CN102788996A - 电阻式冬笋探测器及探测方法 - Google Patents

Abstract

一种电阻式冬笋探测器，由蓄电池直流供电电路(8)、接地电阻探测电路(9)、单片机控制电路(10)、数码管显示电路(11)和声光告示电路(12)组成；还有壳体(6)，壳体(6)上的数码管显示屏(1)、发声器或发光器(2)、存储按钮(3)、显示方式控制按钮(4)和电源总开关(5)；壳体底面装有正负极探针(7)。用本冬笋探测器的探测方法经时间、气候、林地和探挖点的选择，探挖前的预处理和探测开挖四个步骤来实现。本探测器具有自动处理相关数字和声光显示功能，适于起早摸黑、光线较暗时和视力不佳的笋农使用；探测可靠，避免乱挖使林地千疮百孔，掘断地下茎和挖碎笋体、影响笋与竹的产量的问题发生，挖笋工效高、操作简单，制作成本低。

Description

电阻式冬笋探测器及探测方法

技术领域

本发明涉及一种探测土壤电阻率变化的探测器，具体是带有发声器或发光器的探测地面下冬笋存在与否的探测器及探测方法。 

背景技术

冬笋是毛竹(phyllostachys  heterocycla cv.Pubescens)的地下茎侧芽发育而成的笋芽，立秋前后发芽直至立春前后才初露地面，在这段漫长时期内，各种笋用竹已不长笋，喜食笋者，只能以笋制品如笋干、经防腐处理的清水笋代替，口味欠佳，巧遇这段时间中有个华人十分看重的春节，餐桌上却缺鲜笋这道菜肴，喜食者个个遗憾。此时的冬笋虽未出土但已长成0.5-1kg大小，市场旺求，促人入毛竹林觅挖冬笋。但在茫茫林地中，非富有经验者难以寻挖得到，造成了捣挖孔遍地，地下经挖断，严重影响春末夏初由冬笋发育窜出底面后的毛笋和由毛笋长成的毛竹的数量，使产量全面下降，而且偶尔掘到的冬笋破损，卖不起价，甚至不能出售。总之，一直以来，对冬笋的采挖是凭经验而为，许多跟紧者凭机遇而为，耗劳、耗时、功效低，对毛竹和林地破坏大。经检索，未发现对地下的冬笋进行探测的探测器的资料报道和产品面市。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电阻式冬笋探测器及探测方法。解决上述技术问题采用的技术方案是：本电阻式冬笋探测器，由电路部分和硬件部分组成，电路部分包括蓄电池直流供电电路、接地电阻探测电路、单片机控制电路、数码管显示电路和声光告示电路： 硬件部分有壳体，壳体上的数码管显示屏、发声器或发光器、存储按钮、显示方式控制按钮和电源总开关；壳体底面装有正负极探针。 

所说的蓄电池为9V的可充电镍氢蓄电池，直流供电电路一路输出9V电压直接连接接地电阻探测电路，它们由一个9V蓄电池、一个电源总开关、三组互相并联的电阻R₁、R₂、R₃正极探针依次串联，再与蓄电池负极连接的一个负极探针组成； 

另一路通过LM7805稳压模块输出5V电压与单片机控制电路及数码显示电路连接。 

所说的壳体底面的三条正极探针分别安装在边长为10 15cm的一个等边三角形的顶点上，一条负极探针安装在该三角形的中心点上。 

所述的正极和负极探针的长度为20 50cm，除尖端外，探针体的直径或宽与厚为0.5-1.0cm，探针体上套有绝缘胶管套。 

所述的电路部分相互的连接关系是：电路8中9v直流蓄电池经IC₁三端稳压后输出5V至电路10IC₂单片机的40、20管脚(图上未标)，电路8、9中三个电阻和三个正极探针一一对应串联，再互相并联，负极探针连电源负极，三个正极探针还分别连接IC₂单片机的1、2、3三个管脚，两个按钮TB₁、TB₂分别按IC₂的7、8两个管脚，晶振CR₁两端分别接IC₂的18、19两个管脚，并经电容C₂、C₃接地，电路10中，5V电源VCC经电容C₁和电阻R₄接地组成复位电路，接IC₂的管脚9，电路10的IC₂的21-28脚接电路11的IC₃的11、7、4、2、1、10、5、3八个管脚，IC₂的17、29、30、11四个管脚分别连接电路11的Q₁、Q₂、Q₃、Q₄四个三极管的基极，IC₂的管脚10接电路12的三极管Q₅的基极，Q₅的集电极连接发声器或发光器，然后接地，5V电源分别接三极管Q₁-Q₅的发射极。 

用本探测器探测冬笋的方法按以下步骤进行： 

(1)时间和气候的选择：在每年的11月下旬至翌年的2月上旬的晴天或阴天为宜探挖日； 

(2)毛竹林地和探挖点的选择：选择长势较旺、竹株密度较大的林地，避开水沟边的地和湿洼地，其余地块为宜探挖点； 

(3)探挖前的预处理：先在目标毛竹林地的一处宜探挖点用锄或铲试挖一下，未发现冬笋，则在该点将本探测器的四探针插至全入土，打开电源总开关，首次按显示方式控制按钮，观察数码显示屏1上第一条正极探针与负极探针之间的电流微安值，待屏上显示的数据稳定后，按下程序按钮，数据保留在单片机中；再按同样方法，依次按下显示方式控制按钮和存储按钮，保留第二条正极与负极间的电流微安值；共三次重复这道工序后，便保留了第一、二、三的三条正极与负极间的微安值，预处理结束，拔起探测器； 

(4)探测与开挖：再将探测器移至其它宜探挖点，将正负极探针(7)全插没在土中，再按步骤(3)相同方法分三次测三条正极探针与一条负极探针之间的三个微安值，单片机自动存储和比对，若后储数中只要至少一对数据比前储数大15-30μA，则探测器发声或亮灯告示，表示在所插地点的四探针之间的长度范围内有冬笋，刨土开挖即得。 

本发明的有益效果是：本冬笋探测器，易于制作且制作成本低，能自动处理相关数据和声光告示等优点，采用本方法寻找冬笋，节省找笋时间，操作简单便于推广，不会造成乱挖掘引起的地下茎挖断、冬笋挖碎，影响竹与笋的产量，降低经济收入的问题。 

附图说明

图1为本探测器的外形结构示意图。 

图2为本发明工作原理框图。 

图3、4分别为本发明带发声和发光器的电路原理图。 

具体实施方式

本发明下面结合实施例并参照附图予以详述：参照图1和图3， 

本电阻式智能蜂鸣冬笋探测器，由电路部分和硬件部分组成，电路部分包括蓄电池直流供电电路8(简称电路8)、接地电阻探测电路9、单片机控制电路10、数码管显示电路11和声光告示电路12；硬件部分有壳体6，壳体6上的数码管显示屏1、发声器或发光器2、存储按钮3、显示方式控制按钮4和电源总开关5；壳体底面装有正负极探针7。 

参见图2、3，蓄电池采用9V的可充电镍氢蓄电池，直流供电电路8一路输出9V电压直接连接接地电阻探测电路9，另一路通过LM7805稳压模块输出5V电压与单片机控制电路10及数码显示电路11连接。直流供电电路8与接地电阻探测电路9连接，由一个9V蓄电池的正极、一个电源总开关5、三组互相并联的电阻R₁、R₂、R₃和正极探针依次串联，再与蓄电池负极连接的一个负极探针组成。 

所说的壳体6可用工程塑料制作，以与四条探针绝缘。壳体底面的三条正极探针7分别安装在边长为10 15cm的一个等边三角形的顶点上，一条负极探针7安装在该三角形的中心点上。四条探针与壳体也可为拆卸式连接。所述的正极和负极探针的长度为20 50cm，除尖端外，探针体的直径或宽与厚为0.5-1.0cm，探针体外套有胶管套。 

所述的电路部分相互的连接关系是：电路8中9v直流蓄电池经IC₁三端稳压后输出5V至电路10IC₂单片机的40、20管脚(图上未标)，电路8、9中三个电阻和三个正极探针一一对应串联，再互相并联，负极探针连电源负极，三个正极探针还分别连接IC₂单片机的1、2、3三个管脚，两个按钮TB₁、TB₂分别按IC₂的7、8两个管脚，晶振CR₁两端分别接IC₂的18、19两个管脚，并经电容C₂、C₃接地，电路10中，5V电源VCC经电容C₁和电阻R₄接地组成复位电 路，接IC₂的管脚9，电路10的IC₂的21-28脚接电路11的IC₃的11、7、4、2、1、10、5、3八个管脚，IC₂的17、29、30、11四个管脚分别连接电路11的Q₁、Q₂、Q₃、Q₄四个三极管的基极，IC₂的管脚10接电路12的三极管Q₅的基极，Q₅的集电极连接发声器或发光器，然后接地，5V电源分别接三极管Q₁-Q₅的发射极。 

用本探测器探测冬笋的方法按以下步骤进行： 

(1)时间和气候的选择：在每年的11月下旬至翌年的2月上旬的晴天或阴天为宜探挖日； 

(2)毛竹林地和探挖点的选择：选择长势较旺、竹株密度较大的林地，避开水沟边的地和湿洼地，其余地块为宜探挖点； 

(3)探挖前的预处理：先在目标毛竹林地的一处宜探挖点用锄或铲试挖一下，未发现冬笋，则在该点将探测器的四探针7插至全入土，打开电源总开关5，首次按显示方式控制按钮4，观察数码显示屏1上第一条正极探针与负极探针之间的电流微安值，待屏上显示的数据稳定后，按下程序按钮3，数据保留在单片机中；再按同样方法，依次按下按钮4和3，保留第二条正极与负极间的电流微安值；共三次重复这道工序后，便保留了第一、二、三的三条正极与负极间的微安值，预处理结束，拔起探测器； 

(4)探测与开挖：再将探测器移至其它宜探挖点，将正负极探针(7)全插没在土中，再按步骤(3)相同方法分三次测三条正极探针与一条负极探针之间的三个微安值，单片机自动存储和比对，若后储数中只要至少一对数据比前储数大15-30μA，则探测器发声或亮灯告示，表示在所插地点的四探针7之间的长度范围内有冬笋，刨土开挖即得。 

所说的显示方式控制按钮4可控制数码管显示屏显示方式。当第一次按键时，显示屏显示第一条支路即第一条正极探针与负极探针之间的测量电流；当第二次按键时，显示屏显示第二条支路测量电流；当第三次按键时，显示屏显示第三条支路测量电流。当第四次按键时，显示屏又显示第一条支路测量电流，然后依次循环。 

参见图3，本冬笋探测器供电电路8采用9V的可充电镍氢蓄电池构成，一路输出9V电压直接供接地电阻探测电路9使用，另一路通过LM7805稳压模块输出5V电压供单片机控制电路10及数码显示电路11等使用。IC₁采用三端稳压器7805，该器件所需的***元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。 

参见图3，本冬笋探测器单片机控制电路10的核心是IC₂芯片，该芯片为增强型51单片机STC12C5A60S2。该单片机是深圳宏晶科技有限公司推出的新一代单时钟8051单片机，具有高速、低功耗及超强抗干扰等特点，采用5 V电源供电，具有8路10位A/D接口、2路PWM输出口，Flash存储空间56K、静态存取内存1280B、可编程只读存储器1K，可完成节点任务调度、数据采集、控制信号输出、等工作。C₁和R₄构成单片机复位电路，在上电时对程序复位，C₁可用10μF/25V电解电容，R₄用1K精密电阻。C₂、C₃和CR₁构成单片机振荡电路，提供时间基准，C₂和C₃可用22 pF瓷片电容，CR₁可用12MHz晶振。 P1.0至P1.2管脚采集接地电阻探测电路中的电流信号，由于ADC管脚只能采集电压信号，故每一路中串联一个精密电阻，将电流信号转换为电压信号，R₁、R₂、R₃均取1K。P1.6管脚连接TB₁按键，实现显示方式控制；P1.7管脚连接TB₂按键，实现存储控制。单片机P2口连接IC₄即四位七段LED共阳数码管，采用动态扫描方式实时输出数据以显示计数值。 

本冬笋探测器的数码管显示电路11由四位七段LED共阳数码管和四只PNP型9012三极管组成。通过控制三极管通断来轮流扫描四位数码管实现动态扫描显示。字型码信息由单片机P2口输出，可实现计数显示。 

本探测器的工作原理是：根据欧姆定律，同一电路中导体中的电流与导体两端的电阻成正比，与导体的电阻成反比，公式为I＝V/R，换一种表示为R＝V/I，探测器的探针***地中泄放电流时即产生接地电阻，其电阻值为该电流产生的电压降与泄放电流之商。在一个测定的地点，土壤的介质系数与电阻率是确定的，但若该该探测点存在其他杂物时，如冬笋，介质系数与电阻率均有所改变，电阻发生变化，从数码管显示屏上的电流值变化中得到反映。一般晴天与阴天，土壤中的水份含量比冬笋低，电阻比冬笋大，如果土壤中有石头，则因石头密度大于土壤，水份比土壤少，石头的电阻值比土壤大。下雨天、沟边地或湿洼地的土壤含水率极高，探测就会失灵。本探测器在每年11月下旬至翌年2月上旬的晴天或阴天使用，以三组四探针为例，先在四条探针除尖端部外的探针体套上胶管套，以消除插地产生的摩擦电对电流数值的影响。先在竹林地内无笋地***，打开总电源开关5，按一次显示方式控制按钮4，此时数码管显示屏1上将显示第一条支路电流值，待电流测量数据稳定后，按下存储按钮3，该数据将保存在单片机中。然后按同样方法依次分别测量存储第二条和第三条支路电流。再将探测器的探针6***欲测冬笋的竹林地中，再按同样的方法测量存储三条支路的电流。存储完毕后单片机自动将此时的三组数据和无笋时记录下的三组数据分别进行比较，如果其中至少一数据变化范围大至15-30uA的，发声器或发光器自动发声或发光，告示在所插地点的四条探针之间的长度范围内的地下有冬笋，刨土开挖即得。 

Claims (6)

1.一种电阻式冬笋探测器，由电路部分和硬件部分组成，其特征是电路部分包括蓄电池直流供电电路(8)、接地电阻探测电路(9)、单片机控制电路(10)、数码管显示电路(11)和声光告示电路(12)；硬件部分有壳体(6)，壳体(6)上的数码管显示屏(1)、发声器或发光器(2)、存储按钮(3)、显示方式控制按钮(4)和电源总开关(5)；壳体底面装有正极和负极探针(7)。

2.如权利要求1所述的电阻式冬笋探测器，其特征是所说的蓄电池为9V的可充电镍氢蓄电池，直流供电电路(8)一路输出9 V电压直接连接接地电阻探测电路(9)，它们由一个9V蓄电池、一个电源总开关(5)、三组互相并联的电阻R₁-R₃和正极探针依次串联，再与蓄电池负极连接的一个负极探针组成；另一路通过LM7805稳压模块输出5V电压与单片机控制电路(10)及数码显示电路(11)连接。

3.如权利要求1所述的电阻式冬笋探测器，其特征是所述壳体(6)底面的三条正极探针(7)分别安装在边长为10-15cm的一个等边三角形的顶点上，一条负极探针(7)安装在该三角形的中心点上。

4.如权利要求1所述的电阻式冬笋探测器，其特征是所述的正极和负极探针(7)的长度为20-50cm，除尖端外，探针体的直径或宽与厚为0.5-1.0cm，探针上套有绝缘胶管套。

5.如权利要求1所述的电阻式冬笋探测器，其特征是所述的电路部分相互的连接关系是：蓄电池直流供电电路8中9v直流蓄电池经IC₁三端稳压后输出5V至单片机控制电路10IC₂单片机的40、20管脚，蓄电池直流供电电路8和接地电阻探测电路9中三个电阻和三个正极探针一一对应串联，再互相并联，负极探针连电源负极，三个正极探针还分别连接IC₂单片机的1、2、3三个管脚，两个按钮TB₁、TB₂分别按IC₂的7、8两个管脚，晶振CR₁两端分别接IC₂的18、19两个管脚，并经电容C₂、C₃接地，电路10中，5V电源VCC经电容C₁和电阻R₄接地组成复位电路，接IC₂的管脚9，IC₂的21-28脚接数码管显示电路11的IC₃的11、7、4、2、1、10、5、3八个管脚，IC₂的17、29、30、11四个管脚分别连接Q₁、Q₂、Q₃、Q₄四个三极管的基极，IC₂的管脚10接声光告示电路12的三极管Q₅的基极，Q₅的集电极连接发声器或发光器，然后接地，5V电源分别接三极管Q₁-Q₅的发射极。

6.如权利要求1所述的电阻式冬笋探测器，其特征是用本探测器探测冬笋的方法按以下步骤进行：

(1)时间和气候的选择：在每年的11月下旬至翌年的2月上旬的晴天或阴天为宜探挖日；

(2)毛竹林地和探挖点的选择：选择长势较旺、竹株密度较大的竹林地，避开水沟边的湿地和洼地，其余地块为宜探挖点；

(3)探挖前的预处理：先在目标毛竹林地的一处宜探挖点用锄或铲试挖一下，未发现冬笋，则在该点将本探测器的四探针(7)插至全入土，打开电源总开关(5)，首次按显示方式控制按钮(4)，观察数码显示屏(1)上第一条正极探针与负极探针之间的电流微安值，待屏上显示的数据稳定后，按下程序按钮(3)，数据便保留在单片机中；再按同样方法，依次按下按钮(4)和(3)，保留第二条正极与负极间的电流微安值；共三次重复这道工序后，便保留了第一、二、三的三条正极与负极间的微安值，预处理结束，拔起探测器；

(4)探测与开挖：再将探测器移至其它宜探挖点，将正负极探针(7)全插没在土中，再按步骤(3)相同方法分三次测三条正极探针与一条负极探针之间的三个微安值，单片机自动存储和比对，若后储数中只要至少一对数据比前储数大15-30μA，则探测器发声或亮灯告示，表示在所插地点的四探针之间的长度范围内有冬笋，刨土开挖即得。

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