一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于智能化精準(zhǔn)農(nóng)用儀器儀表領(lǐng)域，具體來說，涉及到一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，但是農(nóng)業(yè)自動化水平與發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距。農(nóng)作物的成長與土壤墑情密不可分，土壤墑情的快速、準(zhǔn)確測試對實(shí)際農(nóng)作物灌溉具有重要的指導(dǎo)意義。國內(nèi)現(xiàn)有的土壤墑情測試系統(tǒng)有以下幾方面的不足:一是土壤墑情測試系統(tǒng)單元之間通信廣泛采用工業(yè)485總線，該總線通信速度不高，同步性不好，不能真實(shí)同步地反映土壤的墑情；二是土壤墑情測試系統(tǒng)的測試方法不完美，在土地上離散地分布土壤墑情傳感器單元，采用基于駐波率原理方法測試土壤墑情只能得到傳感器安裝點(diǎn)的土壤濕度情況，該方法對整體的土壤墑情進(jìn)行空間采樣，雖然單點(diǎn)測量精度高，但是不能反映土壤墑情的整體情況，僅是給出了土壤墑情的局部信息，而采用遙感衛(wèi)星測量土壤墑情可以全面反映土壤墑情的整體信息，但是測量精度不高；三是土壤測試系統(tǒng)的位置測量和授時(shí)普遍采用GPS技術(shù)，雖然GPS技術(shù)比較通用，但GPS技術(shù)源于美國，這樣容易在技術(shù)上受制于美國，與我國大力倡導(dǎo)儀器儀表國產(chǎn)化進(jìn)程的思路不符。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型所述的一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)包括中央控制單元
(I)、電源模塊(2)、數(shù)據(jù)采集單元(3)設(shè)有土壤墑情傳感器(301)、溫度傳感器(302)、避雷裝置(4)、精簡以太網(wǎng)模塊(5)、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)(6)、存儲器(7)、北斗模塊(8)、遙感衛(wèi)星(9)。其特征在于:所述電源模塊為測試系統(tǒng)提供電源；所述數(shù)據(jù)采集單元中的土壤墑情傳感器、溫度傳感器輸出的信號與中央控制單元連接；所述避雷裝置保護(hù)測試系統(tǒng)在雷雨天氣不被破壞；所述中央控制單元通過精簡以太網(wǎng)模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通信；所述中央控制單元通過讀寫接口與存儲器連接，存儲器存儲數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)和傳感器的校準(zhǔn)參數(shù)信息；所述中央控制單元與北斗模塊進(jìn)行連接，中央控制單元控制北斗模塊的工作模式并處理得到位置和時(shí)間信息；所述北斗模塊通過無線方式與遙感衛(wèi)星通信，遙感衛(wèi)星可以遙感測試土壤的墑情并下發(fā)給北斗模塊。
[0005]本實(shí)用新型所述的一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集單元包括土壤墑情傳感器和溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集單元在土地中以16mX 16m的密度進(jìn)行分布，土壤墑情傳感器測量土壤介電常數(shù)得到土壤墑情信息，數(shù)據(jù)采集單元將采集的土壤墑情信息和溫度信息轉(zhuǎn)換為電信號輸入給中央控制單元。
[0006]本實(shí)用新型所述的一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)，中央控制單元通過精簡以太網(wǎng)模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，上報(bào)土壤墑情、溫度、地理位置和測量時(shí)間信息給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)可以遠(yuǎn)程控制上報(bào)數(shù)據(jù)的周期，顯示實(shí)時(shí)的土壤墑情、地理位置和測量時(shí)間信息。
[0007]本實(shí)用新型所述的一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)，所述中央控制單元通過精簡以太網(wǎng)模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，上報(bào)土壤墑情、溫度、地理位置和測量時(shí)間信息給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)可以遠(yuǎn)程控制上報(bào)數(shù)據(jù)的周期，顯示實(shí)時(shí)的土壤墑情、地理位置和測量時(shí)間信息。
[0008]本實(shí)用新型所述的一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)，所述中央控制單元連接存儲器，存儲器存儲土壤墑情、溫度、地理位置和測量時(shí)間信息和傳感器校準(zhǔn)參數(shù)信息。
[0009]本實(shí)用新型所述的一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)，所述中央控制單元連接北斗模塊，設(shè)置北斗模塊的工作模式，并根據(jù)北斗模塊計(jì)算出地理位置和測量時(shí)間信息。
[0010]本實(shí)用新型所述的一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)，所述北斗模塊通過無線方式與遙感衛(wèi)星通信，遙感衛(wèi)星可以大范圍遙感測試土壤的墑情并下發(fā)給北斗模塊。
[0011]本實(shí)用新型所述的一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)，所述中央控制單元還連接有電源模塊和避雷裝置。
[0012]工作原理:根據(jù)土地面積的大小和土壤中水分的差異，選擇數(shù)據(jù)采集單元以不同的土壤空間大小進(jìn)行采樣，比如數(shù)據(jù)采集單元以16mX 16m的密度進(jìn)行分布。一方面，在單個(gè)數(shù)據(jù)采集單元點(diǎn)采用量土壤介電常數(shù)方法測量該點(diǎn)的土壤墑情并將其傳輸給中央控制單元，另一方面，遙感衛(wèi)星測量該區(qū)域中土地的整體墑情信息，通過北斗模塊將土壤墑情、地理位置和測量時(shí)間信息傳輸給中央控制單元，中央控制單元利用不同點(diǎn)的土壤墑情測量值和遙測衛(wèi)星的遙測土壤墑情值進(jìn)行加權(quán)，然后利用存儲器中的傳感器校準(zhǔn)參數(shù)信息得出最終的土壤墑情，中央控制單元把最后綜合得到的土壤墑情、地理位置和測量時(shí)間信息打包后存儲在存儲器中，然后定時(shí)上報(bào)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，然后遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)畫出該區(qū)域土壤墑情的整體信息。土壤墑情測試系統(tǒng)之間通過精簡的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信，定時(shí)地將存儲器中的土壤墑情、溫度信息、地理位置和測量時(shí)間信息傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)接收到土壤墑情、溫度信息、地理位置和測量時(shí)間信息并實(shí)時(shí)顯示，決策人員根據(jù)土壤墑情的變化快慢情況，及時(shí)通過精簡以太網(wǎng)協(xié)議快速同步地發(fā)送廣播信息，控制各個(gè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集單元上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔，保證數(shù)據(jù)采集單元采集之間在時(shí)間上高度同步。
[0013]本實(shí)用新型所述的一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)結(jié)合土壤介電常數(shù)測量土壤墑情和遙感測量土壤墑情方法各自的優(yōu)點(diǎn)，提高了土壤墑情測試的精度，擴(kuò)大了土壤墑情的檢測范圍，利用查表的方式降低了土壤墑情傳感器校準(zhǔn)的工作量，利用精簡的以太網(wǎng)協(xié)議通信為該測試系統(tǒng)加入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性，提高了傳感器網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)的同步性，結(jié)合北斗模塊實(shí)時(shí)將某時(shí)某地的土壤墑情上報(bào)給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，為決策人員及時(shí)決策提供友好的監(jiān)控畫面。
【附圖說明】
[0014]圖1:土壤墑情快速測試系統(tǒng)示意圖1:ATmega8515單片機(jī)(I)、電源模塊(2)、數(shù)據(jù)采集單元(3)設(shè)有MP-508B 土壤墑情傳感器(301)、溫度傳感器(302)、避雷裝置(4)、精簡以太網(wǎng)ASIC芯片(5)、遠(yuǎn)程工控計(jì)算機(jī)(6)、AT24C512存儲器(7)、BNCHP-711A北斗芯片(8)、遙感衛(wèi)星(9)。
[0015]圖2:土壤墑情快速測試系統(tǒng)示意圖2:Spartan_6 LX FPGA (I)、太陽能電池板
(2)、數(shù)據(jù)采集單元(3)設(shè)有SY-HSF 土壤墑情傳感器(301)、HIH9000系列溫濕度傳感器(302)、避雷裝置(4)、ET1200 以太網(wǎng)芯片(5)、研華 IPC-610 (6)、28F128J3A 存儲器(7)、BD-86A北斗模塊(8 )、遙感衛(wèi)星(9 )。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本實(shí)用新型所述的土壤墑情快速測試系統(tǒng)做進(jìn)一步說明，但是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于此。
[0017]實(shí)施例1
[0018]一種土壤墑情快速測試系統(tǒng)如圖1，所述測試系統(tǒng)包括ATmega8515單片機(jī)(I)、電源模塊(2 )、數(shù)據(jù)采集單元(3 )設(shè)有MP-508B 土壤墑情傳感器(301)、溫度傳感器(302 )、避雷裝置(4)、精簡以太網(wǎng)ASIC芯片(5)、遠(yuǎn)程工控計(jì)算機(jī)(6)、AT24C512存儲器(7)、BNCHP-711A北斗芯片(8)、遙感衛(wèi)星(9)。所述電源模塊為測試系統(tǒng)提供電源；所述數(shù)據(jù)采集單元中的MP-508B 土壤墑情傳感器、溫度傳感器輸出的信號與ATmega8515單片機(jī)連接；所述避雷裝置保護(hù)測試系統(tǒng)在雷雨天氣不被破壞；所述ATmega8515單片機(jī)通過精簡以太網(wǎng)ASIC芯片與遠(yuǎn)程工控計(jì)算機(jī)通信；所述ATmega8515單片機(jī)通過讀寫接口與AT24C512存儲器連接，存儲器存儲MP-508B 土壤墑情傳感器、溫度傳感器采集的信息和傳感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；所述ATmega8515單片機(jī)與BNCHP-711A北斗芯片進(jìn)行連接，ATmega8515單片機(jī)控制BNCHP-711A北斗芯片的工作模式并處理得到位置和時(shí)間信息；所述BNCHP-711A北斗芯片通過無線方式與遙感衛(wèi)星通信，遙感衛(wèi)星可以遙感測試土壤的墑情并下發(fā)給北斗模塊。
[0019]工作原理:根據(jù)土地面積的大小和土壤中水分的差異，選擇數(shù)據(jù)采集單元以16mX 16m的密度進(jìn)行分布。一方面，在單個(gè)數(shù)據(jù)采集單元點(diǎn)采用土壤介電常數(shù)測量土壤墑情方法測量該點(diǎn)的土壤墑情，并將其傳輸給ATmega8515單片機(jī)，另一方面，遙感衛(wèi)星測量該區(qū)域中土地的整體墑情信息，通過BNCHP-711A北斗芯片將土壤墑情、地理位置和測量時(shí)間信息傳輸給ATmega8515單片機(jī)，ATmega8515單片機(jī)利用不同點(diǎn)的土壤墑情測量值和遙測衛(wèi)星的遙測土壤墑情值進(jìn)行加權(quán)，并從AT24C512存儲器中讀出相應(yīng)的傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對加權(quán)后的土壤墑情校準(zhǔn)后得出最終