CN202404090U

CN202404090U - 分布式土壤湿度检测装置

Info

Publication number: CN202404090U
Application number: CN2011205760718U
Authority: CN
Inventors: 卢超
Original assignee: Shaanxi University of Technology
Current assignee: Shaanxi University of Technology
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2021-12-30

Abstract

本实用新型涉及一种测量土壤湿度的装置，其特征在于：该装置由多个从机和一个主机组成。从机负责测量点土壤湿度数据的采集，装置分布安装在一片待测土壤的多个测量点中，主机负责土壤湿度数据的收集和显示。主机和从机之间是无线双向通信。所述的主机和从机的设计包括土壤湿度信息采集，无线模块，按键控制及显示模块四部分。土壤湿度信息采集主要由土壤湿度传感器和A/D转换器构成，通过传感器测量土壤湿度数据后经过A/D转换后送给微处理器；无线模块主要由无线收发芯片组成，用来接收和发射信息。本实用新型所述的分布式土壤湿度检测装置可以对一片土壤的湿度进行同时监测，其结构简单、使用方便，具有小型化、可视性好等特点，同时采用无线方式，无需馈线连接，主机和从机可以随时移动，可扩展性好。

Description

分布式土壤湿度检测装置

技术领域：

本实用新型涉及一种测量土壤湿度的装置，具体来说为一种分布式土壤湿度检测装置。

背景技术：

土壤湿度即土壤中的水分状况，土壤湿度过低时作物吸水困难，甚至凋萎；而湿度过高，又会发生渍害，故对土壤湿度的监测及调控十分重要。同时它是科学地控制调节土壤水分状况进行节水灌溉、实现科学用水和灌溉自动化的基础，是抗旱减灾工作中最重要的信息。如何快速、准确地测定农田土壤水分，对于探明作物生长发育期内土壤水分盈亏，以便做出灌溉、施肥决策或排水措施等具有重要意义。

时域反射法(TDR)是目前一种通过测量土壤介电常数来获得土壤湿度的一种常用方法。TDR的原理是电磁波沿非磁性介质中的传输导线的传输速度V＝c/ε，而对于已知长度为L的传输线，又有V＝L/t，于是可得ε＝(ct/L)2，其中c为光在真空中的传播速度，ε为非磁性介质的介电常数，t为电磁波在导线中的传输时间。电磁波在传输到导线终点时，又有一部分电磁波沿导线反射回来，这样入射与反射形成了一个时间差T，因此通过测量电磁波在埋入土壤中的导线的入射反射时间差T就可以求出土壤的介电常数，进而求出土壤的湿度。传统的土壤湿度测量大多为单一的测量点，一大片土壤区域需要人工带着测量装置逐个测量点进行测量和统计数据，费时费力。即使为多点测量***，也多数采用有线的测量***，需要实施网络布线工程，铺设电缆，大大增加了***成本，降低了***的灵活性、可维护性与可扩展性。

把无线通信技术应用到土壤湿度测量中，由土壤湿度传感器实时采集各测量点处土壤湿度的信息，经处理后通过无线数据采集***将湿度信息传输到监控终端，操作者可以在手持终端选择测试点，将接收到的土壤湿度数据经过处理在手持终端的显示屏上显示，从而实现集成化、低成本和易操作的目的。

发明内容：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种无线的分布式土壤湿度检测装置，其能够通过无线方式自动的监测多个土壤分布测量点的湿度。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：分布式土壤湿度检测装置，该装置由多个从机和一个主机组成。从机负责测量点土壤湿度数据的采集，装置分布安装在一片待测土壤的多个测量点中，主机负责土壤湿度数据的收集和显示。主机和从机之间是无线双向通信。

所述的主机和从机的设计包括土壤湿度信息采集，无线模块，按键控制及显示模块四部分。土壤湿度信息采集主要由土壤湿度传感器和A/D转换器构成，通过传感器测量土壤湿度数据后经过A/D转换后送给微处理器；无线模块主要由无线收发芯片组成，用来接收和发射信息。从机通过传感器将土壤湿度信息采集到单片机内，然后在单片机内按照一定的协议和检错机制构成帧，通过无线模块发射出去。主机以中断方式接收每帧信息，然后对接收的帧信息进行错误检测，判断是否有误码信息。如果没有误码，提取出数据位，计算出湿度值，把多个从机发送来的湿度信息在显示模块上显示。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型可以对一片土壤的湿度进行同时监测，其结构简单、使用方便，具有小型化、可视性好等特点，同时采用无线方式，无需馈线连接，主机和从机可以随时移动，可扩展性好。

附图说明：

图1为本实用新型所述分布式土壤湿度检测装置的结构框图。

图2为本实用新型所述检测装置中从机的结构框图。

图3为本实用新型所述无线模块和微处理器的连接电路。

图4为本实用新型所述微处理机、A/D转换和土壤湿度传感器的连接电路。

图5为本实用新型所述微处理机和显示模块的连接电路。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。本实施例仅仅是对本实用新型实施方式的描述，并不对本实用新型的范围有任何限制。

本实用新型所述的分布式土壤湿度检测装置的结构框图如图1所示：主机中，单片机采用AT89S52，显示模块采用LCD1602，按键控制模块采用4个独立式按键，无线模块采用NRF401芯片构成的PTR2000。

本实用新型所述的分布式土壤湿度检测装置中从机的结构框图如图2所示：土壤湿度传感器采用基于时域反射法的XR61-TDR2型土壤湿度传感器，微处理器采用AT89S52，A/D转换采用8位逐次逼近式模数转换器ADC0809，无线模块采用NRF401芯片构成的PTR2000。主机通过与从机的无线通信将土壤各个测量点的湿度数据收集起来进行有效的监测。

所述的无线模块选用超小型、超低功耗的PTR2000模块。PTR2000是基于NRF401芯片开发，无线数据传输芯片NRF401工作在433MHz国际通用的ISM频段，FSK调制和解调，抗干扰能力强；采用PLL频率合成技术，频率稳定性好；灵敏度高达-105dBm，最大发射功率达到+10dBm；数据速率可达20Kbit/s。NRF401芯片能和串口直接相连，且单片机输出口可直接控制无线收发，连接电路如图3所示。PTR2000的共10根引脚：VCC为***电源；GND为电源地；DIN为模块数据输入；DOUT为模块数据输出；TXEN为收发状态选择，TXEN＝1为发射状态，TXEN＝0为接收状态；PWR_UP为工作状态控制，可设置为正常工作状态和待机微功耗状态；CS为频道选择，CS＝0工作在433.93MHz，CS＝1工作在433.33MHz。在从机中AT89S52通过PTR2000无线模块将数据发射出去，使用了三个普通I/O口和串口，主机部分AT89S52与PTR2000相接与从机一致。

所述的土壤湿度传感器采用XR61-TDR2型土壤湿度传感器，输出为直流0～2.5V，A/D转换采用8位逐次逼近式模数转换器ADC0809，连接电路如图4所示。土壤湿度信号通过AD转换接口转换成数字信号送入单片机，ADC0809芯片的工作过程是：首先输入3位地址ADDC、ADDB和ADDA为000，选择IN0通道，并使ALE＝1，将地址存入地址锁存器中。在START上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启动AD转换，之后EOC输出信号变低指示转换正在进行，EOC变成高电平指示AD转换结束，结果数据存入锁存器。通过中断申请，当OE输入高电平时，打开三态输出锁存器，转换结果的数字量输出到数据总线上。

所述的显示模块采用LCM-1602字符型液晶模块，具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，1602液晶模块内部的字符发生存储器存储了160个不同的点阵字符图形，它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现，液晶模块内部的控制器共有11条控制指令。与单片机连接简单，8位I/O口与液晶模块的8位数据端相连，再用三位控制口分别与液晶模块的RS、R/W、E相接。装置中单片机的P0口接8位数据，用P2.7、P2.6、P2.5、分别接RS、R/W、E，由于P0内没有上拉电阻我们还在P0口与液晶模块直接加了1kΩ的排阻，具体的连接电路如图5所示。单片机与液晶模块在通信时遵循严格的时序进行编程。

以上所述的实施例，所涉及的数据和计算方法仅作为示意性说明，举凡依本实用新型申请专利范围所做的等同设计，均应为本实用新型的技术所涵盖。

Claims

1.一种分布式土壤湿度检测装置，其特征在于：该装置由多个从机和一个主机组成，从机负责测量点土壤湿度数据的采集，装置分布安装在一片待测土壤的多个测量点中，主机负责土壤湿度数据的收集和显示，主机和从机之间是无线双向通信，主机和从机的设计包括土壤湿度信息采集，无线模块发射、接收，按键控制及显示模块四部分。

2.根据权利要求1所述的分布式土壤湿度检测装置，其特征在于：所述的土壤湿度信息采集为土壤湿度传感器和A/D转换器。

3.根据权利要求1所述的分布式土壤湿度检测装置，其特征在于：所述的无线模块由无线收发芯片组成，用来接收和发射信息。

4.根据权利要求1所述的分布式土壤湿度检测装置，其特征在于：所述的显示模块为LCD显示屏。