间接式土壤容重快速检测设备

本实用新型涉及农业生产技术领域，具体的，涉及间接式土壤容重快速检测设备。

背景技术：

土壤容重是指单位容积原状土壤干土的质量，通常以克/厘米³表示；土壤容重大小反映土壤结构、透气性、透水性能以及保水能力的高低，土壤容重越小说明土壤结构、透气透水性能越好。目前，测定土壤容重的方法很多，包括环刀法、蜡封法，水银排出法，填砂法和射线法(双放射源)等，其中常用的是环刀法，但是环刀法操作过程复杂、费时费力。

技术实现要素：

本实用新型提出间接式土壤容重快速检测设备，解决了现有技术中土壤容重检测过程复杂的问题。

本实用新型的技术方案如下：包括均与控制器连接的压力传感器和含水量传感器，所述控制器包括均与主控芯片连接的压力检测电路和含水量检测电路，所述压力检测电路和所述含水量检测电路为电路结构相同的两路，

所述压力检测电路包括依次连接的电阻分压电路一、运放u1a和运放u1b，所述电阻分压电路一包括依次连接的电阻r1和电阻r2，所述电阻r1的一端用于与压力传感器的输出端连接，所述电阻r2的一端接地，所述电阻r2的另一端接入所述运放u1a的同相输入端，所述运放u1a的输出端连接至所述运放u1a的反相输入端，

所述运放u1b的同相输入端连接所述运放u1a的输出端，所述运放u1b的同相输入端还与偏置电源vref连接，所述运放u1b的输出端与所述主控芯片连接。

进一步，还包括偏置电路，所述偏置电路包括依次连接的电阻分压电路二和运放u3，所述电阻分压电路二包括依次连接的电阻r30和电阻r31，所述电阻r30的一端与电源3.3v连接，所述电阻r31的一端接地，所述电阻r31的另一端接入所述运放u3的同相输入端，所述运放u3的输出端连接至所述运放u3的反相输入端，所述运放u3的输出端形成所述偏置电源vref。

进一步，还包括电池电量监测电路，所述电池电量监测电路包括监控芯片u4和电阻r32，所述电阻r32串联在电池负极和用电终端的接地端之间，且所述电阻r32的一端与所述监控芯片u4的sns端连接，所述电阻r32的另一端与所述监控芯片u4的vss端连接，所述监控芯片的vin端连接电池的正极，

所述监控芯片u4的sda端和scl端均与所述主控芯片连接。

进一步，所述监控芯片u4的sda端通过稳压管wd1接地，所述监控芯片u4的scl端通过稳压管wd1接地。

进一步，还包括报警电路，所述报警电路包括依次连接的电阻r40和二极管d1，所述电阻r40的一端与所述主控芯片连接，所述二极管d1的阴极接地。

进一步，还包括扶手杆，所述扶手杆为两个，且两个所述扶手杆对称设置在所述控制器的两侧。

进一步，还包括按键电路，所述按键电路与所述主控芯片连接。

进一步，还包括显示接口电路，所述显示接口电路与所述主控芯片连接。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型在使用时，将压力传感器和含水量传感器插入土壤中，控制器通过读取压力传感器和含水量传感器的数据，得到插入位置土壤的紧实度和含水量，并根据土壤的紧实度和含水量得到土壤容重，实现土壤容重的快速测量。

压力检测电路用于将压力传感器输出的电压信号转换为主控芯片能够识别的电压信号，有利于主控芯片的准确读取，其中，压力传感器的输出电压v1为-14～14v的交流电压信号，经电阻r1和电阻r2分压之后，运放u1a的同相输入端得到-1.4～1.4v的交流电压信号，运放u1a接成电压跟随器的形式，用于阻抗匹配和信号隔离，运放u1a的输出端为-1.4～1.4v的交流电压信号，该交流电压信号输入到运放u1b的同相输入端，与偏置电源vref叠加，偏置电源vref为1.65v，运放u1b的输出端得到0.25～3.05v的交流电压信号，输入到主控芯片的模拟采样通道adc_in0，进行数据的读取。

本实用新型在进行土壤容重检测时，只需压力传感器和含水量传感器匀速插入土壤中，即可得到土壤容重数据，操作过程简单、方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型中压力检测电路原理图；

图3为本实用新型中水含量检测电路原理图；

图4为本实用新型中偏置电路原理图；

图5为本实用新型中确定容重条件下土壤紧实度与水含量校正关系图；

图6为本实用新型中电池电量监测电路原理图；

图7为本实用新型中报警电路原理图；

图8为本实用新型中按键电路原理图；

图9为本实用新型中显示接口电路原理图；

图中：2-压力传感器，3-含水量传感器，4-控制器，41-压力检测电路，42-含水量检测电路，43-偏置电路，44-电池电量监测电路，45-报警电路，46-按键电路，47-显示接口电路，5-扶手杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。

如图1-图8所示，本实施例间接式土壤容重快速检测设备包括均与控制器连接的压力传感器和含水量传感器，

控制器包括均与主控芯片连接的压力检测电路和含水量检测电路，压力检测电路和含水量检测电路为电路结构相同的两路，

压力检测电路包括依次连接的电阻分压电路一、运放u1a和运放u1b，电阻分压电路一包括依次连接的电阻r1和电阻r2，电阻r1的一端用于与压力传感器的输出端连接，电阻r2的一端接地，电阻r2的另一端接入运放u1a的同相输入端，运放u1a的输出端连接至运放u1a的反相输入端，

运放u1b的同相输入端连接运放u1a的输出端，运放u1b的同相输入端还与偏置电源vref连接，运放u1b的输出端与主控芯片连接。

本实施例在使用时，将压力传感器和含水量传感器插入土壤中，控制器通过读取压力传感器和含水量传感器的数据，得到插入位置土壤的紧实度和含水量，并根据土壤的紧实度和含水量得到土壤容重，实现土壤容重的快速测量。

如图2所示，压力检测电路用于将压力传感器输出的电压信号转换为主控芯片能够识别的电压信号，有利于主控芯片的准确读取，其中，压力传感器的输出电压v1为-14～14v的交流电压信号，经电阻r1和电阻r2分压之后，运放u1a的同相输入端得到-1.4～1.4v的交流电压信号，运放u1a接成电压跟随器的形式，用于阻抗匹配和信号隔离，运放u1a的输出端为-1.4～1.4v的交流电压信号，该交流电压信号输入到运放u1b的同相输入端，与偏置电源vref叠加，偏置电源vref为1.65v，运放u1b的输出端得到0.25～3.05v的交流电压信号，输入到主控芯片的模拟采样通道adc_in0，进行数据的读取。

同理，如图3所示，含水量传感器的输出电压v2为-2.8～2.8v的电压信号，经过电阻r10和电阻r11分压之后，运放u2a的同相输入端得到-1.4～1.4v的交流电压信号，再经运放u2b调理之后，运放u2b输出0.25～3.05v的交流电压信号，输入到主控芯片的模拟采样通道adc_in1，进行数据的读取。

如图5所示，为不同容重值时，土壤紧实度和水含量的关系变化曲线，根据该曲线可以拟合出土壤容重与土壤紧实度、含水量的回归方程：

y＝1.22199+0.61204x2-1.06749x1x2-0.10838x2²

其中，x1代表水份，x2代表紧实度(mpa)，y代表容重。

本实施例在进行土壤容重检测时，只需将含水量传感器和压力传感器插入土壤中，即可得到土壤容重数据，操作过程简单、方便。

进一步，还包括偏置电路，偏置电路包括依次连接的电阻分压电路二和运放u3，电阻分压电路二包括依次连接的电阻r30和电阻r31，电阻r30的一端与电源3.3v连接，电阻r31的一端接地，电阻r31的另一端接入运放u3的同相输入端，运放u3的输出端连接至运放u3的反相输入端，运放u3的输出端形成偏置电源vref。

如图4所示，通过电阻r30、电阻r31分压得到1.65v的电压信号，再经过运放u3进行阻抗匹配后，输出偏置电源vref，有利于提高偏置电源的带载能力。

进一步，还包括电池电量监测电路，电池电量监测电路包括监控芯片u4和电阻r32，电阻r32串联在电池负极和用电终端的接地端之间，且电阻r32的一端与监控芯片u4的sns端连接，电阻r32的另一端与监控芯片u4的vss端连接，监控芯片的vin端连接电池的正极，

监控芯片u4的sda端和scl端均与主控芯片连接。

如图6所示，本实施例采用电池供电，方便携带，电池正极输出与用电终端的输入正端v+连接，电池负极与用电终端的输入负端gnd连接，电阻r32串联在电池负极和gnd之间，流过电阻r32的电流即为电池的输出电流；监控芯片u4的sns端和vss端分别与电阻r32的两端连接，用于检测电池的输出电流，监控芯片u4的vin端通过电阻r33连接至电池正极，用于检测电池的输出电压，并根据电池的输出电流和输出电压计算电池的电量值，然后通过sda和scl引脚发送给主控芯片，实现对电池电量的实时监控，当电池电量超出正常范围时，主控芯片能够及时采取措施。

进一步，监控芯片u4的sda端通过稳压管wd1接地，监控芯片u4的scl端通过稳压管wd1接地。

如图6所示，wd1设置在监控芯片u4的sda端和地之间，起到稳压的作用，当外部输入电压过高时，稳压管wd1将电压钳位在稳压值以内，避免过高的输入电压对sda端造成损坏；同理，稳压管wd2可以避免过高的输入电压对scl端造成损坏。

进一步，还包括报警电路，报警电路包括依次连接的电阻r40和二极管d1，电阻r40的一端与主控芯片连接，二极管d1的阴极接地。

主控芯片通过电池电量监测电路实时了解当电池电量情况，如图7所示，当电池电量过低时，主控芯片发出报警信号alarm，驱动二极管d1闪烁，提示工作人员及时充电。

进一步，还包括扶手杆，扶手杆为两个，且两个扶手杆对称设置在控制器的两侧。

如图1所示，在控制器的两侧设置扶手杆，方便设备的拿取，有利于进一步简化操作。

进一步，还包括按键电路，按键电路与主控芯片连接。

如图8所示，为提高检测精度，可以采用分段拟合的方法计算土壤容重，例如在高水分深层土壤中采用一组拟合系数，在低水分表层土壤中采用另一组拟合系数，用户通过按键电路可以设定不同的拟合系数。

进一步，还包括显示接口电路，显示接口电路与主控芯片连接。

如图9所示，通过显示接口电路连接显示屏，将检测结果在显示屏上显示，进一步提高了本实施例的便利性。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。