一种太阳能无线土壤剖面水分测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种太阳能无线土壤剖面水分测量装置。该装置包括：太阳能电池(4)、天线(11)、传感器节点(5)、绝缘套(9)、防水堵头(10)；所述太阳能电池(4)通过充放电控制器(3)与数据采集及处理模块(6)相连；所述传感器节点(5)包括两个金属片(18)，所述两金属片(18)径向彼此间隔的固定于绝缘柱体(15)表面，所述两金属片(18)分别与传感器电路板(19)相连。本实用新型专利技术利用太阳能光伏发电供给能源，进行土壤剖面单点或多点动态含水量的测量，基于短距离无线通信技术实现采集数据的无线传输，能耗低、可靠性强，可自动、连续定点长期监测土壤剖面动态含水量。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及土壤水分测量
，特别涉及一种太阳能无线土壤剖面不同深度多点水分测量装置。
技术介绍
在农林业生产中，土壤水分的准确测量对及时掌控土壤墒情、实现节水灌溉起着非常重要的作用。而土壤水分测量所基于的传统探针式结构土壤水分传感器存在其单点测量的局限性，有线的测量方式也不利于农田多点部署实现土壤水分的动态监测。因此，研究土壤剖面多点水分测量传感器以及实现传感器测量数据的无线传输技术，是今后水分测量传感器研发有待突破的方向之一。专利公开的一种基于介电FDR法测量土壤剖面含水量的土壤水分传感器，由单个传感器节点、电路板和绝缘套管组成，与以往传统土壤探针式结构水分传感器相比，结构简单，可测量土壤剖面多点水分含量。但是该类型传感器是通过单个传感器节点在套管中上下移动去测量土壤剖面一定深度含水量，一方面难以知道含水量所对应土壤剖面的具体深度，另一方面该传感器也只适合现场即时测量，不适于自动、长期定点监测土壤水分。专利公开的一种无线智能土壤水分自动监测仪，通过合理布设监测站点、无线发射数据，可及时、准确了解土壤剖面多点水分动态变化情况。但是该自动监测仪一方面没有涉及整个系统能耗问题，单个探测器可能需要定期更换电池， 一定程度上增加了投入成本；另一方面，探测器与数据采集器之间依旧是有线连接，布线复杂，网络拓扑难以灵活调整。专利公布的一种太阳能无线土壤水分传感器，在不需要通信电缆及电源线条件下，可实现长期定点的土壤水分监测。但是该传感器依旧基于传统探针式结构，适于表层土壤单点含水量的测量，不能满足一定深土层或土壤剖面多点(不同深度)含水量的测定需求；若进行土壤剖面动态水分监测，土壤剖面多个传感器穿插，布设困难、费时费力，前期工作量大，能量消耗也会随之变大。综上所述，一种土壤水分传感器利用太阳能光伏发电作能源，对土壤剖面单点或多点水分同时进行测量，基于短距离无线通信技术实现测量数据的无线传输。目前，缺乏该类传感器的研究。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种太阳能无线土壤剖面水分测量装置。该装置利用太阳能光伏发电供给能源，进行土壤剖面单点或多点动态含水量的测量，基于短距离无线通信技术实现采集数据的无线传输，能耗低、可靠性强，可自动、连续定点长期监测土壤剖面动态含水量。本技术的技术方案是一种太阳能无线土壤剖面水分测量装置，包括太阳能电池、天线、传感器节点、绝缘套和防水堵头；所述太阳能电池通过充放电控制器与数据采集及处理模块相连；所述天3线与数据采集及处理模块连接；所述绝缘套安装于所述传感器节点外，所述绝缘套上端通过连接体与所述太阳能电池连接，所述绝缘套下端与所述防水堵头连接；所述传感器节点包括两个金属片，所述两金属片径向彼此间隔的固定于绝缘柱体表面，所述两金属片分别与传感器电路板相连。进一步，所述传感器节点为两个及以上，并彼此间隔安装。进一步，所述传感器电路板包括高频振荡电路，放大电路，整流电路，分频电路；所述高频振荡电路是由固定电感、固定电容及所述两个金属片构成的可变电容组成的并联LC 振荡电路。进一步，所述数据采集及处理模块包括单片机、片选模块、ZigBee无线收发模块、 接口电路、数据存储模块；所述片选模块与单片机连接，用于选通和断开传感器节点，实现 “唤醒”与“休眠”功能；所述单片机用于对所采集测量数据进行分析处理、存储并传输至用户终端；所述ZigBee无线收发模块，用于接受用户终端指令，测量数据；所述接口电路为 RS232或RS485接口电路，用于与PC或PDA的串行数据通信；所述数据存储模块用于测量数据。进一步，所述太阳能电池与充放电控制器、锂电池组成电源模块；所述太阳能电池将太阳能转换成电能经由充放电控制器存储于锂电池；所述充放电控制器与单片机连接， 用于对锂电池的充电和放电智能控制。进一步，所述连接体带有夹槽和圆孔，夹槽用于夹具固定作用装置，圆孔用于引出天线。本技术的有益效果为该装置利用太阳能光伏发电供给稳定电源，通过单片机控制传感器节点实行休眠与唤醒机制，实现低能耗和连续长时间运行；该装置可实现传感器节点的自由组合装配，实现土壤剖面单点或多点水分同时测量，为作物精确灌溉提供策略依据；该装置自带的ZigBee无线收发模块一方面可以独立实现测量数据的无线传输， 另一方面又可以和相邻同结构装置建立路由构成无线传感土壤水分监控网络，实现纵向土壤剖面多点动态含水量和横向农田多点含水量的双重监测，可靠性强，适合于自动、连续定点长期监测。以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明。附图说明图1是本技术实施例的测量装置的整体设计框图；图2是本技术实施例的装置外观示意图；图3是本技术实施例的装置外观分解结构示意图；图4是本技术实施例的装置内部分解结构示意图；图5是本技术实施例的装置内部剖面示意图；图6是本技术实施例的传感器节点的传感器电路板组成框图；图7是本技术实施例的数据采集及处理模块电路组成框图；图8是本技术实施例的测量方法流程简图。其中1-电源模块，2-锂电池，3-充放电控制器，4-太阳能电池，5-传感器节点， 6_数据采集及处理模块，7-用户终端，8-连接体，9-绝缘套，10-防水堵头，11-天线，12-第一 PVC绝缘体，13-绝缘隔离卡口，14-绝缘固定卡口，15-绝缘柱体，16-第二 PVC绝缘体， 17-绝缘固定环，18-金属片，19-传感器电路板，20-数据排线，21-高频振荡电路，22-放大电路，23-整流电路，24-分频电路，25-单片机，26-片选模块，27-ZigBee无线收发模块， 28-接口电路，29-数据存储模块。具体实施方式如图广7所示为本技术太阳能无线土壤剖面水分测量装置的一个实施例，装置整体设计如图1所示电源模块1由太阳能电池4、充放电控制器3和锂电池2组成，其通过充放电控制器3与数据采集及处理模块6连接，太阳能电池4将太阳能转换成电能经由充放电控制器3存储于锂电池2 ；充放电控制器3接受数据采集及处理模块6中单片机25 控制，实现对锂电池2的充电和放电智能控制；锂电池2用于存储电能和供给整个装置稳定电源，充电和放电不可以同时进行；以上的电源结构保证了太阳能光伏发电与装置电源稳定供给；多个传感器节点5与数据采集及处理模块6连接，用于土壤剖面单点水分的测量或多点(不同深度)水分的同时测量；数据采集及处理模块6，用于根据用户终端7的指令“唤醒”单个或多个传感器节点5进行土壤水分测量，将所采集测量数据分析处理、存储及无线传输。该装置外观及内部结构如图2飞所示，装置还包括天线11、绝缘套9、防水堵头10。 天线11由连接体8的圆孔引出，通过第一 PVC绝缘体12内嵌的数据采集及处理模块6与传感器节点5相连，实现装置与用户终端7的无线数据传输与通信。天线11为数据采集及处理模块6中ZigBee无线收发模块27的组成部分，而数据采集及处理模块6与传感器节点 5之间由数据排线20相连接。绝缘套9安装于传感器节点5外，绝缘套9上端通过连接体 8与太阳能电池4连接，绝缘套9下端与防水堵头10连接。太阳能电池4光伏发电保证整个装置电源稳定供给的同时也起到了将装置密封遮盖的作用，防止雨水等杂物的进入。连接体8还带有夹槽，便于中间圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王新忠，刘飞，韩旭，由婷，闫润，孔鹏飞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：实用新型
国别省市：