專利名稱：分布式土壤濕度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種測量土壌濕度的裝置，具體來說為ー種分布式土壌濕度檢測裝置。
技術(shù)背景土壤濕度即土壤中的水分狀況，土壤濕度過低時(shí)作物吸水困難，甚至凋萎；而濕度過高，又會(huì)發(fā)生潰害，故對(duì)土壤濕度的監(jiān)測及調(diào)控十分重要。同時(shí)它是科學(xué)地控制調(diào)節(jié)土壤水分狀況進(jìn)行節(jié)水灌溉、實(shí)現(xiàn)科學(xué)用水和灌溉自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是抗旱減災(zāi)工作中最重要的信息。如何快速、準(zhǔn)確地測定農(nóng)田土壌水分，對(duì)于探明作物生長發(fā)育期內(nèi)土壌水分盈虧，以便做出灌溉、施肥決策或排水措施等具有重要意義。時(shí)域反射法(TDR)是目前一種通過測量土壤介電常數(shù)來獲得土壌濕度的ー種常用方法。TDR的原理是電磁波沿非磁性介質(zhì)中的傳輸導(dǎo)線的傳輸速度V = c/ e，而對(duì)于已知長度為L的傳輸線，又有V = L/t，于是可得e = (ct/L)2，其中c為光在真空中的傳播速度，e為非磁性介質(zhì)的介電常數(shù)，t為電磁波在導(dǎo)線中的傳輸時(shí)間。電磁波在傳輸?shù)綄?dǎo)線終點(diǎn)時(shí)，又有一部分電磁波沿導(dǎo)線反射回來，這樣入射與反射形成了一個(gè)時(shí)間差T，因此通過測量電磁波在埋入土壌中的導(dǎo)線的入射反射時(shí)間差T就可以求出土壤的介電常數(shù)，進(jìn)而求出土壤的濕度。傳統(tǒng)的土壌濕度測量大多為單ー的測量點(diǎn)，一大片土壤區(qū)域需要人工帶著測量裝置逐個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行測量和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。即使為多點(diǎn)測量系統(tǒng)，也多數(shù)采用有線的測量系統(tǒng)，需要實(shí)施網(wǎng)絡(luò)布線工程，鋪設(shè)電纜，大大増加了系統(tǒng)成本，降低了系統(tǒng)的靈活性、可維護(hù)性與可擴(kuò)展性。把無線通信技術(shù)應(yīng)用到土壌濕度測量中，由土壌濕度傳感器實(shí)時(shí)采集各測量點(diǎn)處土壤濕度的信息，經(jīng)處理后通過無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將濕度信息傳輸?shù)奖O(jiān)控終端，操作者可以在手持終端選擇測試點(diǎn)，將接收到的土壌濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過處理在手持終端的顯示屏上顯示，從而實(shí)現(xiàn)集成化、低成本和易操作的目的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種無線的分布式土壌濕度檢測裝置，其能夠通過無線方式自動(dòng)的監(jiān)測多個(gè)土壤分布測量點(diǎn)的濕度。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案分布式土壌濕度檢測裝置，該裝置由多個(gè)從機(jī)和ー個(gè)主機(jī)組成。從機(jī)負(fù)責(zé)測量點(diǎn)土壌濕度數(shù)據(jù)的采集，裝置分布安裝在一片待測土壤的多個(gè)測量點(diǎn)中，主機(jī)負(fù)責(zé)土壌濕度數(shù)據(jù)的收集和顯示。主機(jī)和從機(jī)之間是無線雙向通イ目。所述的主機(jī)和從機(jī)的設(shè)計(jì)包括土壌濕度信息采集，無線模塊，按鍵控制及顯示模塊四部分。土壌濕度信息采集主要由土壌濕度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過傳感器測量土壌濕度數(shù)據(jù)后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送給微處理器；無線模塊主要由無線收發(fā)芯片組成，用來接收和發(fā)射信息。從機(jī)通過傳感器將土壤濕度信息采集到單片機(jī)內(nèi)，然后在單片機(jī)內(nèi)按照一定的協(xié)議和檢錯(cuò)機(jī)制構(gòu)成幀，通過無線模塊發(fā)射出去。主機(jī)以中斷方式接收每幀信息，然后對(duì)接收的幀信息進(jìn)行錯(cuò)誤檢測，判斷是否有誤碼信息。如果沒有誤碼，提取出數(shù)據(jù)位，計(jì)算出濕度值，把多個(gè)從機(jī)發(fā)送來的濕度信息在顯示模塊上顯示。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型可以對(duì)一片土壌的濕度進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測，其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，具有小型化、可視性好等特點(diǎn)，同時(shí)采用無線方式，無需饋線連接，主機(jī)和從機(jī)可以隨時(shí)移動(dòng)，可擴(kuò)展性好。

圖I為本實(shí)用新型所述分布式土壌濕度檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實(shí)用新型所述檢測裝置中從機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本實(shí)用新型所述無線模塊和微處理器的連接電路。圖4為本實(shí)用新型所述微處理機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換和土壌濕度傳感器的連接電路。圖5為本實(shí)用新型所述微處理機(jī)和顯示模塊的連接電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)ー步說明。本實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本實(shí)用新型的范圍有任何限制。本實(shí)用新型所述的分布式土壤濕度檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖I所示主機(jī)中，單片機(jī)采用AT89S52，顯示模塊采用LCD1602，按鍵控制模塊采用4個(gè)獨(dú)立式按鍵，無線模塊采用NRF401芯片構(gòu)成的PTR2000。 本實(shí)用新型所述的分布式土壤濕度檢測裝置中從機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示土壤濕度傳感器采用基于時(shí)域反射法的XR61-TDR2型土壤濕度傳感器，微處理器采用AT89S52，A/D轉(zhuǎn)換采用8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，無線模塊采用NRF401芯片構(gòu)成的PTR2000。主機(jī)通過與從機(jī)的無線通信將土壤各個(gè)測量點(diǎn)的濕度數(shù)據(jù)收集起來進(jìn)行有效的監(jiān)測。所述的無線模塊選用超小型、超低功耗的PTR2000模塊。PTR2000是基于NRF401芯片開發(fā)，無線數(shù)據(jù)傳輸芯片NRF401工作在433MHz國際通用的ISM頻段，F(xiàn)SK調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)；采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達(dá)_105dBm，最大發(fā)射功率達(dá)到+IOdBm;數(shù)據(jù)速率可達(dá)20Kbit/s。NRF401芯片能和串ロ直接相連，且單片機(jī)輸出口可直接控制無線收發(fā)，連接電路如圖3所示。PTR2000的共10根引腳VCC為系統(tǒng)電源；GND為電源地；DIN為模塊數(shù)據(jù)輸入；D0UT為模塊數(shù)據(jù)輸出；TXEN為收發(fā)狀態(tài)選擇，TXEN = I為發(fā)射狀態(tài)，TXEN = 0為接收狀態(tài)；PWR_UP為工作狀態(tài)控制，可設(shè)置為正常工作狀態(tài)和待機(jī)微功耗狀態(tài)；CS為頻道選擇，CS = 0工作在433. 93MHz，CS = I工作在433. 33MHz。在從機(jī)中AT89S52通過PTR2000無線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)射出去，使用了三個(gè)普通I/O 口和串ロ，主機(jī)部分AT89S52與PTR2000相接與從機(jī)一致。所述的土壤濕度傳感器采用XR61-TDR2型土壤濕度傳感器，輸出為直流0 2. 5V,A/D轉(zhuǎn)換采用8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，連接電路如圖4所示。土壌濕度信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換接ロ轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)，ADC0809芯片的工作過程是首先輸入3位地址ADDC、ADDB和ADDA為000，選擇INO通道，并使ALE = 1，將地址存入地址鎖存器中。在START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，EOC變成高電平指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)存入鎖存器。通過中斷申請(qǐng)，當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，打開三態(tài)輸出鎖存器，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。所述的顯示模塊采用LCM-1602字符型液晶模塊，具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)，液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令。與單片機(jī)連接簡単，8位I/O ロ與液晶模塊的8位數(shù)據(jù)端相連，再用三位控制ロ分別與液晶模塊的RS、R/W、E相接。裝置中單片機(jī)的PO ロ接8位數(shù)據(jù)，用P2. 7、P2. 6、P2. 5、分別接RS、R/W、E，由于PO內(nèi)沒有上拉電阻我們還在PO ロ與液晶模塊直接加了 IkQ的排阻，具體的連接電路如圖5所示。單片機(jī)與液晶模塊在通信時(shí)遵循嚴(yán)格的時(shí)序進(jìn)行編程。 以上所述的實(shí)施例，所涉及的數(shù)據(jù)和計(jì)算方法僅作為示意性說明，舉凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍所做的等同設(shè)計(jì)，均應(yīng)為本實(shí)用新型的技術(shù)所涵蓋。
權(quán)利要求1.一種分布式土壤濕度檢測裝置，其特征在于該裝置由多個(gè)從機(jī)和一個(gè)主機(jī)組成，從機(jī)負(fù)責(zé)測量點(diǎn)土壤濕度數(shù)據(jù)的采集，裝置分布安裝在一片待測土壤的多個(gè)測量點(diǎn)中，主機(jī)負(fù)責(zé)土壤濕度數(shù)據(jù)的收集和顯示，主機(jī)和從機(jī)之間是無線雙向通信，主機(jī)和從機(jī)的設(shè)計(jì)包括土壤濕度信息采集，無線模塊發(fā)射、接收，按鍵控制及顯示模塊四部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式土壤濕度檢測裝置，其特征在于所述的土壤濕度信息采集為土壤濕度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式土壤濕度檢測裝置，其特征在于所述的無線模塊由無線收發(fā)芯片組成，用來接收和發(fā)射信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式土壤濕度檢測裝置，其特征在于所述的顯示模塊為IXD顯示屏。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種測量土壤濕度的裝置，其特征在于該裝置由多個(gè)從機(jī)和一個(gè)主機(jī)組成。從機(jī)負(fù)責(zé)測量點(diǎn)土壤濕度數(shù)據(jù)的采集，裝置分布安裝在一片待測土壤的多個(gè)測量點(diǎn)中，主機(jī)負(fù)責(zé)土壤濕度數(shù)據(jù)的收集和顯示。主機(jī)和從機(jī)之間是無線雙向通信。所述的主機(jī)和從機(jī)的設(shè)計(jì)包括土壤濕度信息采集，無線模塊，按鍵控制及顯示模塊四部分。土壤濕度信息采集主要由土壤濕度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過傳感器測量土壤濕度數(shù)據(jù)后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送給微處理器；無線模塊主要由無線收發(fā)芯片組成，用來接收和發(fā)射信息。本實(shí)用新型所述的分布式土壤濕度檢測裝置可以對(duì)一片土壤的濕度進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測，其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，具有小型化、可視性好等特點(diǎn)，同時(shí)采用無線方式，無需饋線連接，主機(jī)和從機(jī)可以隨時(shí)移動(dòng)，可擴(kuò)展性好。
文檔編號(hào)G01N33/24GK202404090SQ20112057607
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者盧超 申請(qǐng)人:陜西理工學(xué)院