一种在线土壤检测装置及方法与流程

本发明涉及农业领域，尤其涉及一种在线土壤检测装置及方法。

背景技术：

随着农业的不断扩大和技术普及，越来越多的农业养殖户不仅仅只是关注作物生长的空气温湿度，而且更多的开始关注土壤的温湿度。在农业养殖领域中，常常需要分析土壤的水分和温度。水分过高或过低，便抑制直到停止呼吸、光合作用、生长等生命活动。土壤湿度决定农作物的水分供应状况，直接影响作物根系的生长。只有土壤水分适宜，根系吸水和叶片蒸腾才能达到平衡状态。土壤湿度过低，形成土壤干旱，光合作用不能正常进行，降低作物的产量和品质；严重缺水导致作物凋萎和死亡。土壤湿度过高，恶化土壤通气性，影响土壤微生物的活动，使作物根系的呼吸、生长等生命活动受到阻碍。

尽管，现在市面上已有大量的土壤检测装置，但是，现有的土壤检测装置都需要人工读取温湿度数值，而温湿度控制只能依据工人的经验做出判断是否需要调节土壤温湿度值。这种靠人工控制温湿度的方式方法，既耗人力，又不精确，而且自动化程度很低；在长期埋入土壤的使用中，会受到电解干扰、探头容易被酸碱腐蚀，造成探头失效或灵敏度下降，从而不能动态、实时地反映土壤的水分及温度。因此，在使用中不仅会造成资源的浪费，而且对土壤温湿度的改善也不够明显。

技术实现要素：

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种在线土壤检测装置，其包括采集模块、控制模块、无线传输模块、显示模块、电源模块和声光报警器，其特征在于：

所述采集模块置于监控探测探头内，所述探头插入土壤中，并通过电线连接到A/D转换电路以经由数字信号处理电路连接至所述控制模块；

所述电源模块通过滤波电路连接到所述控制模块、采集模块、无线传输模块、显示模块和声光报警器；

所述控制模块连接所述A/D转换电路、滤波电路、无线传输模块、显示模块和声光报警器。

优选地，采集模块包括一个或多个温湿度传感器。

一种采用所述装置的在线土壤检测方法，其包括以下步骤：

步骤101、选择种植的作物；

步骤103、设定所述作物已生长时间；

步骤105、根据作物的类型及生长时间启动相应的土壤检测模式。

优选地，所述土壤检测模式包括浅层土壤检测模式、中层土壤检测模式和深层土壤检测模式。

优选地，所述浅层土壤检测模式使用第一温湿度采集器，其中所述第一温湿度采集器位于浅层土壤；

所述中层土壤检测模式使用第一温湿度采集器和第二温湿度采集器，其中所述第一温湿度采集器位于中层土壤，所述第二温湿度采集器位于浅层土壤；

所述深层土壤检测模式使用第一温湿度采集器、第二温湿度采集器和第三温湿度采集器，其中所述第一温湿度采集器位于深层土壤，所述第二温湿度采集器位于中层土壤，所述第三温湿度采集器位于浅层土壤。

优选地，所述第一温湿度采集器、所述第二温湿度采集器和所述第三温湿度采集器安装在一根前端为锥形钻头的直杆上，所述直杆长度能自由调节。

优选地，其中所述第二温湿度采集器和所述第三温湿度采集器分别包括一个或多个无线温湿度传感器，位于直杆的不同位置。

优选地，包括通过无线控制打开或关闭所述一个或多个无线温湿度传感器。

本发明的优点在于：高稳定性，安装方便，维护操作简单；监控探测探头采用不锈钢(抗电解)材料，可长期埋伏土壤中使用，不受土壤中的酸碱腐蚀；测量精度高，性能可靠，经济耐用；可多点探测，确保区域内的标准浓度，避免个别探头失效或灵敏度下降造成的灌溉过量或不足，影响实际应用效果，避免了土壤水分过高恶化土壤通气性，影响土壤微生物的活动，使作物根系的呼吸、生长等生命活动受到阻碍，根系缺氧、窒息、最后死亡；可在手机、pad查看作物的生长环境，能够动态、实时、准确地反映土壤的水分及温度；可以根据作物的对土壤不同深度的温度和湿度的要求，对不同深度的土壤进行测量。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的在线土壤检测装置原理图。

附图2示出了根据本发明实施方式的在线土壤检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明主要针对用户不能随时随地得知农作物的土壤温湿度，并及时作出相应处理，将温湿度控制在适合农作物生长的环境，进而影响了农作物的生长和产量。通过合理的规划、设计并建设一套智能检测和调节土壤温湿度的装置，可以智能检测农作物的土壤温湿度，无线发送给后台服务，然后根据接受到的命令自动控制设备的打开或关闭来调节土壤温室度的值，使其达到适合农作物生长的温湿度环境。例如：当土壤干旱时，装置自动报警，同时控制系统自动控制开关水泵和阀门，以实现灌溉的自动化。如果配合一些附加的传感器，还可以计算出土壤水分蒸发量和农作物所需的水分参数。从而减少人为操作的不确定性因素，减少或解决了水资源浪费。

如图1所示，根据本发明的实施方式，提出了一种在线土壤检测装置，其包括采集模块、控制模块、无线传输模块、显示模块、电源模块和声光报警器，其特征在于：

所述采集模块置于监控探测探头内，所述探头插入土壤中，并通过电线连接到A/D转换电路以经由数字信号处理电路(未示出)连接至所述控制模块；

所述电源模块通过滤波电路连接到所述控制模块、采集模块、无线传输模块、显示模块和声光报警器；

所述控制模块连接所述A/D转换电路、滤波电路、无线传输模块、显示模块和声光报警器。

其中，采集模块、控制模块、无线传输模块、显示模块、电源模块、声光报警器均采用低功耗器件。在保证装置正常工作的情况下，采用低功耗的器件一方面降低了对能源的消耗，另一方面延长了器件的寿命。以此，整个装置更加经济、耐用。

其中，监控探测探头采用防湿、防潮材料，其适用于潮湿环境，可以实时检测土壤的温湿度相关数据，无线传输模块以zigbee/NB-loT/3G/4G/wifi输出方式传输给智能网关。智能网关根据控制模块传送的数据按设定数值给电控元件下达开启或关闭指令，以实现灌溉的自动化。并通过LED显示屏显示具体数值或手机、pad查看实时土壤数据，以达到可视性。

其中，所述A/D转换电路(未示出)转换后的稳定数字信号传送给所述控制模块。

其中，所述控制模块采用可编程控制器。

其中，所述A/D转换电路的芯片型号为AD7794。

其中，所述无线传输模块的芯片型号为SY-RSCM302。

其中，所述数字信号处理电路采用TI公司的TMS320LF2407A芯片。

其中，电源模块经过滤波后给采集模块、控制模块、无线传输模块、显示模块、报警器供稳定电压。采集模块通过对当前土壤采集实现土壤的水分与温度进行精确的测量，A/D转换将土壤的温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号，把信号处理集成起来，输出高可靠性和稳定性的数字信号。A/D转换后的稳定数字信号传给控制模块，控制模块对上述结果进行分析、处理，并将处理的结果分别输出至：显示模块、声光报警模块、无线传输模块。显示模块把接收的数据进行显示，以达到即时可视化观测；无线传输模块将处理结果发送至用户手机或pad；声光报警模块根据用户设置的温湿度上、下限范围值来判断是否进行声光报警。

在基于多因子作物生长环境检测的无线传感器网络中，往往需要采集土壤温度和湿度。在本发明的实施方式中，采集模块包括独立的温度传感器和独立的湿度传感器，或者包括集成的温湿度传感器。

由于土壤的温度、湿度在短时间内变化不大，因此优选地，按照一定时间间隔采集相应参数，也就是节点采集的参数顺序分别为采集温度、湿度。这样每次只要采集一个参数，不存在采集多个参数并发进行的情况，也就不需要多线程以及多任务调度，在这种情况下，微处理器使用成本比较低的单片机来完成任务，从而减少数据采集和数据通信的难度以及系统成本。如图2所示，本发明还提出了一种在线土壤检测方法，其包括以下步骤：

步骤101、选择种植的作物；

步骤103、设定所述作物已生长时间；

步骤105、根据作物的类型及生长时间启动相应的土壤检测模式。

其中，在步骤101，通过用户手机或pad经由无线传输模块将选择命令发送至控制模块，控制模块根据数据库中存储的内容查找相应的作物，可以选择具有类似生长环境的作物。

在步骤103，通过用户手机或pad经由无线传输模块将设定命令发送至控制模块，优选地，用户可以选择自定义的方式来进行设定。这种方式仅针对高级用户，即对作物的生长非常了解，或认为系统中设置的参考数值并不能满足其需要、或者基于实验用途，需要对参数设置作出一定的改动的用户。

在步骤105，通过控制模块根据步骤101、103的作物种类、已生长时间经由数据库中查询得到土壤检测模式的启动时间和选择何种土壤检测模式，也可以根据用户手机或pad经由无线传输模块预先设定，将命令发送至控制模块，也可以由用户手机或pad经由无线传输模块实时启动。

其中，所述数据库可以是云端数据库，也可以是存储在控制模块并与云端连接或由用户实时更新的数据库。

其中，所述土壤检测包括检测土壤的温度和湿度。

土壤检测还可以包括其他微量金属元素的检测。以上仅仅是为了便于对本发明进行说明，示例性的列出了温度和湿度的检测。

其中，所述土壤检测模式包括浅层土壤检测模式、中层土壤检测模式和深层土壤检测模式。

所述浅层、中层和深层是一个相对概念，其根据不同的作物、作物的不同生长时期，可以采用不同的模式。

例如，对于一般的绿色蔬菜，通常其根系比较浅，对于这样的作物只需要使用浅层模式既可。

对于块茎作物，例如土豆、红薯等，其可以采集两个层级，即浅层和中层的土壤参数，则可以使用中层检测模式。

对于大型作物，例如各种树木，果树之类，其在培育初期，可以采用浅层检测模式；在长成一定高度后，例如，一人或两人高，或者移植到其他地方时，可以采用中层检测模式，而在其逐步生长后，可以采用深层检测模式。

当然，以上仅仅是示例，并不一定限制于此。例如，在土壤结构层次变化较大的地区，也许深度并不一定很深，但是也可能采用中层或深层检测模式。因为在中层和深层模式中并不限定只有两个传感器，其可能在不同深度使用了两个以上传感器，这完全可以根据用户需要来选定哪个或哪些传感器工作。

优选地，在某一个深度的传感器的电量耗尽时，采用其邻近的传感器，采用相同的工作模式。

其中，所述浅层土壤检测模式使用第一温湿度采集器，其中所述第一温湿度采集器位于浅层土壤；

所述中层土壤检测模式使用第一温湿度采集器和第二温湿度采集器，其中所述第一温湿度采集器位于中层土壤，所述第二温湿度采集器位于浅层土壤；

所述深层土壤检测模式使用第一温湿度采集器、第二温湿度采集器和第三温湿度采集器，其中所述第一温湿度采集器位于深层土壤，所述第二温湿度采集器位于中层土壤，所述第三温湿度采集器位于浅层土壤。

其中，所述第一温湿度采集器、所述第二温湿度采集器和所述第三温湿度采集器安装在一根前端为锥形钻头的直杆上，所述直杆长度能自由调节。

其中，所述第二温湿度采集器和所述第三温湿度采集器分别包括一个或多个无线温湿度传感器，位于直杆的不同位置。

其中，根据用户需求，通过无线控制打开或关闭所述一个或多个无线温湿度传感器。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。