便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術不僅對取土地塊及操作過程要求較高、費時費力，而且精確度不高、連續(xù)性差的缺陷，提出了一種便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置，包括如下部件：供電單元、基于ARM芯片的處理單元、無線通信單元、存儲器、GPS模塊以及土壤污染物傳感器。本發(fā)明的裝置能夠充分利用ARM豐富的接口資源滿足對多種采集終端控制要求；此外，無線通信單元能夠確保所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置和服務器之間的連通性，從而最大限度地確保通信數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和完整性。
【專利說明】 便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測【技術領域】，更具體地，涉及一種便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置。

【背景技術】
[0002]氣象部門在開展墑情或旱情的監(jiān)測工作中，土壤水分測量是一項十分重要的內(nèi)容，它對及時掌握各地土壤旱澇災情，合理安排灌溉資源，都具有非常重要的意義。
[0003]土壤含水量是土壤墑情的重要指標。土壤含水量的實時、在線監(jiān)測是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨的課題，既要求對土壤酸堿度的準確性、均勻性、波動性進行客觀的計量監(jiān)測，同時又有快速、方便、規(guī)范化等要求。對土壤酸堿度的測量經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程，早期采用機械式酸堿度記錄儀，其體積龐大，精度低，響應時間長，檢測誤差為5%，數(shù)據(jù)由人工記錄，不僅費時費力，而且容易出現(xiàn)故障；之后出現(xiàn)的巡檢儀、無紙記錄儀也因體積大、成本高、需外接電源，未能大量使用；后期采用高分子濕敏電容或濕敏電阻作為酸堿度傳感器，雖然提高了測量的精度，但是測量電路很復雜，給應用帶來了諸多不便。目前，自動測量土壤水分方法是通過探測土壤傳導性的獲得土壤含水量，如:中子儀法、TDR(Time DomainReflectometry)和 FDR(Frequency Domain Reflectometry)等。中子儀法屬于將中子源埋入待測土壤中，中子儀測定水分就是通過測定慢中子云的密度與水分子間的函數(shù)關系來確定土壤中的水分含量，但這種方法具有中子輻射，對人體健康有潛在的威脅；TDR法是時間域反射反映土壤水分變化，但該方法儀器安裝、標定比較困難；而常用的方法是烘干稱重法直接測量土壤的重量含水率和容積含水量；這種辦法不僅對取土地塊及操作過程要求較高、費時費力，而且精確度不高、連續(xù)性差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術中的上述不足，本發(fā)明提供了一種便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置，包括如下部件:供電單元、基于ARM芯片的處理單元、無線通信單元、存儲器、GPS模塊以及土壤污染物傳感器，所述供電單元為上述其他部件供電，所述GPS模塊用于獲得當前的測量點的GPS信息，所述基于ARM芯片的處理單元采集土壤污染物傳感器測量的土壤電導率數(shù)據(jù)，所述無線通信單元，與嵌入式處理器相連，用于發(fā)送污染數(shù)據(jù)及接收控制命令，該無線通信單元還包括基于ARM的路徑計算單元，所述路徑計算單元用于根據(jù)所述GPS信息查找符合預訂區(qū)域內(nèi)的所有該土壤污染物傳感器的唯一通信標識信息，且所述數(shù)據(jù)收發(fā)器根據(jù)所述查找的結果獲得該區(qū)域內(nèi)各個該土壤污染物傳感器的工作狀態(tài)，所述該土壤污染物傳感器根據(jù)所述工作狀態(tài)，向所述區(qū)域內(nèi)距離服務器最短前三個土壤污染物傳感器分別傳輸環(huán)境污染監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中該被傳輸?shù)奈廴颈O(jiān)測數(shù)據(jù)被按照預定的比例劃分為三個部分分別傳輸?shù)剿龅娜齻€土壤污染物傳感器。
[0005]進一步地，所述基于ARM芯片的處理單元采用嵌入式ATMEL AT91SAM9260。
[0006]進一步地，所述供電單元由太陽能電池板和蓄電池組成。
[0007]進一步地，所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置還包括觸摸屏，該觸摸屏用于在現(xiàn)場接收通過觸摸方式選擇的指令并給出指令列表和測量結果。
[0008]進一步地，所述基于ARM芯片的處理單元將土壤電導率數(shù)據(jù)通過無線通信單元發(fā)送給服務器，服務器進行數(shù)據(jù)處理得到土壤污染數(shù)據(jù)并通過所述觸摸屏顯示測量結果。
[0009]進一步地，所述GPS模塊還用于獲得測量時間。
[0010]進一步地，所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置還包括溫度測量單元，其用于測量所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置的土壤污染物傳感器的溫度。
[0011]進一步地，當所述溫度超過預定閾值時，停止所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置的工作。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:(I)能夠充分利用ARM豐富的接口資源滿足對多種采集終端控制要求；(2)無線通信單元能夠確保所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置和服務器之間的連通性，從而最大限度地確保通信數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和完整性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的土壤污染物監(jiān)測裝置的組成框圖。

【具體實施方式】
[0014]下面將結合圖1詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。如圖1所示，便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置包括如下部件:供電單元、基于ARM芯片的處理單元、存儲器、無線通信單元、GPS模塊以及土壤污染物傳感器。其中，所述供電單元和基于ARM芯片的處理單元均與其他所有部件相連接。
[0015]所述供電單元為上述其他部件供電，所述GPS模塊用于獲取經(jīng)度、緯度、時間信息，通過串口 2發(fā)送給處理控制模塊，串口的波特率設置為9600bps。采用QE-GSM/GPRS/GPS一體化模塊，供電電壓5-9V。
[0016]所述基于ARM芯片的處理單元(例如，為嵌入式ATMEL AT91SAM9260)采集土壤污染物傳感器測量的土壤電導率數(shù)據(jù)，該土壤電導率數(shù)據(jù)的獲得是通過監(jiān)測棒實現(xiàn)的。土壤電導率監(jiān)測棒直接插入土壤并從土壤電導率數(shù)據(jù)，通過標定得出來的土壤電導和土壤含水量之間的相互關系，把測得的電導值轉(zhuǎn)變?yōu)楹恐怠榱四芊从巢煌疃鹊耐寥浪譅顩r，每個測試節(jié)點的探頭設計有4層電極對。
[0017]本發(fā)明采用適當塑料管22，比如PVC-U管作為電極對的載體，用塑料帽28，比如密封帽封住管底，防止土壤中的水分從底部進入，影響測試結果。在PVC-U管外壁，從底層開始，每隔3cm貼一層電極對，電導片24用導線從PVC-U的內(nèi)壁引出，連接到插座26上。
[0018]無線通信單元與處理器相連，用于發(fā)送污染數(shù)據(jù)及接收控制命令，該無線通信單元還包括基于ARM的路徑計算單元，所述路徑計算單元用于根據(jù)所述GPS信息查找符合預訂范圍內(nèi)的所有該土壤污染物傳感器的唯一通信標識信息，且所述數(shù)據(jù)收發(fā)器根據(jù)所述查找的結果獲得該區(qū)域內(nèi)各個該土壤污染物傳感器的工作狀態(tài)，該土壤污染物傳感器根據(jù)所述工作狀態(tài)，向所述區(qū)域內(nèi)距離服務器最短前三個土壤污染物傳感器分別傳輸環(huán)境污染監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中該被傳輸?shù)奈廴颈O(jiān)測數(shù)據(jù)被按照預定的比例劃分為三個部分分別傳輸?shù)剿龅娜齻€土壤污染物傳感器。
[0019]更具體地講，首先，所述存儲器中預先保存有所有便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置的GPS信息。假定某便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置X的無線通信模塊經(jīng)過查找預定的1KM范圍內(nèi)的所有便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置以后，得到這些便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置的唯一通信標識信息。然后，設備X與這些便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置進行通信，以獲得上述各個便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置的工作狀態(tài)。這種工作狀態(tài)是通過各種土壤污染物傳感器自身具有的通信協(xié)議實現(xiàn)的，例如:發(fā)送讀取當前讀數(shù)以后，能夠得到其有效數(shù)值，則判斷其工作狀態(tài)有效。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，這些土壤污染物傳感器采用自身具有自檢功能的傳感器，因此，狀態(tài)的獲得將變得更加方便。至此，該設備X即可獲得所有的在上述預定區(qū)域內(nèi)的土壤污染物傳感器的工作狀態(tài)。
[0020]接下來，根據(jù)上述工作狀態(tài)，找到各個工作狀態(tài)處于正常的土壤污染物傳感器，再計算這些工作正常的土壤污染物傳感器哪三個距離服務器端最近。確定(例如是設備Y)以后，該設備X即將自身監(jiān)測的數(shù)據(jù)發(fā)送給設備Y，其中該被傳輸?shù)奈廴颈O(jiān)測數(shù)據(jù)被按照預定的比例劃分為三個部分分別傳輸?shù)剿龅娜齻€土壤污染物傳感器。
[0021]所述太陽能供電系統(tǒng)由太陽能電池板和14V蓄電池組成，為整個系統(tǒng)提供電能。
[0022]所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置還包括觸摸屏，該觸摸屏用于在現(xiàn)場接收通過觸摸方式選擇的指令并給出指令列表和測量結果。優(yōu)選地，帶觸摸屏的彩色LCD顯示器16選用四線式電阻式觸摸屏，同時選用ADS7843作為該觸摸屏控制器15。
[0023]進一步地，所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置還包括溫度測量單元，其用于測量所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置的土壤污染物傳感器的溫度。當所述溫度超過預定閾值時，停止所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置的工作。這些溫度值能夠有助于所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置的自我保護，防止被燒壞。尤其是其中的土壤污染物傳感器。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述基于ARM芯片的處理單元將土壤電導率數(shù)據(jù)通過無線通信單元發(fā)送給服務器，服務器進行數(shù)據(jù)處理得到土壤污染數(shù)據(jù)并通過所述觸摸屏顯示測量結果。這樣，便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置不需要集成過多的分析軟件，也就不需要再為采樣較多時機器溫度過高或者監(jiān)測棒的溫度過高而停止使用，此外還能減小體積。
[0025]優(yōu)選地，所述GPS模塊還用于獲得測量時間。這樣，每一條獲得的土壤數(shù)據(jù)都有時間信息，有利于完整地了解土壤的動態(tài)污染情況。
[0026]上述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本發(fā)明進行非實質(zhì)性的改動，均應屬于侵犯本發(fā)明保護范圍的行為。
【權利要求】
1.一種便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置，包括如下部件:供電單元、基于仙1芯片的處理單元、無線通信單元、存儲器、⑶3模塊以及土壤污染物傳感器，所述供電單元為上述其他部件供電，所述⑶3模塊用于獲得當前的測量點的⑶3信息，所述基于仙1芯片的處理單元采集土壤污染物傳感器測量的土壤電導率數(shù)據(jù)，所述無線通信單元，與嵌入式處理器相連，用于發(fā)送污染數(shù)據(jù)及接收控制命令，其特征在于，該無線通信單元還包括基于仙1的路徑計算單元，所述路徑計算單元用于根據(jù)所述⑶3信息查找符合預訂區(qū)域內(nèi)的所有該土壤污染物傳感器的唯一通信標識信息，且所述數(shù)據(jù)收發(fā)器根據(jù)所述查找的結果獲得該區(qū)域內(nèi)各個該土壤污染物傳感器的工作狀態(tài)，所述該土壤污染物傳感器根據(jù)所述工作狀態(tài)，向所述區(qū)域內(nèi)距離服務器最短前三個土壤污染物傳感器分別傳輸環(huán)境污染監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中該被傳輸?shù)奈廴颈O(jiān)測數(shù)據(jù)被按照預定的比例劃分為三個部分分別傳輸?shù)剿龅娜齻€土壤污染物傳感器。
2.根據(jù)權利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置，其特征在于，所述基于仙1芯片的處理單元采用嵌入式八I腿I八1913艦9260。
3.根據(jù)權利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置，其特征在于，進一步地，所述供電單元由太陽能電池板和蓄電池組成。
4.根據(jù)權利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置，其特征在于，所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置還包括觸摸屏，該觸摸屏用于在現(xiàn)場接收通過觸摸方式選擇的指令并給出指令列表和測量結果。
5.根據(jù)權利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置，其特征在于，所述基于仙1芯片的處理單元將土壤電導率數(shù)據(jù)通過無線通信單元發(fā)送給服務器，服務器進行數(shù)據(jù)處理得到土壤污染數(shù)據(jù)并通過所述觸摸屏顯示測量結果。
6.根據(jù)權利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置，其特征在于，所述⑶3模塊還用于獲得測量時間。
7.根據(jù)權利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置，其特征在于，所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置還包括溫度測量單元，其用于測量所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置的土壤污染物傳感器的溫度。
8.根據(jù)權利要求7所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置，其特征在于，當所述溫度超過預定閾值時，停止所述便攜式土壤污染物監(jiān)測裝置的工作。
【文檔編號】G01N27/00GK104407017SQ201410699390
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權日:2014年11月26日
【發(fā)明者】李金強, 王雪鵬 申請人:成都藍宇科維科技有限公司