土壤離子測試儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種土壤離子測試儀，包括測試儀殼體，在該測試儀殼體的頂部設(shè)置有第一容置腔，該第一容置腔內(nèi)裝設(shè)有電源模塊，在所述測試儀殼體的上部內(nèi)設(shè)有第二容置腔，在該第二容置腔內(nèi)裝設(shè)有數(shù)據(jù)處理電路，該數(shù)據(jù)處理電路由電源模塊進行供電，在所述測試儀殼體的底部分別安裝有溫度傳感器與離子傳感器，且所述溫度傳感器與離子傳感器上罩設(shè)有保護罩；所述數(shù)據(jù)處理電路包括微處理器，所述微處理器通過第一信號放大電路與第二信號放大電路，從離子傳感器與溫度傳感器獲取檢測數(shù)據(jù)，并通過信號發(fā)射電路進行無線上傳。其顯著效果是：不僅實現(xiàn)了傳統(tǒng)土壤離子與土壤溫度的檢測，并實現(xiàn)了將檢測出的數(shù)據(jù)遠程上傳，而且對外通訊方式多樣。
【專利說明】
土壤離子測試儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及到土壤離子檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種土壤離子測試儀。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來環(huán)保要求的提高，土壤質(zhì)量和環(huán)境保護領(lǐng)域?qū)ν寥离x子的關(guān)注越來越高。2015年5月28日，農(nóng)業(yè)部、國家發(fā)改委、科技部等八部委聯(lián)合發(fā)布《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃(2015-2030)》，要求防治農(nóng)田污染:全面加強農(nóng)業(yè)面源污染防控，科學(xué)合理使用農(nóng)業(yè)投入品，提高使用效率，減少農(nóng)業(yè)內(nèi)源性污染。
[0003]目前，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域土壤離子分析均為采樣后到專業(yè)的實驗室測試，不能即時獲得結(jié)果，且分析程序繁瑣;現(xiàn)在開展的測土配方施肥限于經(jīng)費和人力，其取樣代表性不夠，且測得的是總養(yǎng)分，不是有效養(yǎng)分，影響了配方施肥的準確性;長期過量施肥會加深土壤污染。另一方面，土壤污染防治需要對污染狀況和污染治理效果進行評估，評估的工具就是測試土壤中相關(guān)離子的濃度。目前市場上，測試土壤離子的設(shè)備基本為臺式設(shè)備，不便于移動或攜帶，影響了現(xiàn)場特別是原位測量。
[0004]因此，需要開發(fā)出可現(xiàn)場原位測量、對外通訊方式多樣、具備軟件升級功能的土壤離子測試儀;另外，現(xiàn)有的離子測試儀僅能檢測離子濃度，而離子濃度往往與溫度有很大關(guān)聯(lián)，因此在環(huán)境溫度未知的情況下，離子檢測儀獲取的數(shù)據(jù)往往不夠準確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種土壤離子測試儀，該離子測試儀不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)土壤離子檢測的功能，而且還能夠檢測土壤環(huán)境的溫度，并實現(xiàn)了將檢測出的數(shù)據(jù)無線遠程上傳。
[0006]為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種土壤離子測試儀，其關(guān)鍵在于:包括測試儀殼體，在該測試儀殼體的頂部設(shè)置有第一容置腔，該第一容置腔內(nèi)裝設(shè)有電源模塊，在所述測試儀殼體的上部內(nèi)設(shè)有第二容置腔，在該第二容置腔內(nèi)裝設(shè)有數(shù)據(jù)處理電路，該數(shù)據(jù)處理電路由電源模塊進行供電，在所述測試儀殼體的底部分別安裝有溫度傳感器與離子傳感器，且所述溫度傳感器與離子傳感器上罩設(shè)有保護罩；
[0008]所述數(shù)據(jù)處理電路包括微處理器，所述離子傳感器通過第一信號放大電路與所述微處理器的第一信號輸入端相連，所述溫度傳感器經(jīng)過第二信號放大電路連接在所述微處理器的第二信號輸入端，所述微處理器的輸出端連接有信號發(fā)射電路，所述微處理器從離子傳感器與溫度傳感器獲取檢測的離子信息數(shù)據(jù)與溫度信息數(shù)據(jù)，并通過信號發(fā)射電路進行無線上傳；
[0009]所述信號發(fā)射電路包括信號發(fā)射天線，所述微處理器的發(fā)射電源輸出端依次串接電感L7與電感L2后連接電容C8的一端，電容C8的另一端經(jīng)電感LI與電阻R2后連接至所述信號發(fā)射天線，所述微處理器的第一天線接口連接至電感L7與電感L2的公共端，所述微處理器的第二天線接口連接至電感L2與電容C8的公共端，所述電容C8還經(jīng)電容C9接地，所述電感LI與電阻R2的公共端和接地端之間并聯(lián)有電容ClO與電容Cll，所述電阻R2與信號發(fā)射天線的公共端還經(jīng)濾波電感L3后接地；
[0010]所述第一信號放大電路包括第一信號放大器U7與第二信號放大器U6，第一信號放大器U7的第一正相輸入端連接離子傳感器接口的正相端，第一信號放大器U7的第二正相輸入端連接離子傳感器接口的負相端，第一信號放大器U7的第一輸出端與第一負相輸入端接地，第一信號放大器U7的第二負相輸入端接與其第二輸出端連接，第一信號放大器U7的第二輸出端經(jīng)電阻R28連接到第二信號放大器U6的第一正相輸入端，第二信號放大器U6的第二正相輸入端經(jīng)電阻R30接地，第二信號放大器U6的第一負相輸入端經(jīng)電阻R27后接地，第二信號放大器U6的第二負相輸入端經(jīng)電阻R25后接地，第二信號放大器U6的第一輸出端輸出離子數(shù)據(jù)至所述微處理器，第二信號放大器U6的第一輸出端還串接電阻R24后與其第二負相輸入端連接，第二信號放大器U6的第二輸出端串接電阻R29后與其第二正相輸入端連接，第二信號放大器U6的第二輸出端還串接電阻R26后與其第一負相輸入端連接；
[0011]所述第二信號放大電路包括第三信號放大器U4，第三信號放大器U4的第一正相輸入端經(jīng)電阻R19與電阻R15后連接工作電源，電阻R19與電阻R15的公共端連接至溫度傳感器接口的正相端，第三信號放大器U4的第一負相輸入端經(jīng)電阻R18與電阻R16后連接工作電源，電阻R18與電阻R16的公共端連接至溫度傳感器接口的負相端，第三信號放大器U4的第二正相輸入端串接電阻R22后接地，第三信號放大器U4的第二負相輸入端串接電阻R20后接地，第三信號放大器U4的第二負相輸入端輸出溫度信號至所述微處理器的第二信號輸入端，第三信號放大器U4的第一輸出端經(jīng)電阻R21后與其第二正相輸入端連接。
[0012]在本測試儀工作時，首先將測試儀的感應(yīng)工作部位插入土壤中，然后所述數(shù)據(jù)處理電路將溫度傳感器和離子傳感器采集到的信號經(jīng)放大處理后，通過無線方式發(fā)送到云端服務(wù)器或移動端應(yīng)用軟件上，再通過移動端應(yīng)用軟件將信號數(shù)據(jù)傳到云端服務(wù)器或云端服務(wù)器直接計算得到離子的濃度，之后再將計算結(jié)果反饋到測試人員移動終端上顯示。另外，所述土壤離子測試儀的計算程序放在云端服務(wù)器或移動端應(yīng)用軟件，可不斷完善改進;所述土壤離子測試儀的電源部件采用干電池、鋰電池或太陽能電池作為電源。綜上所述，本土壤離子測試儀不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)土壤離子檢測的功能，而且還能夠檢測土壤環(huán)境的溫度來校正土壤離子濃度，并將檢測出的數(shù)據(jù)實現(xiàn)了無線遠程上傳，之外對外通訊方式多樣，具備軟件升級功能，能夠為農(nóng)業(yè)配方施肥、土壤污染狀況和污染治理效果評估提供了有力支撐，可滿足農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要。
[0013]進一步的，為了對微處理器的AD變換提供參考電平，在所述微處理器上還連接有參考電平電路，該參考電平電路包括參考電平轉(zhuǎn)換芯片REFl，該參考電平轉(zhuǎn)換芯片REFl的電壓輸入端連接外接直流電源，該參考電平轉(zhuǎn)換芯片REFl的兩個電源輸出端串接后輸出參考電平，所述參考電平轉(zhuǎn)換芯片REFl的兩個電源輸出端串接后還經(jīng)濾波電容C19后接地。
[0014]更進一步的描述是，在所述微處理器上還分別連接有三個信號指示燈，三個信號燈分別用于指示電源模塊、離子傳感器以及溫度傳感器的工作狀態(tài)。
[0015]通過上述三個指示燈，能夠準確掌控整個電路的工作狀態(tài)，當某一部分出現(xiàn)故障時，能夠及時排除，提高檢測數(shù)據(jù)的準確性。
[0016]進一步的，為了增強本離子測試儀的適用性，所述離子傳感器可為電化學(xué)傳感器，所檢測的離子為硝酸根離子、鉀離子、氟離子、氯離子、銨根離子、溴離子、銅離子、鈉離子、鈣離子、鉛離子、鉻離子、鎘離子、汞離子、碘離子、銀離子以及硫離子中的至少一種。
[0017]進一步的，所述保護罩的截面呈V字形，該保護罩的敞口端與所述測試儀殼體的底部固定連接。通過該保護罩對傳感器進行保護，能夠提高檢測精度，有助于延長傳感器的使用壽命。
[0018]進一步的，為了保證本離子測試儀具有多種通訊協(xié)議，保證數(shù)據(jù)的及時上傳與處理，所述數(shù)據(jù)發(fā)送單元可采用藍牙、ZigBee、GPRS或WiFi中的至少一種無線通訊方式。
[0019]本實用新型的顯著效果是:結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，不僅實現(xiàn)了傳統(tǒng)土壤離子檢測的功能，而且還能夠檢測土壤環(huán)境的溫度來校正土壤離子濃度，并實現(xiàn)了將檢測出的數(shù)據(jù)遠程上傳，而且對外通訊方式多樣，具備軟件升級功能，能夠為農(nóng)業(yè)配方施肥、土壤污染狀況和污染治理效果評估提供了有力支撐，可滿足農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021]圖2是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖3是所述微處理器與信號發(fā)射電路的電路原理圖；
[0023]圖4是所述第一信號放大電路的電路原理圖；
[0024]圖5是所述第二信號放大電路的電路原理圖；
[0025]圖6是所述參考電平電路的電路原理圖；
[0026]圖7是所述電源模塊的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】以及工作原理作進一步詳細說明。
[0028]如圖1所示，一種土壤離子測試儀，包括測試儀殼體I，在該測試儀殼體I的頂部設(shè)置有第一容置腔2，該第一容置腔2內(nèi)裝設(shè)有電源模塊3，在所述測試儀殼體I的上部內(nèi)設(shè)有第二容置腔4，在該第二容置腔4內(nèi)裝設(shè)有數(shù)據(jù)處理電路5，該數(shù)據(jù)處理電路5由電源模塊3進行供電，在所述測試儀殼體I的底部分別安裝有溫度傳感器6與離子傳感器7，且所述溫度傳感器6與離子傳感器7上罩設(shè)有保護罩8，所述保護罩8的截面呈V字形，該保護罩8的敞口端與所述測試儀殼體I的底部固定連接。
[0029]本例中，所述離子傳感器7可為電化學(xué)傳感器，所檢測的離子為硝酸根離子、鉀離子、氟離子、氯離子、銨根離子、溴離子、銅離子、鈉離子、鈣離子、鉛離子、鉻離子、鎘離子、汞離子、碘離子、銀離子以及硫離子中的至少一種。
[0030]參見附圖2，所述數(shù)據(jù)處理電路5包括微處理器，所述離子傳感器通過第一信號放大電路與所述微處理器的第一信號輸入端相連，所述溫度傳感器經(jīng)過第二信號放大電路連接在所述微處理器的第二信號輸入端，所述微處理器的輸出端連接有信號發(fā)射電路，所述微處理器從離子傳感器與溫度傳感器獲取檢測的離子信息數(shù)據(jù)與溫度信息數(shù)據(jù)，并通過信號發(fā)射電路上傳至上級單位9。
[0031]參見附圖3，本例中，所述微處理器為nRF51822藍牙芯片，所述信號發(fā)射電路包括信號發(fā)射天線，所述微處理器的發(fā)射電源輸出端VDD-PA依次串接電感L7與電感L2后連接電容CS的一端，電容CS的另一端經(jīng)電感LI與電阻R2后連接至所述信號發(fā)射天線，所述微處理器的第一天線接口 ANTl連接至電感L7與電感L2的公共端，所述微處理器的第二天線接口ANT2連接至電感L2與電容C8的公共端，所述電容C8還經(jīng)電容C9接地，所述電感LI與電阻R2的公共端和接地端之間并聯(lián)有電容ClO與電容Cll，所述電阻R2與信號發(fā)射天線的公共端還經(jīng)濾波電感L3后接地。
[0032]從圖3中還可以看出，在所述微處理器的工作電壓輸入端VDD連接有第一發(fā)光二極管Dl，在所述微處理器的第一信號輸入端P0.02連接有第二發(fā)光二極管D2，在所述微處理器的第二信號輸入端P0.03連接有第三發(fā)光二極管D3，三個發(fā)光二極管分別用于指示電源模塊、溫度傳感器以及離子傳感器的工作狀態(tài)。
[0033]參見附圖4，所述第一信號放大電路包括第一信號放大器U7與第二信號放大器U6，第一信號放大器U7的第一正相輸入端連接離子傳感器接口 P5的正相端，第一信號放大器U7的第二正相輸入端連接離子傳感器接口 P5的負相端，第一信號放大器U7的第一輸出端與第一負相輸入端接地，第一信號放大器U7的第二負相輸入端接與其第二輸出端連接，第一信號放大器U7的第二輸出端經(jīng)電阻R28連接到第二信號放大器U6的第一正相輸入端，第二信號放大器U6的第二正相輸入端經(jīng)電阻R30接地，第二信號放大器U6的第一負相輸入端經(jīng)電阻R27后接地，第二信號放大器U6的第二負相輸入端經(jīng)電阻R25后接地，第二信號放大器U6的第一輸出端輸出離子數(shù)據(jù)至所述微處理器的第一信號輸入端P0.03，第二信號放大器U6的第一輸出端還串接電阻R24后與其第二負相輸入端連接，第二信號放大器U6的第二輸出端串接電阻R29后與其第二正相輸入端連接，第二信號放大器U6的第二輸出端還串接電阻R26后與其第一負相輸入端連接。通過上述電路，將離子傳感器的電壓信號變換成適合ARM芯片進行A/D變換的信號。
[0034]參見附圖5，所述第二信號放大電路包括第三信號放大器U4，第三信號放大器U4的第一正相輸入端經(jīng)電阻R19與電阻R15后連接工作電源，電阻R19與電阻R15的公共端連接至溫度傳感器接口 P4的正相端，第三信號放大器U4的第一負相輸入端經(jīng)電阻R18與電阻R16后連接工作電源，電阻R18與電阻R16的公共端連接至溫度傳感器接口 P4的負相端，第三信號放大器U4的第二正相輸入端串接電阻R22后接地，第三信號放大器U4的第二負相輸入端串接電阻R20后接地，第三信號放大器U4的第二負相輸入端輸出溫度信號至所述微處理器的第二信號輸入端P0.02，第三信號放大器U4的第一輸出端經(jīng)電阻R21后與其第二正相輸入端連接。通過上述電路，將溫度傳感器的電壓信號變換成適合ARM芯片進行A/D變換的信號。
[0035]本例中，所述第一信號放大器U7、第二信號放大器U6、第三信號放大器U4均采用AD8502運算放大器。
[0036I 參見附圖6，在所述微處理器上還連接有參考電平電路，該參考電平電路包括參考電平轉(zhuǎn)換芯片REF1，本例中采用ADR3420ARJZ-R7電源管理芯片，該參考電平轉(zhuǎn)換芯片REFl的電壓輸入端連接外接直流電源，該參考電平轉(zhuǎn)換芯片REFl的兩個電源輸出端串接后輸出參考電平值微處理器的P0.00引腳，所述參考電平轉(zhuǎn)換芯片REFl的兩個電源輸出端串接后還經(jīng)濾波電容Cl 9后接地。
[0037]參見附圖7，所述電源模塊包括電壓轉(zhuǎn)換芯片U5，該芯片型號為LM1117MP-3.3，該電壓轉(zhuǎn)換芯片U5的電壓輸入端接外接直流電源VCC，電壓轉(zhuǎn)換芯片U5的電壓輸出端輸出工作電源VCC-OPA。
[0038]在測試過程中，離子傳感器6檢測土壤中的離子種類、濃度等，溫度傳感器7檢測當前土壤中的溫度，然后分別轉(zhuǎn)換成電壓信號，并經(jīng)過放大電路后送入微處理器進行AD轉(zhuǎn)換，然后通過信號發(fā)射電路發(fā)送至后臺數(shù)據(jù)處理中心。本測試儀不僅實現(xiàn)了傳統(tǒng)土壤離子檢測的功能，而且還能夠檢測土壤環(huán)境的溫度來校正土壤離子濃度，并將檢測出的數(shù)據(jù)實現(xiàn)了無線遠程上傳。
【主權(quán)項】
1.一種土壤離子測試儀，其特征在于:包括測試儀殼體(I)，在該測試儀殼體(I)的頂部設(shè)置有第一容置腔(2)，該第一容置腔(2)內(nèi)裝設(shè)有電源模塊(3)，在所述測試儀殼體(I)的上部內(nèi)設(shè)有第二容置腔(4)，在該第二容置腔(4)內(nèi)裝設(shè)有數(shù)據(jù)處理電路(5)，該數(shù)據(jù)處理電路(5)由電源模塊(3)進行供電，在所述測試儀殼體(I)的底部分別安裝有溫度傳感器(6)與離子傳感器(7)，且所述溫度傳感器(6)與離子傳感器(7)上罩設(shè)有保護罩(8); 所述數(shù)據(jù)處理電路(5)包括微處理器，所述離子傳感器通過第一信號放大電路與所述微處理器的第一信號輸入端相連，所述溫度傳感器經(jīng)過第二信號放大電路連接在所述微處理器的第二信號輸入端，所述微處理器的輸出端連接有信號發(fā)射電路，所述微處理器從離子傳感器與溫度傳感器獲取檢測的離子信息數(shù)據(jù)與溫度信息數(shù)據(jù)，并通過信號發(fā)射電路進行無線上傳； 所述信號發(fā)射電路包括信號發(fā)射天線，所述微處理器的發(fā)射電源輸出端依次串接電感L7與電感L2后連接電容C8的一端，電容C8的另一端經(jīng)電感LI與電阻R2后連接至所述信號發(fā)射天線，所述微處理器的第一天線接口連接至電感L7與電感L2的公共端，所述微處理器的第二天線接口連接至電感L2與電容C8的公共端，所述電容C8還經(jīng)電容C9接地，所述電感LI與電阻R2的公共端和接地端之間并聯(lián)有電容ClO與電容Cll，所述電阻R2與信號發(fā)射天線的公共端還經(jīng)濾波電感L3后接地； 所述第一信號放大電路包括第一信號放大器U7與第二信號放大器U6，第一信號放大器U7的第一正相輸入端連接離子傳感器接口的正相端，第一信號放大器U7的第二正相輸入端連接離子傳感器接口的負相端，第一信號放大器U7的第一輸出端與第一負相輸入端接地，第一信號放大器U7的第二負相輸入端接與其第二輸出端連接，第一信號放大器U7的第二輸出端經(jīng)電阻R28連接到第二信號放大器U6的第一正相輸入端，第二信號放大器U6的第二正相輸入端經(jīng)電阻R30接地，第二信號放大器U6的第一負相輸入端經(jīng)電阻R27后接地，第二信號放大器U6的第二負相輸入端經(jīng)電阻R25后接地，第二信號放大器U6的第一輸出端輸出離子數(shù)據(jù)至所述微處理器，第二信號放大器U6的第一輸出端還串接電阻R24后與其第二負相輸入端連接，第二信號放大器U6的第二輸出端串接電阻R29后與其第二正相輸入端連接，第二信號放大器U6的第二輸出端還串接電阻R26后與其第一負相輸入端連接； 所述第二信號放大電路包括第三信號放大器U4，第三信號放大器U4的第一正相輸入端經(jīng)電阻R19與電阻R15后連接工作電源，電阻R19與電阻R15的公共端連接至溫度傳感器接口的正相端，第三信號放大器U4的第一負相輸入端經(jīng)電阻R18與電阻R16后連接工作電源，電阻R18與電阻R16的公共端連接至溫度傳感器接口的負相端，第三信號放大器U4的第二正相輸入端串接電阻R22后接地，第三信號放大器U4的第二負相輸入端串接電阻R20后接地，第三信號放大器U4的第二負相輸入端輸出溫度信號至所述微處理器的第二信號輸入端，第三信號放大器U4的第一輸出端經(jīng)電阻R21后與其第二正相輸入端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤離子測試儀，其特征在于:在所述微處理器上還連接有參考電平電路，該參考電平電路包括參考電平轉(zhuǎn)換芯片REFl，該參考電平轉(zhuǎn)換芯片REFl的電壓輸入端連接外接直流電源，該參考電平轉(zhuǎn)換芯片REFl的兩個電源輸出端串接后輸出參考電平，所述參考電平轉(zhuǎn)換芯片REFl的兩個電源輸出端串接后還經(jīng)濾波電容C19后接地。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的土壤離子測試儀，其特征在于:在所述微處理器上還分別連接有三個信號指示燈，三個信號燈分別用于指示電源模塊、離子傳感器以及溫度傳感器的工作狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤離子測試儀，其特征在于:所述離子傳感器(7)可為電化學(xué)傳感器，所檢測的離子為硝酸根離子、鉀離子、氟離子、氯離子、銨根離子、溴離子、銅離子、鈉離子、鈣離子、鉛離子、鉻離子、鎘離子、汞離子、碘離子、銀離子以及硫離子中的至少一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤離子測試儀，其特征在于:所述保護罩(8)的截面呈V字形，該保護罩(8)的敞口端與所述測試儀殼體(I)的底部固定連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤離子測試儀，其特征在于:所述信號發(fā)射電路采用藍牙、ZigBee、GPRS或WiFi中的至少一種無線通訊方式。
【文檔編號】G01N33/24GK205581101SQ201620284718
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月7日
【發(fā)明人】李云濤, 王遠云
【申請人】重慶紐貝環(huán)?？萍加邢薰?br>