便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)不僅對(duì)取土地塊及操作過(guò)程要求較高、費(fèi)時(shí)費(fèi)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(cè)裝置，包括如下部件：供電單元、基于ARM芯片的處理單元、無(wú)線(xiàn)通信單元、存儲(chǔ)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(mǎn)足對(duì)多種采集終端控制要求；此外，無(wú)線(xiàn)通信單元能夠確保所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置和服務(wù)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(zhuān)利說(shuō)明】 便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置

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

【背景技術(shù)】
[0002]氣象部門(mén)在開(kāi)展墑情或旱情的監(jiān)測(cè)工作中，土壤水分測(cè)量是一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，它對(duì)及時(shí)掌握各地土壤旱澇災(zāi)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(biāo)。土壤含水量的實(shí)時(shí)、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨的課題，既要求對(duì)土壤酸堿度的準(zhǔn)確性、均勻性、波動(dòng)性進(jìn)行客觀的計(jì)量監(jiān)測(cè)，同時(shí)又有快速、方便、規(guī)范化等要求。對(duì)土壤酸堿度的測(cè)量經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，早期采用機(jī)械式酸堿度記錄儀，其體積龐大，精度低，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，檢測(cè)誤差為5%，數(shù)據(jù)由人工記錄，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易出現(xiàn)故障；之后出現(xiàn)的巡檢儀、無(wú)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(cè)量的精度，但是測(cè)量電路很復(fù)雜，給應(yīng)用帶來(lái)了諸多不便。目前，自動(dòng)測(cè)量土壤水分方法是通過(guò)探測(cè)土壤傳導(dǎo)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(cè)土壤中，中子儀測(cè)定水分就是通過(guò)測(cè)定慢中子云的密度與水分子間的函數(shù)關(guān)系來(lái)確定土壤中的水分含量，但這種方法具有中子輻射，對(duì)人體健康有潛在的威脅；TDR法是時(shí)間域反射反映土壤水分變化，但該方法儀器安裝、標(biāo)定比較困難；而常用的方法是烘干稱(chēng)重法直接測(cè)量土壤的重量含水率和容積含水量；這種辦法不僅對(duì)取土地塊及操作過(guò)程要求較高、費(fèi)時(shí)費(fèi)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(shù)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(cè)裝置，包括如下部件:供電單元、基于ARM芯片的處理單元、無(wú)線(xiàn)通信單元、存儲(chǔ)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(dāng)前的測(cè)量點(diǎn)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(cè)量的土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，所述無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信單元還包括基于ARM的路徑計(jì)算單元，所述路徑計(jì)算單元用于根據(jù)所述GPS信息查找符合預(yù)訂區(qū)域內(nèi)的所有該土壤污染物傳感器的唯一通信標(biāo)識(shí)信息，且所述數(shù)據(jù)收發(fā)器根據(jù)所述查找的結(jié)果獲得該區(qū)域內(nèi)各個(gè)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(wù)器最短前三個(gè)土壤污染物傳感器分別傳輸環(huán)境污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中該被傳輸?shù)奈廴颈O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被按照預(yù)定的比例劃分為三個(gè)部分分別傳輸?shù)剿龅娜齻€(gè)土壤污染物傳感器。
[0005]進(jìn)一步地，所述基于ARM芯片的處理單元采用嵌入式ATMEL AT91SAM9260。
[0006]進(jìn)一步地，所述供電單元由太陽(yáng)能電池板和蓄電池組成。
[0007]進(jìn)一步地，所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置還包括觸摸屏，該觸摸屏用于在現(xiàn)場(chǎng)接收通過(guò)觸摸方式選擇的指令并給出指令列表和測(cè)量結(jié)果。
[0008]進(jìn)一步地，所述基于ARM芯片的處理單元將土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信單元發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到土壤污染數(shù)據(jù)并通過(guò)所述觸摸屏顯示測(cè)量結(jié)果。
[0009]進(jìn)一步地，所述GPS模塊還用于獲得測(cè)量時(shí)間。
[0010]進(jìn)一步地，所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置還包括溫度測(cè)量單元，其用于測(cè)量所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置的土壤污染物傳感器的溫度。
[0011]進(jìn)一步地，當(dāng)所述溫度超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，停止所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)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(mǎn)足對(duì)多種采集終端控制要求；(2)無(wú)線(xiàn)通信單元能夠確保所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置和服務(wù)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(zhuān)利附圖】

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

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將結(jié)合圖1詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。如圖1所示，便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置包括如下部件:供電單元、基于ARM芯片的處理單元、存儲(chǔ)器、無(wú)線(xiàn)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(shí)間信息，通過(guò)串口 2發(fā)送給處理控制模塊，串口的波特率設(shè)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(cè)量的土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，該土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)的獲得是通過(guò)監(jiān)測(cè)棒實(shí)現(xiàn)的。土壤電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)棒直接插入土壤并從土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，通過(guò)標(biāo)定得出來(lái)的土壤電導(dǎo)和土壤含水量之間的相互關(guān)系，把測(cè)得的電導(dǎo)值轉(zhuǎn)變?yōu)楹恐?。為了能反映不同深度的土壤水分狀況，每個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)的探頭設(shè)計(jì)有4層電極對(duì)。
[0017]本發(fā)明采用適當(dāng)塑料管22，比如PVC-U管作為電極對(duì)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(jìn)入，影響測(cè)試結(jié)果。在PVC-U管外壁，從底層開(kāi)始，每隔3cm貼一層電極對(duì)，電導(dǎo)片24用導(dǎo)線(xiàn)從PVC-U的內(nèi)壁引出，連接到插座26上。
[0018]無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信單元還包括基于ARM的路徑計(jì)算單元，所述路徑計(jì)算單元用于根據(jù)所述GPS信息查找符合預(yù)訂范圍內(nèi)的所有該土壤污染物傳感器的唯一通信標(biāo)識(shí)信息，且所述數(shù)據(jù)收發(fā)器根據(jù)所述查找的結(jié)果獲得該區(qū)域內(nèi)各個(gè)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(wù)器最短前三個(gè)土壤污染物傳感器分別傳輸環(huán)境污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中該被傳輸?shù)奈廴颈O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被按照預(yù)定的比例劃分為三個(gè)部分分別傳輸?shù)剿龅娜齻€(gè)土壤污染物傳感器。
[0019]更具體地講，首先，所述存儲(chǔ)器中預(yù)先保存有所有便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置的GPS信息。假定某便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置X的無(wú)線(xiàn)通信模塊經(jīng)過(guò)查找預(yù)定的1KM范圍內(nèi)的所有便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置以后，得到這些便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置的唯一通信標(biāo)識(shí)信息。然后，設(shè)備X與這些便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行通信，以獲得上述各個(gè)便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置的工作狀態(tài)。這種工作狀態(tài)是通過(guò)各種土壤污染物傳感器自身具有的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，例如:發(fā)送讀取當(dāng)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(shí)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(shè)備X即可獲得所有的在上述預(yù)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(lái)，根據(jù)上述工作狀態(tài)，找到各個(gè)工作狀態(tài)處于正常的土壤污染物傳感器，再計(jì)算這些工作正常的土壤污染物傳感器哪三個(gè)距離服務(wù)器端最近。確定(例如是設(shè)備Y)以后，該設(shè)備X即將自身監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送給設(shè)備Y，其中該被傳輸?shù)奈廴颈O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被按照預(yù)定的比例劃分為三個(gè)部分分別傳輸?shù)剿龅娜齻€(gè)土壤污染物傳感器。
[0021]所述太陽(yáng)能供電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板和14V蓄電池組成，為整個(gè)系統(tǒng)提供電能。
[0022]所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置還包括觸摸屏，該觸摸屏用于在現(xiàn)場(chǎng)接收通過(guò)觸摸方式選擇的指令并給出指令列表和測(cè)量結(jié)果。優(yōu)選地，帶觸摸屏的彩色LCD顯示器16選用四線(xiàn)式電阻式觸摸屏，同時(shí)選用ADS7843作為該觸摸屏控制器15。
[0023]進(jìn)一步地，所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置還包括溫度測(cè)量單元，其用于測(cè)量所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置的土壤污染物傳感器的溫度。當(dāng)所述溫度超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，停止所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)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(cè)裝置的自我保護(hù)，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(shí)施例，所述基于ARM芯片的處理單元將土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信單元發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到土壤污染數(shù)據(jù)并通過(guò)所述觸摸屏顯示測(cè)量結(jié)果。這樣，便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置不需要集成過(guò)多的分析軟件，也就不需要再為采樣較多時(shí)機(jī)器溫度過(guò)高或者監(jiān)測(cè)棒的溫度過(guò)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(cè)量時(shí)間。這樣，每一條獲得的土壤數(shù)據(jù)都有時(shí)間信息，有利于完整地了解土壤的動(dòng)態(tài)污染情況。
[0026]上述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置，包括如下部件:供電單元、基于仙1芯片的處理單元、無(wú)線(xiàn)通信單元、存儲(chǔ)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(dāng)前的測(cè)量點(diǎn)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(cè)量的土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，所述無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信單元還包括基于仙1的路徑計(jì)算單元，所述路徑計(jì)算單元用于根據(jù)所述⑶3信息查找符合預(yù)訂區(qū)域內(nèi)的所有該土壤污染物傳感器的唯一通信標(biāo)識(shí)信息，且所述數(shù)據(jù)收發(fā)器根據(jù)所述查找的結(jié)果獲得該區(qū)域內(nèi)各個(gè)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(wù)器最短前三個(gè)土壤污染物傳感器分別傳輸環(huán)境污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中該被傳輸?shù)奈廴颈O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被按照預(yù)定的比例劃分為三個(gè)部分分別傳輸?shù)剿龅娜齻€(gè)土壤污染物傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)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(quán)利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，進(jìn)一步地，所述供電單元由太陽(yáng)能電池板和蓄電池組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置還包括觸摸屏，該觸摸屏用于在現(xiàn)場(chǎng)接收通過(guò)觸摸方式選擇的指令并給出指令列表和測(cè)量結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)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(dǎo)率數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信單元發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到土壤污染數(shù)據(jù)并通過(guò)所述觸摸屏顯示測(cè)量結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述⑶3模塊還用于獲得測(cè)量時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置還包括溫度測(cè)量單元，其用于測(cè)量所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置的土壤污染物傳感器的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，當(dāng)所述溫度超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，停止所述便攜式土壤污染物監(jiān)測(cè)裝置的工作。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK104407017SQ201410699390
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】李金強(qiáng), 王雪鵬 申請(qǐng)人:成都藍(lán)宇科維科技有限公司