專利名稱：基于tdr技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及土壤參數(shù)測量領(lǐng)域，特別是一種能同時測量土壤溫度、濕度(容積率)的基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器。
背景技術(shù)：
隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化發(fā)展，土壤參數(shù)，特別是溫、濕度的科學(xué)管理對植物的生長越來越重要，對于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，要監(jiān)控各溫室的土壤溫、濕度，依靠生產(chǎn)人員人工操作不僅費時費力，而且很難確保及時、準確地調(diào)節(jié)溫室的土壤環(huán)境參數(shù)，若溫室的溫濕度不能及時調(diào)節(jié)，對整個溫室內(nèi)作物的影響較大，甚至可能造成植物爛根、死亡等情況的發(fā)生。而目前常用的對土壤溫濕度進行測量的裝置大多只能針對溫度或濕度進行單一探測，其探針與土壤的接觸面積較小，對土壤濕度的檢測速度較慢，探測精度較低，土壤極 化會反過來增加探測電極的腐蝕速度，縮短了探測裝置的使用壽命，且若沒有及時更換探測裝置，則探測到的值準確性較低，探測到的土壤濕度與土壤本身的機理有關(guān)，無法準確反應(yīng)土壤真實含水量，其信號采集后傳輸過程中的功率消耗較高，在一根總線上只能掛接一臺探測裝置，當需要對大面積監(jiān)測環(huán)境進行探測時，需要布多條通信線路，布線過程繁雜，且布線費用較高，還不能確保數(shù)據(jù)傳輸過程的可靠性，適用范圍有限。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的即在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器，引入TDR技術(shù)，采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其具有良好的防水性能，使得它可以長期埋于土壤中，進行在線測量并變送信號，具有能同時測量土壤溫度、濕度(容積率)，測量快速、準確、穩(wěn)定，可靠性好，測量的土壤濕度與土壤本身的機理無關(guān)，反應(yīng)了土壤真實含水量，采用極低的功率消耗和RS485總線通訊方式，使得可以在一根總線上掛接多達32臺變送器(加裝中繼器還可以增加數(shù)量)，通過獨有的通訊總線連接，可以保證足夠的加空走線，可靠性好，適用于大田、大棚等監(jiān)測環(huán)境。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器，它包括機殼以及設(shè)于機殼內(nèi)的信號處理電路主板，外部電纜通過機殼一端的接線頭與信號處理電路主板連接，機殼的另一端設(shè)有機殼蓋，機殼蓋上設(shè)有一個或多個用于探測土壤濕度的探針和至少一個用于探測土壤溫度的溫度探頭，探針和溫度探頭分別通過信號線與信號處理電路主板連接。所述的信號處理電路主板包括通信模塊、微處理器、溫度信號調(diào)理電路、濕度信號調(diào)理電路、原始信號采樣電路、反射信號采樣電路和高頻有源晶振電路，通信模塊通過內(nèi)部總線與微處理器連接，溫度信號調(diào)理電路和濕度信號調(diào)理電路分別通過A/D轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接，高頻有源晶振電路的輸出與原始信號采樣電路連接，并經(jīng)匹配線與探針連接，探針的反射信號與反射信號采樣電路連接，原始信號采樣電路和反射信號采樣電路的輸出與濕度信號調(diào)理電路連接，濕度信號調(diào)理電路的輸出經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接，溫度探頭的輸出與溫度信號調(diào)理電路連接，溫度信號調(diào)理電路的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接。所述的機殼和機殼蓋通過防水接插件連接；所述的探針、溫度探頭由不銹鋼管組成。本實用新型的有益效果是(I)本實用新型提供一種基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器，能同時測量土壤溫度、濕度(容積率)；(2)本實用新型提供一種基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器，采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其具有良好的防水性能，使得它可以長期埋于土壤中，進行在線測量并變送信號;(3 )本實用新型提供一種基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器，采用了 TDR (時域反射)技術(shù)來測量土壤濕度，使其具有測量快速、準確、穩(wěn)定，測量的土壤濕度與土壤本身的機理無關(guān)，反應(yīng)了土壤真實含水量，此方法也是國際上最流行的土壤濕度測量方法;(4)本實用新型提供一種基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器，采用極低的功率消耗和RS485總線通訊方式，使得可以在一根總線上掛接多達32臺變送器(加裝中繼器還可以增加數(shù)量)，通過獨有的通訊總線連接，可以保證足夠的加空走線，可靠性好，且具有極好的防水性能，可以很好的適用于大田、大棚等監(jiān)測環(huán)境。

圖I為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型信號處理電路主板結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實用新型探針、溫度探頭排列結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，I-機殼，2-探針，3_ "[目號處理電路主板，4-電纜，5-機殼蓋，6-主板支架，7-溫度探頭，8-信號傳輸體。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的描述，但本實用新型的保護范圍不局限于以下所述。如圖I所示，基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器，它包括機殼I以及設(shè)于機殼I內(nèi)的信號處理電路主板3，外部電纜4通過機殼一端的接線頭與信號處理電路主板3連接，電纜4為變送器供電和提供通信接口，機殼的另一端設(shè)有機殼蓋5，所述的機殼I和機殼蓋5通過防水接插件連接，起到防水的作用，使得變送器可以長時間埋于土壤中工作，機殼蓋5上設(shè)有一個或多個用于探測土壤濕度的探針2，采集土壤中的濕度變化，機殼蓋5上還設(shè)有至少一個用于探測土壤溫度的溫度探頭7，采集土壤中的溫度變化，探針2和溫度探頭7分別通過信號線與信號處理電路主板3連接，如圖3所示，機殼蓋上設(shè)有四個裝置，分別為兩個用于探測土壤濕度的探針2、一個用于探測土壤溫度的溫度探頭7，以及一個用于傳輸信號的信號傳輸體8，所述的探針2、溫度探頭7由不銹鋼管組成。如圖2所示，所述的信號處理電路主板3包括通信模塊、微處理器、溫度信號調(diào)理電路、濕度信號調(diào)理電路、原始信號采樣電路、反射信號采樣電路和高頻有源晶振電路，通信模塊通過內(nèi)部總線與微處理器連接，溫度信號調(diào)理電路和濕度信號調(diào)理電路分別通過A/D轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接，高頻有源晶振電路的輸出與原始信號采樣電路連接，并經(jīng)匹配線與探針2連接，探針2的反射信號與反射信號采樣電路連接，原始信號采樣電路和反射信號采樣電路的輸出與濕度信號調(diào)理電路連接，濕度信號調(diào)理電路的輸出經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接，溫度探頭7的輸出與溫度信號調(diào)理電路連接，溫度信號調(diào)理電路的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接。本實用新型的工作過程濕度測量通過高頻有源晶振電路產(chǎn)生一個高頻信號，高頻信號通過原始信號采樣電路獲得原始信號信息，原始信號通過阻抗匹配線傳輸?shù)教结?，再通過探針2發(fā)射到土 壤中。高頻信號在土壤中傳播并產(chǎn)生反射信號，反射信號通過探針2傳回來，通過反射信號采集電路采集。原始信號采樣電路采集到的信息與反射信號采樣電路采集到的信息通過濕度信號調(diào)理電路將濕度值轉(zhuǎn)換為一路模擬信號，通過A/D轉(zhuǎn)換電路采集，再通過內(nèi)置濕度值與所得AD值的關(guān)系換算出真實的濕度值，并保存于處理器MCU內(nèi)；溫度測量通過溫度信號調(diào)理電路將溫度探頭7所探測到的溫度變化轉(zhuǎn)化為模擬信號，通過A/D轉(zhuǎn)換電路采集，同樣，通過內(nèi)置溫度與所得AD值的關(guān)系換算出真實的溫度值，并保存于處理器MCU內(nèi)；電源模塊為信號處理電路主板3提供電源；通信模塊提供與外界通信的接口，通過命令將采集到的土壤溫、濕度值傳送出去。
權(quán)利要求1.基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器,其特征在于它包括機殼(I)以及設(shè)于機殼(I)內(nèi)的信號處理電路主板(3)，外部電纜(4)通過機殼一端的接線頭與信號處理電路主板(3)連接,機殼的另一端設(shè)有機殼蓋(5),機殼蓋(5)上設(shè)有一個或多個用于探測土壤濕度的探針(2 )和至少一個用于探測土壤溫度的溫度探頭(7 )，探針(2 )和溫度探頭(7 )分別通過信號線與信號處理電路主板(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器，其特征在于所述的信號處理電路主板(3)包括通信模塊、微處理器、溫度信號調(diào)理電路、濕度信號調(diào)理電路、原始信號采樣電路、反射信號采樣電路和高頻有源晶振電路，通信模塊通過內(nèi)部總線與微處理器連接，溫度信號調(diào)理電路和濕度信號調(diào)理電路分別通過A/D轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接，高頻有源晶振電路的輸出與原始信號采樣電路連接，并經(jīng)匹配線與探針(2)連接，探針(2)的反射信號與反射信號采樣電路連接，原始信號采樣電路和反射信號采樣電路的輸出與濕度信號調(diào)理電路連接，濕度信號調(diào)理電路的輸出經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接，溫度探頭(7)的輸出與溫度信號調(diào)理電路連接，溫度信號調(diào)理電路的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器，其特征在于所述的機殼(I)和機殼蓋(5 )通過防水接插件連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器，其特征在于所述的探針(2)、溫度探頭(7)由不銹鋼管組成。
專利摘要本實用新型公開了一種基于TDR技術(shù)的數(shù)字式溫濕度一體變送器，它包括機殼(1)以及設(shè)于機殼(1)內(nèi)的信號處理電路主板(3)，外部電纜(4)通過機殼一端的接線頭與信號處理電路主板(3)連接，機殼的另一端設(shè)有機殼蓋(5)，機殼蓋(5)上設(shè)有一個或多個用于探測土壤濕度的探針(2)和至少一個用于探測土壤溫度的溫度探頭(7)，探針(2)和溫度探頭(7)分別通過信號線與信號處理電路主板(3)連接。本實用新型引入TDR技術(shù)，具有能同時測量土壤溫度、濕度，測量快速、準確、穩(wěn)定，可靠性好，且具有極好的防水性能，適用于大田、大棚等監(jiān)測環(huán)境。
文檔編號G01D21/02GK202471127SQ20122001540
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者唐享華, 李智浩, 杜宇, 董文哲 申請人:成都誠欣特自動化系統(tǒng)有限公司