便携式多功能土壤参数检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种土壤检测装置，具体为一种便携式多功能土壤参数检测装置。
【背景技术】
[0002]土壤电导率包含了反映土壤品质与物理特性的丰富信息，土壤电导率由孔隙度、温度、盐分、阳离子交换能力等土壤性质所决定。土壤PH值是土壤酸碱度的强度指标，是土壤的基本性质和肥力的重要影响因素之一，它直接影响土壤养分的存在状态、转化和有效性，从而影响植物的生长发育。因此土壤pH值、电导率的实时检测对数字农业、温室大棚、花丼蔬菜、草地牧场、土壤速测、植物培养、科学试验等领域皆具有重要意义。
[0003]现有土壤测试仪的不足，一是只能测量一种土壤参数，且测量的大量数据无法存储，更不能将数据转存到计算机进行进一步的分析和处理；二是进行野外测量时无法利用测试数据绘制时间和空间分布图并利用分布图进行综合分析。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的就是针对上述不足，提供一种便携式多功能土壤参数检测装置，它可一次完成土壤PH值、电导率、温度、测试地点经玮度、海拔等参数的采集、检测和存储，并利用土壤温度对pH值、电导率进行校正，用户可通过串口将所存数据转到计算机进行分析和处理，成本低、操作简便、测量速度快，GPS定位精度高，实测误差小。
[0005]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是，该便携式多功能土壤参数检测装置，包括土壤pH值传感器、土壤温度传感器、土壤电导率传感器，所述土壤pH值传感器通过pH值放大器与CC2530连接，所述土壤电导率传感器通过电导率放大器与CC2530连接，所述CC2530分别与土壤温度传感器、存储模块、电源模块、GPS模块、液晶显示模块连接，所述土壤电导率传感器与信号发生器连接。
[0006]本实用新型土壤pH值传感器，将土壤PH值转换成电信号，土壤温度传感器将土壤温度转换成电信号；土壤电导率传感器，将土壤电导率转换成电信号；CC2530，为微处理器模块，控制GPS模块的功能实现，读取其经玮度、海拔等数据，读取土壤温度数据，将pH值、电导率传感器数据进行A/D转换并根据温度数据对PH值、电导率进行校正；电源模块，采用大容量可充电锂电池进行供电，为系统工作提供电源；信号发生器，利用AD9833产生频率500Hz、幅度±2V、占空比50%方波信号为电导率传感器提供输入信号；液晶显示模块，利用JLX12864G-086型液晶模块显示装置；pH值放大器、电导率放大器，通过调整INA128仪表放大器的放大倍数，使得PH值、电导率电信号输出电压值在0-3.3V之间；存储模块，采用CC2530内部存储器存储测量土壤的温度、电导率、pH值、经玮度、海拔等。
[0007]本实用新型利用pH值传感器采集土壤pH值数据、利用电导率传感器采集土壤电导率、GPS模块采集土壤经玮度、高度数据，利用温度传感器采集土壤温度对pH值、电导率进行校正，并将测量数据进行存储。
[0008]与现有技术比较，本实用新型可一次完成土壤pH值、电导率、温度、测试地点经玮度、海拔等参数的采集和存储，并利用土壤温度对PH值、电导率进行校正，用户可通过串口将所存数据转到计算机进行分析和处理，野外测量时，能够利用测试数据绘制时间和空间分布图，并利用该分布图进行综合分析。
[0009]本实用新型主要用于检测土壤pH值、电导率、土壤温度、以及检测点的方位、检测时间等，它可一次完成土壤PH值、电导率、温度、测试地点经玮度、海拔等参数的采集、检测和存储，并利用土壤温度对PH值、电导率进行校正，用户可通过串口将所存数据转到计算机进行分析和处理，具有成本低、操作简便、测量速度快，GPS定位精度高，在怀化市鹤城区的16个测试点进行了野外验证，野外测量误差小于2%。
【附图说明】
[0010]该附图是本实用新型示意图。
[0011]图中，1.土壤pH值传感器，2.土壤温度传感器，3.土壤电导率传感器，4.电源模块，5.GPS模块，6.液晶显示模块，7.pH值放大器，8.CC2530，9.电导率放大器，10.土壤电导率传感器，11.信号发生器。
【具体实施方式】
[0012]如该附图所示，本实用新型便携式多功能土壤参数检测装置，包括土壤pH值传感器1、土壤温度传感器2、土壤电导率传感器10，所述土壤pH值传感器I通过pH值放大器7与CC25308连接，土壤电导率传感器10通过电导率放大器9与CC25308连接，所述CC25308分别与土壤温度传感器2、存储模块3、电源模块4、GPS模块5、液晶显示模块6连接，所述土壤电导率传感器10与信号发生器11连接。
[0013]利用CC2530搭建土壤pH值、电导率测试仪硬件平台，该平台由CC2530最小系统、土壤PH值传感器、土壤电导率传感器、土壤温度传感器、GPS模块、存储模块、电源模块、液晶显示模块组成。土壤PH值传感器输出通过pH值放大器转换成2V电压输出，500Hz正弦信号发生器给电导率传感器提供工作电压，输出电压通过自动量程调整放大转换成电压输出，利用CC2530内含的8路12位ADC进行AD转换，GPS模块将经玮度信息通过串口发送到CC2530，土壤温度传感器采用数字式单总线温度传感器DS18B20，CC2530将测试数据存储在内部FLASH并在液晶显示模块上进行显示，也可通过串口将数据转存到计算机，进行进一步的分析和处理，电源模块采用大容量可充电锂电池进行供电，可连续测量6小时以上。
[0014]系统功能的实现，CC2530最小系统由CC2530F256芯片、时钟电路、键盘电路、复位电路、电源组成，XTALl采用32MHz晶振外接两个15p的电容，XTAL2采用32.768KHz晶振外接两个15p电容，复位电路采用上电复位，电源采用3.3V供电，P1_5、P1_4外接两个轻触开关进行系统的设置，采用晶联讯电子几X12864G-086型液晶显示模块进行数据显示，采用4线SPI串行接口与CC2530相连，CC2530F256内含256K字节FLASH,可实现上万条土壤PH值、电导率测试信息的存储，不需额外设计存储器电路，为使FLASH数据掉电不丢失，程序设置为上电不擦写，但可根据键盘设置进行擦写。
[0015]土壤pH值传感器，其电路采用pH值电极测量土壤pH值，可直接插入土壤进行测量，因为PH电极输出阻值较大，采用输入电阻大的PH值放大器为仪表放大器INA128对输出电压进行放大，通过调整RG阻值可调整放大倍数，当pH值在0-14之间变化时，输出电压0-3.3V，输出接CC2530的P0_0 口，利用CC2530内部的12位ADC进行AD转换。
[0016]土壤电导率传感器，其电路采用“电流-电压四端法”测量土壤电导率，采用AD9833产生频率500Hz、幅度±2V、占空比50%方波信号输入电导率电极，电极输出端电压通过电导率放大器放大，电导率放大器采用输入电阻大的仪表放大器INA128进行放大，输出电压在0-3.3V之间变化，通过调整RG阻值可调整放大倍数，输出接CC2530的P0_1 口，利用CC2530内部的12位ADC进行AD转换。
[0017]土壤温度传感器，由于相同的土壤pH值和电导率在不同温度下变化较大，土壤温度传感器采用单总线数字式温度传感器DS18B20测量土壤温度，利用测量温度对pH值和电导率进行校正。
[0018]GPS模块，采用ALIENTEK公司的ATK-NEO-GPS-6M模块，该模块是一款高性能GPS定位模块，自带高性能无缘陶瓷天线(无需购买有源天线)，自带可充电后备电池以支持温启动或热启动，可采用3.3V供电，定位精度2.0mCEP，捕获追踪灵敏度_161dBm，热启动时间仅需I秒，模块串口直接与CC2530串口连接，将CC2530的P1_2、P1_3配置成USARTO，串口波特率支持4800、9600、38400 (默认)、57600等多种不同速率，波特率可通过R4、R5进行设置。
[0019]使用时，首先初始化，包括CC2530的1 口初始化，内部ADC初始化、液晶显示初始化、GPS初始化、串口初始化等，判断GPS是冷启动还是热启动，如为冷启动则需重新计算星历数据，如为热启动，则直接读取存储的星历数据，根据需要读取GPS数据，本实用新型仅需读取经玮度数据，用户根据需要还可读取海拔、可用卫星数、信号质量等数据，然后启动PH值、电导率输出电压进行内部AD转换，将土壤pH值传感器、土壤电导率传感器输出的模拟电压转换成数字信号，读取土壤温度传感器温度数据，计算土壤PH值、电导率，根据温度值进行校正，计算完成后，将GPS经玮度数据、pH值、电导率数据按确定格式存储到内部FLASH，并显示在液晶上。
【主权项】
1.一种便携式多功能土壤参数检测装置，包括土壤PH值传感器(I )、土壤温度传感器(2 )、土壤电导率传感器(10 )，其特征是，所述土壤pH值传感器(I)通过pH值放大器(7 )与CC2530 (8)连接，土壤电导率传感器(10)通过电导率放大器(9)与CC2530 (8)连接，所述CC2530 (8)分别与土壤温度传感器(2)、存储模块(3)、电源模块(4)、GPS模块(5)、液晶显示模块(6)连接，所述土壤电导率传感器(10)与信号发生器(11)连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种便携式多功能土壤参数检测装置。为了克服现有土壤测试仪功能单一，数据不能储存传输，不能自动记录测量方位等不足，本实用新型土壤pH值传感器通过pH值放大器与CC2530连接，所述土壤电导率传感器通过电导率放大器与CC2530连接，所述CC2530分别与土壤温度传感器、存储模块、电源模块、GPS模块、液晶显示模块连接，所述土壤电导率传感器与信号发生器连接。本实用新型用于土壤检测，它可一次完成土壤pH值、电导率、温度、测试地点经纬度、海拔等参数的采集、检测和存储，用户可通过串口将所存数据转到计算机进行分析和处理，成本低、操作简便、测量速度快，GPS定位精度高，野外测量误差小于2%。
【IPC分类】G01N33-24, G01N35-00
【公开号】CN204462134
【申请号】CN201420735894
【发明人】宋庆恒, 钱莹晶, 李政峰, 刘英德, 曾凡丁, 谭懿
【申请人】怀化学院
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年11月30日