CN204405567U - 一种利用北斗直达和反射信号进行土壤湿度反演的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用北斗直达和反射信号进行土壤湿度反演的装置，包括北斗直达信号和反射信号接收机天线、北斗直达和反射信号采集模块、数据远程无线传输DTU模块、无线网络、Internet网端和用户客户端；两天线同高度、不同朝向安装在平坦开阔的裸土地上，用接收到北斗卫星的高仰角卫星信号来反演土壤湿度；其一垂直朝上设置用来接收北斗卫星直达信号另一斜朝下45°设置用来接收北斗卫星反射信号，信号经过信号采集模块处理提取出仰角、方位角、信噪比信息，经过无线网络上传到Internet网端，用户客户端从网上获取这些数据，经处理后用来反演土壤湿度。本实用新型体积小、重量轻、成本低、耗电量小，适于野外环境下无人值守时的长期土壤湿度监测。

Description

一种利用北斗直达和反射信号进行土壤湿度反演的装置

技术领域

本实用新型属于土壤湿度测量技术领域，涉及一种无人值守的利用北斗直达和反射信号进行土壤湿度反演的装置，具体涉及搭载有太阳能板与蓄电池自动充放电模块、无线数据传输模块与软件接收模块的土壤湿度反演***。

背景技术

北斗导航定位***是中国自行研制开发的覆盖亚太地区的有源三维卫星导航***（GNSS），是除美国GPS、俄罗斯GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航***。截止2012年9月，该***已包含5颗地球同步轨道（GEO）卫星、5颗倾斜同步轨道（IGSO）卫星及4颗中地球轨道（MEO）卫星。北斗卫星信号在微波遥感领域的应用正处于起步与逐渐成熟阶段，例如利用北斗信号进行相对定位和对流层时延估计、台风风速观测，土壤湿度反演等。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用北斗直达和反射信号进行土壤湿度反演的装置，该装置采用DTU数据远程传输模块，电源转换控制模块，太阳能控制模块，太阳能电池板和蓄电池组成的整个装置***，为用户提供长期、稳定、连续的数据，为后续科学研究进行的提供保障。

本实用新型所采用的上技术方案是：一种利用北斗直达和反射信号进行土壤湿度反演的装置，其特征在于：包括北斗直达信号接收机天线、北斗反射信号接收机天线、北斗直达信号采集模块、北斗反射信号采集模块、数据远程无线传输DTU模块、无线网络、Internet网端和用户客户端；所述的北斗直达信号接收机天线与北斗直达信号采集模块连接，所述的北斗反射信号接收机天线与所述的北斗反射信号采集模块连接；所述的北斗直达信号采集模块、北斗反射信号采集模块分别与所述的数据远程无线传输DTU模块连接，并通过所述的无线网络和Internet网端将采集得到的北斗信号传输给所述的用户客户端；所述的北斗直达信号接收机天线、北斗反射信号接收机天线同高度、不同朝向安装在平坦开阔的裸土地上，用于接收到北斗卫星的高仰角卫星信号来反演土壤湿度；其中北斗直达信号接收机天线垂直朝上设置用来接收北斗卫星直达信号，北斗反射信号接收机天线斜朝下45°设置用来接收北斗卫星反射信号，信号经过北斗直达信号采集模块、北斗反射信号采集模块处理提取出仰角、方位角、信噪比等信息，经过无线网络上传到Internet网端，用户客户端从Internet网上获取这些数据，经处理后用于反演土壤湿度。

作为优选，所述的装置还包括供电模块和电压转换模块，所述的供电模块通过所述的和电压转换模块分别向所述的北斗直达信号采集模块、北斗反射信号采集模块、数据远程无线传输DTU模块提供电力。

作为优选，所述的供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能电源控制模块，所述的太阳能电源控制模块控制太阳能电池板和蓄电池的充放电，并将它们与所述的电压转换模块连接。

作为优选，所述的数据远程无线传输DTU模块配置有SIM卡，并通过GPRS无线网络将数据传送至Internet网端供用户客户端处理。

利用本实用新型所描述的装置，可以获得长时间且连续的NMEA 0183标准的数据文件（包含北斗卫星的仰角、方位角、载噪比等数据），并进行北斗接收机周围区域土壤湿度的反演。本实用新型能实现无人值守、太阳能供电与蓄电池供电自动切换及数据无线传输。实用新型实现长期、连续、稳定的远程传输北斗和GPS信号，无需人员24小时值守，适用于野外等地区的数据采集和远程无线传输。

本实用新型特点：

（1）实现远程接收北斗信号；

（2）无须手动更换电池，实现无人值守，特别适合野外数据采集；

（3）实现数据连续不间断地无线传输；

（4）经济实用，***稳定性强，可靠性高。

附图说明

图1：本实用新型实施例的结构图；

图2：本实用新型实施例的原理图；

图3：本实用新型实施例的硬件结构原理图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请见图1和图2，本实用新型提供的一种利用北斗直达和反射信号进行土壤湿度反演的装置，包括北斗直达信号接收机天线1、北斗反射信号接收机天线2、北斗直达信号采集模块3、北斗反射信号采集模块4、数据远程无线传输DTU模块5、无线网络6、Internet网端7、用户客户端8、供电模块和电压转换模块，供电模块通过和电压转换模块分别向北斗直达信号采集模块3、北斗反射信号采集模块4、数据远程无线传输DTU模块5提供电力；供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能电源控制模块，太阳能电池板、蓄电池分别通过太阳能电源控制模块与电压转换模块连接，把太阳能电池板与蓄电池产生的12V电压通过电压转换模块转化成5V电压，保证装置正常工作；数据远程无线传输DTU模块5配置有SIM卡。北斗直达信号接收机天线1与北斗直达信号采集模块3连接，北斗反射信号接收机天线2与北斗反射信号采集模块4；北斗直达信号采集模块3、北斗反射信号采集模块4分别与数据远程无线传输DTU模块5连接，并通过无线网络6和Internet网端7将采集得到的信号传输给用户客户端8；北斗直达信号接收机天线1、北斗反射信号接收机天线2同高度、不同朝向安装在平坦开阔的裸土地9上，用于接收到北斗卫星10的高仰角卫星信号来反演土壤湿度；其中北斗直达信号接收机天线1垂直朝上设置用来接收北斗卫星10直达信号，北斗反射信号接收机天线2斜朝下45°设置用来接收北斗卫星10反射信号，信号经过北斗直达信号采集模块3、北斗反射信号采集模块4处理提取出仰角、方位角、信噪比信息，经过无线网络6上传到Internet网端7，用户客户端8从网上获取这些数据，经处理后得到土壤湿度。

请见图3，本实施例的北斗直达信号采集模块3、北斗反射信号采集模块4均包括数据接收端口、供电端口和数据发送端口，数据接收端口接收北斗天线采集的北斗数据，数据发送端口通过RS232端口转换与数据远程无线传输DTU模块5的用户客户端口相连接。北斗直达信号采集模块3、北斗反射信号采集模块4能够同时接收北斗B1波段与GPS L1波段的信号。北斗直达信号采集模块3、北斗反射信号采集模块4均采用的是和芯星通的UM220-III N ，UM220-III N是双***高性能GNSS模块，针对车辆监控、气象探测和电信电力定位导航授时等应用，能够同时支持BD2 B1、GPS L1两个频点，适用于低成本、低功耗领域。单芯片支持BD2功能，无需外接CPU即可直接输出NMEA数据；先进的多路径抑制技术支持单***独立定位和多***联合定位；支持UART，SPI，1PPS，I²C等多种接口。数据远程无线传输DTU模块5采用北京天同诚业科技有限公司的WG-8010 GPRS-DTU。该DTU的功能是透明数据传输协议、具有超大缓存1MB、支持永久在线、可配置定时重启，无GSM信号或多次连接不成功，DTU自动重启、易维护性。

供电模块由太阳能电源控制模块控制蓄电池和太阳能电池板，在保证本装置正常工作之余将多余电量存储到蓄电池中，以保证在无太阳光照射的时段，启用蓄电池存储的电量，装置正常工作。太阳能电源控制模块采用CMPT02型控制器，该控制器具有过充，过放，过载保护，独特的防接反保护，使用方便，显示蓄电池的剩余电量，功耗低，使用寿命长。电压转换模块采用的是VRB1205XD-10WR2，该模块的功能是功耗低，发热量小，转化效率高，短路保护。太阳能电池板采用的是12V50W的电池板，以满足夜间***装置正常工作所需的电量。蓄电池采用12V20Ah的电池用来存储太阳能电池板所产生的电量，为***在没有阳光的时间里正常工作提供了保障。

本实用新型工作流程可以分以下步骤：

1.首先对数据远程无线传输DTU模块5在用户客户端8进行参数配置，波特率为9600，数据位为8，校验位为0，停止位为1，工作模式选择自动连接，进行配置读取和保存。在上位机安装处理数据的应用软件，对接收到的数据进行处理和保存到上位机。

2.在数据远程无线传输DTU模块5断电的条件下，根据标示安装SIM卡。这里要注意，插拔SIM卡是一定要对数据远程无线传输DTU模块5断电后在进行插拔操作，以免影响正常的使用。

3.太阳能电池板产生的电能首先经过太阳能电源控制模块和蓄电池相连接，若太阳能电源控制模块上标示有电池板的灯亮说明电池板正常工作，不亮则不工作，电量剩余指示灯显示蓄电池的电量。打开太阳能电源控制模块，北斗直达信号采集模块3、北斗反射信号采集模块4的指示灯亮，说明采集数据正在进行；数据远程无线传输DTU模块5的PWR灯亮，说明对数据远程无线传输DTU模块5供电正常，LINK灯亮说明已建立传输数据的连接通道，DATA灯亮说明数据传输已正常工作。

4.在用户客户端8上添加虚拟串口，再链接虚拟串口，打开数据处理应用软件，应用软件的窗口会有数据显示，说明整个装置正常工作。

尽管本说明书较多地使用了北斗直达信号接收机天线1、北斗反射信号接收机天线2、北斗直达信号采集模块3、北斗反射信号采集模块4、数据远程无线传输DTU模块5、无线网络6、Internet网端7、用户客户端8、供电模块和电压转换模块等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种利用北斗直达和反射信号进行土壤湿度反演的装置，其特征在于：包括北斗直达信号接收机天线（1）、北斗反射信号接收机天线（2）、北斗直达信号采集模块（3）、北斗反射信号采集模块（4）、数据远程无线传输DTU模块（5）、无线网络（6）、Internet网端（7）和用户客户端（8）；

所述的北斗直达信号接收机天线（1）与北斗直达信号采集模块（3）连接，所述的北斗反射信号接收机天线（2）与所述的北斗反射信号采集模块（4）；所述的北斗直达信号采集模块（3）、北斗反射信号采集模块（4）分别与所述的数据远程无线传输DTU模块（5）连接，并通过所述的无线网络（6）和Internet网端（7）将采集得到的北斗信号传输给所述的用户客户端（8）；

所述的北斗直达信号接收机天线（1）、北斗反射信号接收机天线（2）同高度、不同朝向安装在平坦开阔的裸土地（9）上，用于接收到北斗卫星（10）的高仰角卫星信号来反演土壤湿度；其中北斗直达信号接收机天线（1）垂直朝上设置用来接收北斗卫星（10）直达信号，北斗反射信号接收机天线（2）斜朝下45°设置用来接收北斗卫星（10）反射信号，信号经过北斗直达信号采集模块（3）、北斗反射信号采集模块（4）处理提取出仰角、方位角、信噪比信息，经过无线网络（6）上传到Internet网端（7），用户客户端（8）从Internet网上获取这些数据，经处理后用于反演土壤湿度。

2.根据权利要求1所述的利用北斗直达和反射信号进行土壤湿度反演的装置，其特征在于：还包括供电模块和电压转换模块，所述的供电模块通过所述的和电压转换模块分别向所述的北斗直达信号采集模块（3）、北斗反射信号采集模块（4）、数据远程无线传输DTU模块（5）提供电力。

3.根据权利要求2所述的利用北斗直达和反射信号进行土壤湿度反演的装置，其特征在于：所述的供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能电源控制模块，所述的太阳能电源控制模块控制太阳能电池板和蓄电池的充放电，并将它们与所述的电压转换模块连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的利用北斗直达和反射信号进行土壤湿度反演的装置，其特征在于：所述的数据远程无线传输DTU模块（5）配置有SIM卡，并通过GPRS无线网络（6）将数据传送至Internet网端（7）供用户客户端处理。