一种土壤水势监测装置的制作方法

本发明涉及区域农田、设施农业环境监测领域，特别涉及一种土壤水势监测装置。

背景技术：

土壤由岩石风化而成的矿物质、动植物，微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物以及水分、空气，氧化的腐殖质等组成。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物通过光照抑菌灭菌后得到的养料等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。土壤中这三类物质构成了一个矛盾的统一体。它们互相联系，互相制约，为作物提供必需的生活条件，是土壤肥力的物质基础。因此通过控制土壤因素就可影响植物的生长和产量。无论是从事生态学研究，还是从事农业研究特别是精准农业研究，对土壤因素的长期测量是非常重要的。其中，对土壤水势数据的监测尤为重要。

土壤水势数据传统的测量方法主要是由人工携带土壤监测仪器到现场测量，需要耗费大量的人力，效率低，且数据获取的频率也较低。对于地理位置偏远且条件艰苦的野外实验点，获取数据的成本高。因此迫切需要能够在野外长期在线监测且能远程无线传输数据的土壤监测装置。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种土壤水势监测装置，便于远程监测并能无线传输土壤水势数据，适于野外使用。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种土壤水势监测装置，包括一传感单元，包括传感器和数模转换器，所述传感器设置在被监测的土壤中，所述传感器获取土壤水势数据信号，所述数模转换器对所述土壤水势数据信号进行数模转换；一处理单元，与所述传感单元相连，接收并处理所述数模转换器发送的所述土壤水势 数据信号，产生被监测的土壤的水势值；一无线通信单元，与所述处理单元相连并进行数据交互，并向外传送所述水势值；一防水外壳，所述处理单元和所述无线通信单元设置在所述防水外壳内。

根据本发明的一个实施例，所述处理单元包括处理器和存储器，所述存储器上存储被监测的土壤的基本参数，所述处理器根据所述基本参数与所述土壤水势数据信号产生所述水势值。

根据本发明的一个实施例，所述无线通信单元可根据无线通信协议ZIGBEE或3G进行无线数据传输。

根据本发明的一个实施例，所述无线通信单元还包括一外置天线，所述外置天线设置在所述防水外壳的外表面。

根据本发明的一个实施例，还包括一定位单元，与所述处理单元连接，向所述处理单元提供所述土壤水势监测装置的位置信息，并通过所述无线通信单元向外传送所述位置信息，所述定位单元设置在所述防水外壳内。

根据本发明的一个实施例，所述定位单元包括一GPS定位芯片。

根据本发明的一个实施例，还包括一电源单元，设置在所述防水外壳内，向所述传感单元、所述处理单元和所述无线通信单元供电。

根据本发明的一个实施例，所述电源单元包括锂电池模组。

根据本发明的一个实施例，还包括设置在所述外壳上的太阳能电池板，与所述电源单元连接，将太阳能转换成电能输送到所述电源单元。

本发明提供的一种土壤水势监测装置，便于远程监测并无线传输土壤水势数据，以满足对农作物的科研和生产的需要。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将经过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是本发明的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了 更多的细节以便充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图1是本发明的一个实施例的结构示意图。如图所示，土壤水势监测装置100包括一传感单元1、一处理单元2、一无线通信单元3和一防水外壳4。其中，传感单元1包括传感器11和数模转换器12。传感器11可以是金属探针，直接插入到被监测的土壤中，用于获取土壤水势数据信号。数模转换器12对传感器11获得的土壤水势数据信号进行数模转换，即将金属探针获得的模拟信号转换为数字信号。处理单元2与传感单元1相连，其接收并处理数模转换器12发送的土壤水势数据信号，从而产生被监测的土壤的水势值。无线通信单元3与处理单元2相连并进行数据交互，无线通信单元3可以将所处理单元2产生的水势值向外无线传送到土壤监测数据中心或其它数据采集中心。处理单元2和无线通信单元3设置在防水外壳内，防水外壳起到防水作用，使得土壤水势监测装置100适于野外工作。

较佳地，处理单元2包括处理器21和存储器22，存储器22上存储被监测的土壤的基本参数，处理器21接收处理数模转换器12发送的土壤水势数据信号，根据基本参数对土壤水势数据信号进行处理。工作时，传感器将土壤水势的大小转换为土壤吸力的大小，然后将土壤吸力大小转换为差动电压信号，对此信号进行调零和校正，最后获得输出信号以显示最终的输出电压值，并根据测试数据标定情况做一土壤含水量表头，从而产生被监测土壤的水势值，并可以将水势值存储在存储器22上。

较佳地，无线通信单元3可根据通信协议ZIGBEE或3G进行无线数据传输。可以理解的，无线通信单元3是一个可切换通信协议的通信模块，根据不同的需求可以提供通信协议ZIGBEE和3G的无线传输。ZIGBEE技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。本实施例可以采用的ZIGBEE频段是2.4G。3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上，主要利用互联网远程传输应用。

较佳地，无线通信单元3还包括一外置天线(图未示)，其设置在所述防水外壳的外表面。外置天线可以采用塑胶棒结构设计，以防止雷击，更适于野外使用。

较佳地，土壤水势监测装置100还包括一定位单元5，与处理单元2连接。定位单元5向处理单元2提供土壤水势监测装置100的位置信息，并通过无线通信单元3向外传送位置信息。在发生传输故障、机械故障或其它特殊情况下，可以方便维护人员准确定位本监测装置。更佳地，定位单元5包括一GPS(全球定位系统)定位芯片。

较佳地，土壤水势监测装置100还包括一电源单元6，设置在防水外壳4内。电源单元6向传感单元1、处理单元2和无线通信单元3供电。更佳地，电源单元6包括锂电池模组。

较佳地，土壤水势监测装置100还包括设置在外壳4上的太阳能电池板(图未示)，与电源单元6连接，其将太阳能转换成电能输送到电源单元6。特别适用于地理位置偏远且条件艰苦的野外实验点，充分利用自然能源，有效降低人力成本。

随着无线技术的快速发展和日趋成熟，无线通信也发展到一定的阶段，其发展的技术越来越成熟，应用范围也越来越广，作用越来越重要。本发明正是将无线技术融合到现代化的土壤监测技术中，通过传感单元得到实时数据，通过处理单元分析产生准确的土壤水势值，利用无线通信单元向外传送到土壤监测数据中心或其它数据采集中心。本发明提供的一种土壤水势监测装置，其传感器的监测范围达0～85KPa，无线传输的最大距离是2KM，工作温度-40℃～85℃。该装置可以对土壤作物的每一个生长发育状态过程以及环境要素的现状实现数字化、网络化、智能化监控，同时运用无线传输技术及计算机分析控制等先进技术实现对农作物生长、土壤墒情、环境气候等从宏观到微观的监测预测，同时传感器的直接无线传输降低了功耗。指导人们根据各种实时情况适时、适地采取相应的灌溉方法及操作手段。改变过去凭经验进行农事操作为实现智能化的科学管理，以提高农业生产的稳定性和可控性。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明。任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。