一種土壤電導(dǎo)率的檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電導(dǎo)率檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種土壤電導(dǎo)率的檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)田要想取得較高的產(chǎn)量，合理的管理是非常關(guān)鍵的。而農(nóng)田管理的關(guān)鍵是:施月巴、灌溉等。現(xiàn)在農(nóng)田的管理主要依靠管理人員的經(jīng)驗(yàn)，有很大的主觀性。有的管理人員為了提高產(chǎn)量，過度使用農(nóng)藥、化肥，造成浪費(fèi)的同時(shí)也污染了環(huán)境。使用本系統(tǒng)獲得農(nóng)田信息，進(jìn)而指導(dǎo)農(nóng)田管理，對(duì)節(jié)約成本，提高產(chǎn)量，保護(hù)環(huán)境都有積極作用。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中測量土壤電導(dǎo)率是直接測量農(nóng)田環(huán)境下的土壤的電導(dǎo)率，由于一些農(nóng)田環(huán)境的復(fù)雜會(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果不夠準(zhǔn)確，而實(shí)驗(yàn)室測量方法的測量過程復(fù)雜，耗時(shí)長，成本高，無法滿足大面積測量的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種土壤電導(dǎo)率的檢測裝置及方法，該方法可以檢測不同區(qū)域、不同深度土壤的電導(dǎo)率，有效提高了檢測效率和檢測精度。
[0005]第一方面，本發(fā)明提供一種土壤電導(dǎo)率的檢測方法，包括:
[0006]對(duì)已知電導(dǎo)率的土壤進(jìn)行測試，確定電導(dǎo)率常數(shù)；
[0007]通過對(duì)待測土壤輸入激勵(lì)電信號(hào)，采集第一路和第二路反饋電壓信號(hào)，并將所述第一路和第二路反饋電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一路和第二路直流電壓信號(hào)；
[0008]根據(jù)第一路和第二路直流電壓信號(hào)的平均值以及所述電導(dǎo)率常數(shù)獲取待測土壤在農(nóng)田環(huán)境下的電導(dǎo)率。
[0009]可選的，所述方法還包括:
[0010]對(duì)已知電導(dǎo)率的土壤進(jìn)行測試，并分別測試該土壤在農(nóng)田環(huán)境下的電導(dǎo)率和去除環(huán)境因素影響后的電導(dǎo)率；
[0011]建立土壤在農(nóng)田環(huán)境下的電導(dǎo)率和去除環(huán)境因素后的電導(dǎo)率的轉(zhuǎn)換模型；
[0012]根據(jù)所述模型將所述待測土壤在農(nóng)田環(huán)境下的電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成去除環(huán)境因素影響后的電導(dǎo)率。
[0013]可選的，所述環(huán)境因素包括:土壤的含鹽量以及所述土壤的水分、土壤的粒度、有機(jī)質(zhì)含量。
[0014]第二方面，本發(fā)明還提供了一種土壤電導(dǎo)率的檢測裝置，所述裝置包括:信號(hào)采集模塊、檢測模塊和顯示模塊，所述信號(hào)采集模塊與所述檢測模塊相連，所述檢測模塊與所述顯示模塊相連；
[0015]所述信號(hào)采集模塊，用于采集已知電導(dǎo)率土壤以及待測土壤的第一路和第二路反饋電壓信號(hào)，并將所述第一路和第二路反饋電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一路和第二路直流電壓信號(hào);
[0016]所述檢測模塊，用于根據(jù)已知電導(dǎo)率土壤的第一路和第二路直流電壓信號(hào)的平均值以及該土壤的電導(dǎo)率值確定電導(dǎo)率常數(shù)；
[0017]所述檢測模塊，還用于根據(jù)所述待測土壤的第一路和第二路直流電壓信號(hào)的平均值以及所述電導(dǎo)率常數(shù)，獲取所述待測土壤在農(nóng)田環(huán)境下的電導(dǎo)率；
[0018]所述顯示模塊，用于顯示所述檢測模塊獲取的所述待測土壤在農(nóng)田環(huán)境下的電導(dǎo)率。
[0019]可選的，所述檢測模塊中設(shè)置有模型轉(zhuǎn)換單元；
[0020]所述模型轉(zhuǎn)換單元，用于將所述待測土壤在農(nóng)田環(huán)境下的電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成去除環(huán)境因素后的電導(dǎo)率。
[0021]可選的，所述采集模塊包括兩個(gè)電流探針和四個(gè)電壓探針；
[0022]所述電流探針，用于向待測土壤中輸入激勵(lì)電信號(hào)；
[0023]所述電壓探針，用于采集待測土壤中第一路和第二路反饋電壓信號(hào)。
[0024]可選的，所述檢測模塊包括控制單元、電壓轉(zhuǎn)換電路、正弦信號(hào)發(fā)生電路、恒流源發(fā)生電路、差分信號(hào)采集電路、有效值轉(zhuǎn)換電路、GPS單元和信號(hào)放大電路。
[0025]可選的，所述電壓轉(zhuǎn)換電路用于給所述檢測模塊中的各個(gè)電路供電。
[0026]可選的，所述恒流源發(fā)生電路用于給所述電流探針發(fā)送交流恒流源的激勵(lì)信號(hào)。
[0027]可選的，所述有效值轉(zhuǎn)換電路，用于將所述電壓探針采集的第一路和第二路反饋電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一路和第二路直流電壓信號(hào)。
[0028]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的一種土壤電導(dǎo)率的檢測裝置及方法，該方法通過采集待測土壤的第一路和第二路反饋電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一路和第二路直流電壓信號(hào)，根據(jù)所述待測土壤的第一路和第二路直流電壓信號(hào)的平均值獲取待測土壤較準(zhǔn)確的直流電壓信號(hào)，提高了檢測精度，根據(jù)所述直流電壓信號(hào)以及所述電導(dǎo)率常數(shù)獲取待測土壤在農(nóng)田環(huán)境下的電導(dǎo)率，該方法可以檢測多區(qū)域、多層土壤的電導(dǎo)率，有效提高了檢測效率和檢測精度。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種土壤電導(dǎo)率的檢測方法的流程示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的“電流-電壓”六端法原理圖；
[0031]圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的一種土壤電導(dǎo)率的檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種土壤電導(dǎo)率的檢測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖5為本發(fā)明一實(shí)施例提供的檢測裝置的電路的封裝外觀示意圖；
[0034]圖6為本發(fā)明一實(shí)施例提供的ARM控制器與檢測裝置的連接示意圖；
[0035]圖7為本發(fā)明一實(shí)施例提供的電壓轉(zhuǎn)換電路示意圖；
[0036]圖8為本發(fā)明一實(shí)施例提供的恒流源發(fā)生電路示意圖；
[0037]圖9為本發(fā)明一實(shí)施例提供的正弦信號(hào)發(fā)生電路示意圖；
[0038]圖10為本發(fā)明一實(shí)施例提供的差分電路示意圖；
[0039]圖11為本發(fā)明一實(shí)施例提供的有效值轉(zhuǎn)換電路示意圖；
[0040]圖12為本發(fā)明一實(shí)施例提供的放大電路示意圖；
[0041]圖13為本發(fā)明一實(shí)施例提供的GPS電路不意圖；
[0042]圖14為本發(fā)明一實(shí)施例提供的SD卡電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖，對(duì)發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0044]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種土壤電導(dǎo)率的檢測方法的流程示意圖，如圖1所示，該方法包括如下步驟:
[0045]101、對(duì)已知電導(dǎo)率的土壤進(jìn)行測試，確定電導(dǎo)率常數(shù)；
[0046]為了準(zhǔn)確測定土壤電導(dǎo)率，本發(fā)明通過多次的田間試驗(yàn)，通過與實(shí)驗(yàn)室測量值對(duì)比，確定了系統(tǒng)的電導(dǎo)率常數(shù)的值。電導(dǎo)率常數(shù)K是只取決于傳感器本身結(jié)構(gòu)的常量，確定過程如下:
[0047]用車載式土壤電導(dǎo)率儀在農(nóng)田中測量10組電壓值Vw;
[0048]在每組車載式土壤電導(dǎo)率采樣處，在犁的中心處采集一個(gè)土壤樣品，犁的四周均勻采集八個(gè)土壤樣品；
[0049]在實(shí)驗(yàn)室中，將土壤樣品烘干，取5g烘干土和25ml蒸餾水配置土壤溶液；
[0050]將土壤溶液充分?jǐn)嚢琛⑦^濾后，測量出土壤溶液電導(dǎo)率值，用每個(gè)采樣點(diǎn)處九個(gè)土壤樣品的溶液電導(dǎo)率值表示此處的真實(shí)電導(dǎo)率值σ ;
[0051]使用公式σ = K*I/VW推導(dǎo)出K值(I為車載式土壤電導(dǎo)率儀信號(hào)發(fā)生電路的電流值)；
[0052]以上10組K值的平均值即為所求的電導(dǎo)率常數(shù)；
[0053]102、通過對(duì)待測土壤輸入激勵(lì)電信號(hào)，采集第一路和第二路反饋電壓信號(hào)，并將所述第一路和第二路反饋電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一路和第二路直流電壓信號(hào)；
[0054]為了提高檢測儀的精確度，減少土壤特性不均對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，采用中心、外側(cè)兩路電位差信號(hào)檢測的設(shè)計(jì)，每一路均能檢測當(dāng)下位置的土壤電導(dǎo)率值，通過求平均值得出最后電導(dǎo)率值，提高了測量精度。電導(dǎo)率檢測模型是支持向量機(jī)(SVM)模型，本系統(tǒng)將LIBSVM工具箱移植到了 Linux系統(tǒng)中，使用Python語言接口調(diào)用函數(shù)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)。在多種分析數(shù)據(jù)的方法中，支持向量機(jī)模型效果較好、容錯(cuò)性強(qiáng)、便于移植，非常適合農(nóng)田的復(fù)雜環(huán)境。集成支持向量機(jī)模型后，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)分析、處理農(nóng)田現(xiàn)場數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。
[0055]103、根據(jù)第一路和第二路直流電壓信號(hào)的平均值以及所述電導(dǎo)率常數(shù)獲取待測土壤在農(nóng)田環(huán)境下的電導(dǎo)率。
[0056]土壤電導(dǎo)