土壤呼吸室的制作方法

本发明涉及一种土壤测定设备，尤其涉及一种土壤呼吸室。

背景技术：

在全球变暖的大背景下，全球碳循环已经成为地球科学、生物科学和社会科学共同关注的主题之一(陈泮勤，2004)，从土壤中释放的气体(例如，二氧化碳和甲烷)在全球气候变化中起到非常重要的作用。由于土壤呼吸作用是土壤碳库向大气层碳库输入的主要途径(schimel,1995)，同时土壤呼吸速率相对微小的改变都会显著改变大气中co2的浓度和土壤碳的累积速率，从而加剧或减缓全球气候变暖(schlesinger&andrews,2000)。因此对于科学界来说提供土壤呼吸定量测量技术以及精确的数据是迫切需要的。测量腔室是对来自于土壤的气体进行收集测量应用得最多的方法，但是这种测量方法也存在着许多问题。

为此，需要提供一种能够有效进行土壤呼吸测定的土壤呼吸室。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种土壤呼吸室，其能够有效地对土壤呼吸进行测定。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种土壤呼吸室，其包括底壳、支板、支腿、密封盒、电路板、控制壳、长轴、从动轴、行程开关和叶室腔体；

所述底壳包括左底板和右底板，所述左底板为正方形，所述右底板为长方形，所述左底板的边长小于右底板的宽度；所述左底板与所述右底板的长度方向的一端连接；

所述左底板的前侧壁和后侧壁的左端分别安装有支板；而且所述右底板的前侧壁和后侧壁的右端也分别安装有支板，且所述支板包括铰接孔以及圆弧形槽，所述圆弧形槽的圆心与所述铰接孔的轴心重合；

所述支腿与所述支板通过铰接轴铰接连接；所述支腿上开设有螺纹孔，星形螺母穿过所述圆弧形孔拧入所述螺纹孔内；

所述左底板上设置有密封盒，所述密封盒内设置有电路板，所述电路板用于对电机进行控制；

所述左底板上设置有控制壳，所述控制壳与所述密封盒之间形成容置空间，所述电机设置于所述容置空间内，所述电机的电机座固定于所述左底板上；

所述电机的输出轴穿过所述控制壳的后侧壁，位于所述控制壳的外部；并且所述电机的输出轴上安装有主动齿轮；

所述长轴的两端分别从所述控制壳的前侧壁和后侧壁穿出，所述长轴平行于所述电机的输出轴，并且可转动地设置于轴承固定座内，所述轴承固定座的下端固定于所述密封盒上；

所述长轴上设置有从动齿轮，所述从动齿轮与所述主动齿轮的结构相同，而且所述主动齿轮与所述从动齿轮通过惰轮传动连接；

所述长轴上还设置有拨叉，所述行程开关通过驱动器固定于衬板上；

所述从动轴的一端固定于所述控制壳上，且所述从动轴的轴线与所述电机的输出轴的轴线重合；

所述右底板上开设有通孔，在所述右底板上设置有u形密封垫，所述u形密封垫的内孔直径大于所述通孔的直径；

所述叶室腔体为上端封闭，下端开口的圆柱形，在所述叶室腔体的下端径向向外延伸形成法兰，当所述叶室腔体盖合于所述通孔上时，所述法兰与所述u形密封垫配合；

所述叶室腔体内部设置有铜管，所述铜管的一端穿过所述叶室腔体，位于所述叶室腔体上部；位于所述叶室腔体内部的铜管呈螺旋状；

在所述铜管伸出所述叶室腔体的部分上固定有下端盖，所述下端盖上固定有上端盖，所述上端盖和下端盖之间具有预定间隔，所述铜管的上端开口位于所述间隔内；

叶室腔体的外壁上设置有第一圆柱体、第二圆柱体、第三圆柱体和第四圆柱体；所述第一圆柱体、第二圆柱体、第三圆柱体和第四圆柱体相互平行，且所述第一圆柱体和第二圆柱体位于同一直线上，所述第三圆柱体和第四圆柱体位于同一直线上；

第一臂梁的一端固定于所述长轴的一端，第一圆柱体可转动地设置于所述第一臂梁的另一端内；第二臂梁的一端固定于所述电机的输出轴上，第三圆柱体可转动地设置于所述第二臂梁的另一端内；所述第一臂梁与所述第二臂梁相互平行，所述长轴的一端与所述电机的输出轴的连线与所述第一圆柱体与所述第三圆柱体的连线相互平行；

第三臂梁的一端固定于所述长轴的另一端，第二圆柱体可转动地设置于所述第三臂梁的另一端内；所述从动轴的另一端可转动地设置于所述第四臂梁的一端；第四圆柱体可转动地设置于第四臂梁的另一端内；所述第三臂梁与所述第四臂梁相互平行，所述长轴的另一端与所述从动轴的连线与所述第二圆柱体与所述第四圆柱体的连线相互平行。

可选的，所述控制壳的上表面上设置有水准仪。

可选的，所述叶室腔体采用进口亚克力材质或者铝合金材质制造。

可选的，所述叶室腔体内设置有传感器，所述叶室腔体的上壁面上开设有通孔，所述传感器的检测端穿过所述通孔，位于所述叶室腔体内，所述传感器与所述叶室腔体的上壁面之间设置有橡胶。

本发明具有如下有益效果：本发明的土壤呼吸室在使用时，将底壳调整至与地面具有合适的高度，并控制电机的转动，使得叶室腔体盖在右底板的通孔上，通过土壤圈，把叶室腔体和土壤表面形成一个密闭空间，土壤圈一头埋进土里2-5cm,另外一头与u型密封圈紧密结合在一起。当采集从土壤中释放的气体时，呼吸室闭合上，通过带泵的控制系统从呼吸室的进气口一端抽取到控制系统中，然后再从控制系统中送往分析气体仪器，分析气体仪器分析完气体后再把气体送回到控制箱，再通过控制箱送回到呼吸室中，形成一个完整的取气-采集-分析的闭路循环；当不使用时，通过控制电机的反向转动，将所述叶室腔体离开所述右底板。

附图说明

图1为本发明的土壤呼吸室的结构示意图；

图2为本发明的土壤呼吸室的剖视结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为图2的剖视俯视图；

图5为本发明的控制器的结构示意图；

图6为本发明的电机驱动电路的结构示意图；

图7为本发明的开关电路的结构示意图；

图8为本发明的温湿度传感器数据采集电路的结构示意图；

图9为本发明的rs485通讯电路的结构示意图；

图10为本发明的rs232通讯电路的结构示意图；

图11为rs485通讯电路的选择电路；

图12为rs232通讯电路的选择电路；

图13为本发明的进气管和排气管的结构示意图。

图中标记示意为：1-支腿；2-星型螺母；3-底壳；4-u形密封垫；5-密封盒；6-电路板；7-衬板；8-支板；9-驱动器；10-大垫柱；11-行程开关；12-后盖；13-航空插头；14-软管固定座；15-控制壳；16-拔叉；17-水准器；18-轴承固定座；19-叶室腔体；20-铜管；21-传感器；22-直角接头；23-上端盖；24-下端盖；25-通气管；26-第一臂梁；27-第三臂梁；28-第二臂梁；29-第四臂梁；30-电机的输出轴；31-主动齿轮；32-长轴；33-从动轴；34-电源；35-室耳；36-土壤圈；37-进气管；38-排气管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种土壤呼吸室，其包括底壳、支板、支腿、密封盒、电路板、控制壳、长轴、从动轴和叶室腔体。

所述底壳包括左底板和右底板，本实施例中，所述左底板和右底板均为方形，例如所述左底板为正方形，所述右底板为长方形，所述左底板的边长小于右底板的宽度；本实施例中，所述左底板与所述右底板的长度方向的一端连接。

所述左底板的前侧壁和后侧壁的左端分别安装有支板；而且所述右底板的前侧壁和后侧壁的右端也分别安装有支板，所述支板包括铰接孔以及圆弧形槽，所述圆弧形槽的圆心与所述铰接孔的轴心重合。

所述支腿的上端通过铰接轴铰接于所述铰接孔内，也就是说，所述支腿与所述支板通过所述铰接轴铰接连接，以使得所述支腿可以沿所述铰接轴转动，从而使得所述支腿可以与所述支板相对运动。

本实施例中，所述支腿上开设有螺纹孔，星形螺母穿过所述圆弧形孔拧入所述螺纹孔内，从而当所述支腿与支板之间的角度固定之后，通过所述星形螺母将所述支腿固定于所述支板上。

所述左底板上设置有密封盒，所述密封盒内设置有电路板，所述电路板用于对电机进行控制。

所述衬板通过大垫柱支撑在所述密封盒上，且所述衬板密封所述密封盒，且所述电路板设置于所述衬板的下方。

所述左底板上设置有控制壳，所述控制壳与所述密封盒之间形成容置空间，所述电机设置于所述容置空间内，例如所述电机的电机座固定于所述左底板上。

所述电机的输出轴穿过所述控制壳的后侧壁，位于所述控制壳的外部；并且所述电机的输出轴上安装有主动齿轮。

所述长轴的两端分别从所述控制壳的前侧壁和后侧壁穿出，本实施例中，所述长轴平行于所述电机的输出轴，并且可转动地设置于轴承固定座内，所述轴承固定座的下端固定于所述密封盒上。

所述长轴上设置有从动齿轮，本实施例中，所述从动齿轮与所述主动齿轮的结构相同，而且所述主动齿轮与所述从动齿轮通过惰轮传动连接，以使得所述主动齿轮与所述从动齿轮具有相同的转速和转动方向。

所述长轴上还设置有拨叉，所述行程开关通过驱动器固定于所述衬板上，也就是说，所述驱动器的下端固定于所述衬板上，所述驱动器的上端设置有行程开关，所述拨叉与所述行程开关配合，当所述长轴转动到一定位置时，所述拨叉触碰所述行程开关，从而停止电机的运转，或者使得所述电机反转。

所述从动轴的一端固定于所述控制壳上，且所述从动轴的轴线与所述电机的输出轴的轴线重合。

所述控制壳的上表面上设置有水准仪，以通过所述水准仪测试所述土壤呼吸室的水平度，由此当用户使用所述土壤呼吸室时，可以根据所述水准仪的显示，将所述土壤呼吸室放平。

所述控制壳的左侧壁上开设有开口，所述开口通过后盖进行封闭，即所述后盖设置于所述控制壳的左侧壁上；本实施例中，所述后盖上设置有航空插头以及软管固定座，从而通过所述航空插头引入所述电路板的控制信号，并通过软管固定座连接进气管和回气管。

所述右底板上开设有通孔，在所述右底板上设置有u形密封垫，所述u形密封垫的内孔直径大于所述通孔的直径。

所述叶室腔体为上端封闭，下端开口的圆柱形，在所述叶室腔体的下端径向向外延伸形成法兰，当所述叶室腔体盖合于所述通孔上时，所述法兰与所述u形密封垫配合，从而更好地对土壤呼吸所产生的co2排放进行收集。

所述叶室腔体内部设置有铜管，所述铜管的一端穿过所述叶室腔体，位于所述叶室腔体上部；位于所述叶室腔体内部的铜管呈螺旋状。

在所述铜管伸出所述叶室腔体的部分上固定有下端盖，所述下端盖上固定有上端盖，所述上端盖和下端盖之间具有预定间隔，所述铜管的上端开口位于所述间隔内；本实施例中，优选地，所述铜管伸出所述叶室腔体的部分上也可以固定有直角接头。

所述铜管位于所述叶室腔体外部的部分形成通气管，本实施例中，所述通气管可以是所述铜管的一部分，也可以是独立的部件。

所述叶室腔体内设置有传感器，所述叶室腔体的上壁面上开设有通孔，所述传感器的检测端穿过所述通孔，位于所述叶室腔体内，所述传感器与所述叶室腔体的上壁面之间设置有橡胶，从而通过所述橡胶实现对所述通孔的密封。

所述叶室腔体上部开设有两个通孔，在两个通孔内分别插入进气管和排气管，以通过所述进气管从腔室中抽气进入到测量仪器，并且通过排气管将测量后的气体排出回到腔室中。

叶室腔体的外壁上设置有第一圆柱体、第二圆柱体、第三圆柱体和第四圆柱体；所述第一圆柱体、第二圆柱体、第三圆柱体和第四圆柱体相互平行，且所述第一圆柱体和第二圆柱体位于同一直线上，所述第三圆柱体和第四圆柱体位于同一直线上。

本实施例中，优选地，所述叶室腔体的外侧壁上固定有两个室耳，其中，所述第一圆柱体和第三圆柱体固定于所述两个室耳中的一个室耳上，所述第二圆柱体和第四圆柱体固定于所述两个室耳中的另一个室耳上。

第一臂梁的一端固定于所述长轴的一端，第一圆柱体可转动地设置于所述第一臂梁的另一端内；第二臂梁的一端固定于所述电机的输出轴上，第三圆柱体可转动地设置于所述第二臂梁的另一端内；所述第一臂梁与所述第二臂梁相互平行，所述长轴的一端与所述电机的输出轴的连线与所述第一圆柱体与所述第三圆柱体的连线相互平行，从而形成平行四边形的结构。

第三臂梁的一端固定于所述长轴的另一端，第二圆柱体可转动地设置于所述第三臂梁的另一端内；所述从动轴的另一端可转动地设置于所述第四臂梁的一端；第四圆柱体可转动地设置于所述第四臂梁的另一端内；所述第三臂梁与所述第四臂梁相互平行，所述长轴的另一端与所述从动轴的连线与所述第二圆柱体与所述第四圆柱体的连线相互平行，从而形成平行四边形的结构。

本实施例的土壤呼吸室的叶室腔体可以采用进口亚克力材质制造，其具有93％的透光率，从而形成透明的土壤呼吸室；或者所述叶室腔体可以通过铝合金材质制备，从而形成非透明的土壤呼吸室。

本实施例的土壤呼吸室在使用时，将底壳调整至与地面具有合适的高度，并控制电机的转动，使得叶室腔体盖在右底板的通孔上，通过土壤圈，把叶室腔体和土壤表面形成一个密闭空间，土壤圈一头埋进土里2-5cm,另外一头与u型密封圈紧密结合在一起。当采集从土壤中释放的气体时，呼吸室闭合上，通过带泵的控制系统从呼吸室的进气口一端抽取到控制系统中，然后再从控制系统中送往分析气体仪器，分析气体仪器分析完气体后再把气体送回到控制箱，再通过控制箱送回到呼吸室中，形成一个完整的取气-采集-分析的闭路循环；当不使用时，通过控制电机的反向转动，将所述叶室腔体离开所述右底板。

为实现对所述电机的控制，本实施例中，所述土壤呼吸室还包括控制系统，所述控制系统的各元件被布置于所述电路板上，且所述控制系统包括控制器、步进电机驱动电路、开关电路、温湿度传感器数据采集电路、rs485通讯电路和rs232通讯电路。

所述控制器是型号为atmega16的单片机，所述控制器的第4管脚连接于电阻r178的一端，所述电阻r178的另一端通过电容c149接地，所述电阻r178的另一端还通过电阻r169连接于+3.3v电源，并且所述电阻r178的另一端还连接于二极管d107的正极，所述二极管d107的负极连接+3.3v电源；所述控制器的第5管脚通过电容c154接地，且所述控制器的第5管脚还连接于+3.3v电源；所述控制器的第6管脚接地；所述控制器的第7管脚通过电容c162接地；所述控制器的第8管脚通过电容c163接地，所述控制器的第7管脚通过晶振连接于所述控制器的第8管脚；所述控制器的第16管脚连接+3.3v电源，所述控制器的第27管脚通过电容c175接地，而且所述控制器的第27管脚还通过电感l108连接+3.3v电源，所述控制器的第28管脚接地，所述控制器的第29管脚通过电容c173接地，所述控制器的第30管脚分别通过电容c176和电阻r212接地，并且通过电阻r211连接+12v电源，所述控制器的第31管脚、第32管脚和第33管脚分别通过开关接地。

所述控制器信号连接于所述步进电机驱动电路，以在所述控制器的控制下，所述步进电机驱动器能控制步进电机转动，本实施例中，所述步进电机驱动器包括三极管v100、三极管v101和三极管v102；所述三极管v100的基极通过电阻r198连接于所述控制器的第40管脚；所述三极管v100的集电极连接电机的驱动器的en-管脚，所述三极管v100的发射极接地；所述三极管v101的基极通过电阻r199连接于所述控制器的第41管脚；所述三极管v101的集电极连接电机的驱动器的dir-管脚，所述三极管v101的发射极接地；所述三极管v102的基极通过电阻r200连接于所述控制器的第13管脚；所述三极管v102的集电极连接电机的驱动器的step-管脚，所述三极管v102的发射极接地；所述电机的驱动器的en+管脚、dir+管脚和step+管脚分别通过电阻r205、电阻r206和电阻r207连接+12v的电源。

所述开关电路信号连接于所述控制器，以当土壤呼吸室开启到位或者关闭到位时被按下，然后控制器根据开关信号来判断土壤呼吸室的状态，以控制所述步进电机驱动电路；本实施例中，所述开关电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关的一个触点接地，另一个触点通过电阻r202连接于所述控制器的第43管脚以及通过电阻r208连接于+3.3v电源；所述第二开关的一个触点接地，另一个触点通过电阻r204连接于所述控制器的第44管脚以及通过电阻r204连接于+3.3v电源；本实施例中，可以设定第一开关为开启定位开关，所述第二开关为关闭定位开关。

所述温湿度传感器采集电路与所述控制器信号连接，以将其采集的温湿度数据发送至所述控制器，本实施例中，所述温湿度传感器采集电路包括型号为ads1248的芯片；所述型号为ads1248的芯片的第1管脚连接+3.3v电源，所述型号为ads1248的芯片的第2管脚接地，所述型号为ads1248的芯片第4管脚通过电阻r177连接+3.3v电源；所述型号为ads1248的芯片的第5管脚通过电阻r175连接于接口x111的第4管脚；而且所述型号为ads1248的芯片的第4管脚还通过电容c156接地；所述型号为ads1248的芯片的第五管脚通过电阻r176和电阻r174连接于接口x111的第4管脚，而且，所述型号为ads1248的芯片的第5管脚还通过电容c158接地；所述型号为ads1248的芯片的第4管脚和第5管脚之间连接有电容c157；而且，所述电阻r174与电阻r176相连接的一端接地；所述型号为ads1248的芯片的第7管脚通过电阻r170连接于接口x111的第3管脚，所述型号为ads1248的芯片的第7管脚通过电阻r170和电阻r193连接于所述型号为ads1248的芯片的第15管脚；所述型号为ads1248的芯片的第7管脚还分别通过电容c152和电阻r171接地；所述型号为ads1248的芯片的第8管脚接地；所述型号为ads1248的芯片的第9管脚通过电容c161连接于所述型号为ads1248的芯片的第10管脚；所述型号为ads1248的芯片的第11管脚连接于接口x111的第6管脚，且还通过电阻r172连接于所述型号为ads1248的芯片的第12管脚；所述型号为ads1248的芯片的第12管脚通过电容c153接地；所述型号为ads1248的芯片的第13管脚通过电阻r173连接于接口x111的第5管脚；所述型号为ads1248的芯片的第5管脚连接于接口x111的第5管脚；所述接口x111的第1管脚接地；所述型号为ads1248的芯片的第15管脚分别通过电容c166、电阻r191和电容c168接地，并且所述接口x111的第3管脚还通过电感l107连接于+3.3v电源，并且所述电感l107连接电源的一端还通过c170接地；所述型号为ads1248的芯片的第16管脚通过电阻r183连接于接口x111的第2管脚，并且所述电阻r183的另一端通过反接的二极管d108接地；所述型号为ads1248的芯片的第17管脚通过电阻r195和电阻r201连接于+5v电源，所述型号为ads1248的芯片的第18管脚通过电阻r192和电阻r197连接+5v电源；所述型号为ads1248的芯片的第19管脚通过电阻r186连接于电阻r195和电阻r201连接的一端，所述型号为ads1248的芯片的第20管脚通过电阻r184连接于所述电阻r192和电阻r197连接的一端；所述型号为ads1248的芯片的第21管脚接地，所述型号为ads1248的芯片的第22管脚连接于+5v电源，并通过电容c167接地；所述型号为ads1248的芯片的地23管脚通过电阻r185连接于+3.3v电源；所述型号为ads1248的芯片的第24管脚通过电阻r190连接于所述控制器的第44管脚；所述型号为ads1248的芯片的第26管脚通过电阻r189连接于所述控制器的第2管脚；所述型号为ads1248的芯片的第27管脚通过电阻r188连接于所述控制器的第1管脚；所述型号为ads1248的芯片的第28管脚通过电阻r187连接于所述控制器的第3管脚。

接口x116的第4管脚通过电阻r210接地，接口x116的第3管脚通过电容c171接地，并且还连接于电阻r195和电阻r201连接的一端，接口x116的第2管脚通过电阻r209接地，接口x116的第1管脚通过电容c169接地。

所述rs485通讯电路与所述控制器信号连接，以通过所述rs485通讯电路传输信号至所述控制器，本实施例中，所述rs485通讯电路包括型号为max485的芯片，所述型号为max485的芯片的第1管脚连接于所述控制器的第9管脚，所述型号为max485的芯片的第2管脚和第3管脚相连接，并共同通过电阻r112连接于所述控制器的第16管脚，所述型号为max485的芯片的第4管脚连接于所述控制器的第10管脚，所述型号为max485的芯片的第5管脚接地，所述型号为max485的芯片的第6管脚通过电阻r124和电感l102连接于+5v电源，并且所述型号为max485的芯片的第6管脚还连接于接口x107的第4管脚，所述型号为max485的芯片的第7管脚连接于接口x107的第3管脚，并且所述型号为max485的芯片的第7管脚还通过电阻r130以及反接的二极管d104接地；所述型号为max485的芯片的第8管脚通过电容c130接地，而且还连接于电感l102与电阻r124连接的一端；所述型号为max485的芯片的第6管脚还通过反接的二极管d103接地，所述型号为max485的芯片的第7管脚还通过r129连接于r124和二极管d103连接的一端；接口x107的第2管脚接地，所述接口x107的第一管脚分别通过电阻r135连接于+5v电源。

所述rs232通讯电路与所述控制器信号连接，以通过所述rs232通讯电路向所述控制器传递信号，本实施例中，所述rs232通讯电路包括型号为sp232ecn的芯片，所述型号为sp232ecn的芯片的第1管脚通过电容c119连接于所述型号为sp232ecn的芯片的第3管脚，所述型号为sp232ecn的芯片的第4管脚通过电容c120连接于所述型号为sp232ecn的芯片的第5管脚，所述型号为sp232ecn的芯片的第6管脚通过电容c117接地，所述型号为sp232ecn的芯片的第7管脚连接于接口x105的第4管脚，所述型号为sp232ecn的芯片的第8管脚连接于所述型号为sp232ecn的芯片的第3管脚；所述型号为sp232ecn的芯片的第9管脚连接于所述控制器的第11管脚，所述型号为sp232ecn的芯片的第10管脚连接于所述控制器的第12管脚，所述型号为sp232ecn的芯片的第15管脚接地，所述型号为sp232ecn的芯片的第16管脚通过电感l105连接于+5v电源，所述型号为sp232ecn的芯片的第2管脚通过电容c129与电感l105连接于+5v的电源。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。