具备如下几点特征1、通过传感器接口可良好的与智能型土壤水分传感器配套连接使用；2、通过设置独立的微控制器单元，可提供功能强大的中央控制结构，作为系统的 核心部分，微控制器可完成系统的运算及控制，实现程序的运行管理、数据存储以及外围接 口电路的控制等等功能；3、通过采用电源控制电路_可充电电池-充电电路的电源供给结构，使得该测试 仪不仅可自行进行快速充电，并且可结合微控制器对电源输出进行实时需求调控以及电压 转换；电源系统结合微控制单元的方案使得该测试仪可作为便携式移动测量工具脱离 上位PC机以及固定电源独立使用，用户可手持仪表在田间不同的测试点移动地进行测量；4、通过设置独立的数据存储器可提供大容量的数据存储功能，结合实时时钟系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能型土壤水分测试仪，其特征在于，所述水分测试仪包括面板外壳、内部电路系统、土壤水分传感器、输入输出系统；所述面板外壳表面设有传感器接口、输入输出系统接口以及串行通信接口；所述内部电路系统主要由微控制器、通信接口电路以及电源系统集成设置于所述面板外壳内部；所述土壤水分传感器通过所述传感器接口与所述数模转换电路相连接；所述输入输出系统通过所述输入输出系统接口与所述微控制器相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王一鸣，冯磊，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]