土壤离子测试仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种土壤离子测试仪，包括测试仪壳体，在该测试仪壳体的顶部设置有第一容置腔，该第一容置腔内装设有电源模块，在所述测试仪壳体的上部内设有第二容置腔，在该第二容置腔内装设有数据处理电路，该数据处理电路由电源模块进行供电，在所述测试仪壳体的底部分别安装有温度传感器与离子传感器，且所述温度传感器与离子传感器上罩设有保护罩；所述数据处理电路包括微处理器，所述微处理器通过第一信号放大电路与第二信号放大电路，从离子传感器与温度传感器获取检测数据，并通过信号发射电路进行无线上传。其显著效果是：不仅实现了传统土壤离子与土壤温度的检测，并实现了将检测出的数据远程上传，而且对外通讯方式多样。
【专利说明】
土壤离子测试仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及到土壤离子检测设备技术领域，具体地说，是一种土壤离子测试仪。
【背景技术】
[0002]随着近年来环保要求的提高，土壤质量和环境保护领域对土壤离子的关注越来越高。2015年5月28日，农业部、国家发改委、科技部等八部委联合发布《全国农业可持续发展规划(2015-2030)》，要求防治农田污染:全面加强农业面源污染防控，科学合理使用农业投入品，提高使用效率，减少农业内源性污染。
[0003]目前，农业领域土壤离子分析均为采样后到专业的实验室测试，不能即时获得结果，且分析程序繁琐;现在开展的测土配方施肥限于经费和人力，其取样代表性不够，且测得的是总养分，不是有效养分，影响了配方施肥的准确性;长期过量施肥会加深土壤污染。另一方面，土壤污染防治需要对污染状况和污染治理效果进行评估，评估的工具就是测试土壤中相关离子的浓度。目前市场上，测试土壤离子的设备基本为台式设备，不便于移动或携带，影响了现场特别是原位测量。
[0004]因此，需要开发出可现场原位测量、对外通讯方式多样、具备软件升级功能的土壤离子测试仪;另外，现有的离子测试仪仅能检测离子浓度，而离子浓度往往与温度有很大关联，因此在环境温度未知的情况下，离子检测仪获取的数据往往不够准确。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种土壤离子测试仪，该离子测试仪不仅能够实现传统土壤离子检测的功能，而且还能够检测土壤环境的温度，并实现了将检测出的数据无线远程上传。
[0006]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下:
[0007]—种土壤离子测试仪，其关键在于:包括测试仪壳体，在该测试仪壳体的顶部设置有第一容置腔，该第一容置腔内装设有电源模块，在所述测试仪壳体的上部内设有第二容置腔，在该第二容置腔内装设有数据处理电路，该数据处理电路由电源模块进行供电，在所述测试仪壳体的底部分别安装有温度传感器与离子传感器，且所述温度传感器与离子传感器上罩设有保护罩；
[0008]所述数据处理电路包括微处理器，所述离子传感器通过第一信号放大电路与所述微处理器的第一信号输入端相连，所述温度传感器经过第二信号放大电路连接在所述微处理器的第二信号输入端，所述微处理器的输出端连接有信号发射电路，所述微处理器从离子传感器与温度传感器获取检测的离子信息数据与温度信息数据，并通过信号发射电路进行无线上传；
[0009]所述信号发射电路包括信号发射天线，所述微处理器的发射电源输出端依次串接电感L7与电感L2后连接电容C8的一端，电容C8的另一端经电感LI与电阻R2后连接至所述信号发射天线，所述微处理器的第一天线接口连接至电感L7与电感L2的公共端，所述微处理器的第二天线接口连接至电感L2与电容C8的公共端，所述电容C8还经电容C9接地，所述电感LI与电阻R2的公共端和接地端之间并联有电容ClO与电容Cll，所述电阻R2与信号发射天线的公共端还经滤波电感L3后接地；
[0010]所述第一信号放大电路包括第一信号放大器U7与第二信号放大器U6，第一信号放大器U7的第一正相输入端连接离子传感器接口的正相端，第一信号放大器U7的第二正相输入端连接离子传感器接口的负相端，第一信号放大器U7的第一输出端与第一负相输入端接地，第一信号放大器U7的第二负相输入端接与其第二输出端连接，第一信号放大器U7的第二输出端经电阻R28连接到第二信号放大器U6的第一正相输入端，第二信号放大器U6的第二正相输入端经电阻R30接地，第二信号放大器U6的第一负相输入端经电阻R27后接地，第二信号放大器U6的第二负相输入端经电阻R25后接地，第二信号放大器U6的第一输出端输出离子数据至所述微处理器，第二信号放大器U6的第一输出端还串接电阻R24后与其第二负相输入端连接，第二信号放大器U6的第二输出端串接电阻R29后与其第二正相输入端连接，第二信号放大器U6的第二输出端还串接电阻R26后与其第一负相输入端连接；
[0011]所述第二信号放大电路包括第三信号放大器U4，第三信号放大器U4的第一正相输入端经电阻R19与电阻R15后连接工作电源，电阻R19与电阻R15的公共端连接至温度传感器接口的正相端，第三信号放大器U4的第一负相输入端经电阻R18与电阻R16后连接工作电源，电阻R18与电阻R16的公共端连接至温度传感器接口的负相端，第三信号放大器U4的第二正相输入端串接电阻R22后接地，第三信号放大器U4的第二负相输入端串接电阻R20后接地，第三信号放大器U4的第二负相输入端输出温度信号至所述微处理器的第二信号输入端，第三信号放大器U4的第一输出端经电阻R21后与其第二正相输入端连接。
[0012]在本测试仪工作时，首先将测试仪的感应工作部位插入土壤中，然后所述数据处理电路将温度传感器和离子传感器采集到的信号经放大处理后，通过无线方式发送到云端服务器或移动端应用软件上，再通过移动端应用软件将信号数据传到云端服务器或云端服务器直接计算得到离子的浓度，之后再将计算结果反馈到测试人员移动终端上显示。另外，所述土壤离子测试仪的计算程序放在云端服务器或移动端应用软件，可不断完善改进;所述土壤离子测试仪的电源部件采用干电池、锂电池或太阳能电池作为电源。综上所述，本土壤离子测试仪不仅能够实现传统土壤离子检测的功能，而且还能够检测土壤环境的温度来校正土壤离子浓度，并将检测出的数据实现了无线远程上传，之外对外通讯方式多样，具备软件升级功能，能够为农业配方施肥、土壤污染状况和污染治理效果评估提供了有力支撑，可满足农业物联网发展需要。
[0013]进一步的，为了对微处理器的AD变换提供参考电平，在所述微处理器上还连接有参考电平电路，该参考电平电路包括参考电平转换芯片REFl，该参考电平转换芯片REFl的电压输入端连接外接直流电源，该参考电平转换芯片REFl的两个电源输出端串接后输出参考电平，所述参考电平转换芯片REFl的两个电源输出端串接后还经滤波电容C19后接地。
[0014]更进一步的描述是，在所述微处理器上还分别连接有三个信号指示灯，三个信号灯分别用于指示电源模块、离子传感器以及温度传感器的工作状态。
[0015]通过上述三个指示灯，能够准确掌控整个电路的工作状态，当某一部分出现故障时，能够及时排除，提高检测数据的准确性。
[0016]进一步的，为了增强本离子测试仪的适用性，所述离子传感器可为电化学传感器，所检测的离子为硝酸根离子、钾离子、氟离子、氯离子、铵根离子、溴离子、铜离子、钠离子、钙离子、铅离子、铬离子、镉离子、汞离子、碘离子、银离子以及硫离子中的至少一种。
[0017]进一步的，所述保护罩的截面呈V字形，该保护罩的敞口端与所述测试仪壳体的底部固定连接。通过该保护罩对传感器进行保护，能够提高检测精度，有助于延长传感器的使用寿命。
[0018]进一步的，为了保证本离子测试仪具有多种通讯协议，保证数据的及时上传与处理，所述数据发送单元可采用蓝牙、ZigBee、GPRS或WiFi中的至少一种无线通讯方式。
[0019]本实用新型的显著效果是:结构简单，使用方便，不仅实现了传统土壤离子检测的功能，而且还能够检测土壤环境的温度来校正土壤离子浓度，并实现了将检测出的数据远程上传，而且对外通讯方式多样，具备软件升级功能，能够为农业配方施肥、土壤污染状况和污染治理效果评估提供了有力支撑，可满足农业物联网发展需要。
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型的结构不意图；
[0021]图2是本实用新型的电路结构框图；
[0022]图3是所述微处理器与信号发射电路的电路原理图；
[0023]图4是所述第一信号放大电路的电路原理图；
[0024]图5是所述第二信号放大电路的电路原理图；
[0025]图6是所述参考电平电路的电路原理图；
[0026]图7是所述电源模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】以及工作原理作进一步详细说明。
[0028]如图1所示，一种土壤离子测试仪，包括测试仪壳体I，在该测试仪壳体I的顶部设置有第一容置腔2，该第一容置腔2内装设有电源模块3，在所述测试仪壳体I的上部内设有第二容置腔4，在该第二容置腔4内装设有数据处理电路5，该数据处理电路5由电源模块3进行供电，在所述测试仪壳体I的底部分别安装有温度传感器6与离子传感器7，且所述温度传感器6与离子传感器7上罩设有保护罩8，所述保护罩8的截面呈V字形，该保护罩8的敞口端与所述测试仪壳体I的底部固定连接。
[0029]本例中，所述离子传感器7可为电化学传感器，所检测的离子为硝酸根离子、钾离子、氟离子、氯离子、铵根离子、溴离子、铜离子、钠离子、钙离子、铅离子、铬离子、镉离子、汞离子、碘离子、银离子以及硫离子中的至少一种。
[0030]参见附图2，所述数据处理电路5包括微处理器，所述离子传感器通过第一信号放大电路与所述微处理器的第一信号输入端相连，所述温度传感器经过第二信号放大电路连接在所述微处理器的第二信号输入端，所述微处理器的输出端连接有信号发射电路，所述微处理器从离子传感器与温度传感器获取检测的离子信息数据与温度信息数据，并通过信号发射电路上传至上级单位9。
[0031]参见附图3，本例中，所述微处理器为nRF51822蓝牙芯片，所述信号发射电路包括信号发射天线，所述微处理器的发射电源输出端VDD-PA依次串接电感L7与电感L2后连接电容CS的一端，电容CS的另一端经电感LI与电阻R2后连接至所述信号发射天线，所述微处理器的第一天线接口 ANTl连接至电感L7与电感L2的公共端，所述微处理器的第二天线接口ANT2连接至电感L2与电容C8的公共端，所述电容C8还经电容C9接地，所述电感LI与电阻R2的公共端和接地端之间并联有电容ClO与电容Cll，所述电阻R2与信号发射天线的公共端还经滤波电感L3后接地。
[0032]从图3中还可以看出，在所述微处理器的工作电压输入端VDD连接有第一发光二极管Dl，在所述微处理器的第一信号输入端P0.02连接有第二发光二极管D2，在所述微处理器的第二信号输入端P0.03连接有第三发光二极管D3，三个发光二极管分别用于指示电源模块、温度传感器以及离子传感器的工作状态。
[0033]参见附图4，所述第一信号放大电路包括第一信号放大器U7与第二信号放大器U6，第一信号放大器U7的第一正相输入端连接离子传感器接口 P5的正相端，第一信号放大器U7的第二正相输入端连接离子传感器接口 P5的负相端，第一信号放大器U7的第一输出端与第一负相输入端接地，第一信号放大器U7的第二负相输入端接与其第二输出端连接，第一信号放大器U7的第二输出端经电阻R28连接到第二信号放大器U6的第一正相输入端，第二信号放大器U6的第二正相输入端经电阻R30接地，第二信号放大器U6的第一负相输入端经电阻R27后接地，第二信号放大器U6的第二负相输入端经电阻R25后接地，第二信号放大器U6的第一输出端输出离子数据至所述微处理器的第一信号输入端P0.03，第二信号放大器U6的第一输出端还串接电阻R24后与其第二负相输入端连接，第二信号放大器U6的第二输出端串接电阻R29后与其第二正相输入端连接，第二信号放大器U6的第二输出端还串接电阻R26后与其第一负相输入端连接。通过上述电路，将离子传感器的电压信号变换成适合ARM芯片进行A/D变换的信号。
[0034]参见附图5，所述第二信号放大电路包括第三信号放大器U4，第三信号放大器U4的第一正相输入端经电阻R19与电阻R15后连接工作电源，电阻R19与电阻R15的公共端连接至温度传感器接口 P4的正相端，第三信号放大器U4的第一负相输入端经电阻R18与电阻R16后连接工作电源，电阻R18与电阻R16的公共端连接至温度传感器接口 P4的负相端，第三信号放大器U4的第二正相输入端串接电阻R22后接地，第三信号放大器U4的第二负相输入端串接电阻R20后接地，第三信号放大器U4的第二负相输入端输出温度信号至所述微处理器的第二信号输入端P0.02，第三信号放大器U4的第一输出端经电阻R21后与其第二正相输入端连接。通过上述电路，将温度传感器的电压信号变换成适合ARM芯片进行A/D变换的信号。
[0035]本例中，所述第一信号放大器U7、第二信号放大器U6、第三信号放大器U4均采用AD8502运算放大器。
[0036I 参见附图6，在所述微处理器上还连接有参考电平电路，该参考电平电路包括参考电平转换芯片REF1，本例中采用ADR3420ARJZ-R7电源管理芯片，该参考电平转换芯片REFl的电压输入端连接外接直流电源，该参考电平转换芯片REFl的两个电源输出端串接后输出参考电平值微处理器的P0.00引脚，所述参考电平转换芯片REFl的两个电源输出端串接后还经滤波电容Cl 9后接地。
[0037]参见附图7，所述电源模块包括电压转换芯片U5，该芯片型号为LM1117MP-3.3，该电压转换芯片U5的电压输入端接外接直流电源VCC，电压转换芯片U5的电压输出端输出工作电源VCC-OPA。
[0038]在测试过程中，离子传感器6检测土壤中的离子种类、浓度等，温度传感器7检测当前土壤中的温度，然后分别转换成电压信号，并经过放大电路后送入微处理器进行AD转换，然后通过信号发射电路发送至后台数据处理中心。本测试仪不仅实现了传统土壤离子检测的功能，而且还能够检测土壤环境的温度来校正土壤离子浓度，并将检测出的数据实现了无线远程上传。
【主权项】
1.一种土壤离子测试仪，其特征在于:包括测试仪壳体(I)，在该测试仪壳体(I)的顶部设置有第一容置腔(2)，该第一容置腔(2)内装设有电源模块(3)，在所述测试仪壳体(I)的上部内设有第二容置腔(4)，在该第二容置腔(4)内装设有数据处理电路(5)，该数据处理电路(5)由电源模块(3)进行供电，在所述测试仪壳体(I)的底部分别安装有温度传感器(6)与离子传感器(7)，且所述温度传感器(6)与离子传感器(7)上罩设有保护罩(8); 所述数据处理电路(5)包括微处理器，所述离子传感器通过第一信号放大电路与所述微处理器的第一信号输入端相连，所述温度传感器经过第二信号放大电路连接在所述微处理器的第二信号输入端，所述微处理器的输出端连接有信号发射电路，所述微处理器从离子传感器与温度传感器获取检测的离子信息数据与温度信息数据，并通过信号发射电路进行无线上传； 所述信号发射电路包括信号发射天线，所述微处理器的发射电源输出端依次串接电感L7与电感L2后连接电容C8的一端，电容C8的另一端经电感LI与电阻R2后连接至所述信号发射天线，所述微处理器的第一天线接口连接至电感L7与电感L2的公共端，所述微处理器的第二天线接口连接至电感L2与电容C8的公共端，所述电容C8还经电容C9接地，所述电感LI与电阻R2的公共端和接地端之间并联有电容ClO与电容Cll，所述电阻R2与信号发射天线的公共端还经滤波电感L3后接地； 所述第一信号放大电路包括第一信号放大器U7与第二信号放大器U6，第一信号放大器U7的第一正相输入端连接离子传感器接口的正相端，第一信号放大器U7的第二正相输入端连接离子传感器接口的负相端，第一信号放大器U7的第一输出端与第一负相输入端接地，第一信号放大器U7的第二负相输入端接与其第二输出端连接，第一信号放大器U7的第二输出端经电阻R28连接到第二信号放大器U6的第一正相输入端，第二信号放大器U6的第二正相输入端经电阻R30接地，第二信号放大器U6的第一负相输入端经电阻R27后接地，第二信号放大器U6的第二负相输入端经电阻R25后接地，第二信号放大器U6的第一输出端输出离子数据至所述微处理器，第二信号放大器U6的第一输出端还串接电阻R24后与其第二负相输入端连接，第二信号放大器U6的第二输出端串接电阻R29后与其第二正相输入端连接，第二信号放大器U6的第二输出端还串接电阻R26后与其第一负相输入端连接； 所述第二信号放大电路包括第三信号放大器U4，第三信号放大器U4的第一正相输入端经电阻R19与电阻R15后连接工作电源，电阻R19与电阻R15的公共端连接至温度传感器接口的正相端，第三信号放大器U4的第一负相输入端经电阻R18与电阻R16后连接工作电源，电阻R18与电阻R16的公共端连接至温度传感器接口的负相端，第三信号放大器U4的第二正相输入端串接电阻R22后接地，第三信号放大器U4的第二负相输入端串接电阻R20后接地，第三信号放大器U4的第二负相输入端输出温度信号至所述微处理器的第二信号输入端，第三信号放大器U4的第一输出端经电阻R21后与其第二正相输入端连接。2.根据权利要求1所述的土壤离子测试仪，其特征在于:在所述微处理器上还连接有参考电平电路，该参考电平电路包括参考电平转换芯片REFl，该参考电平转换芯片REFl的电压输入端连接外接直流电源，该参考电平转换芯片REFl的两个电源输出端串接后输出参考电平，所述参考电平转换芯片REFl的两个电源输出端串接后还经滤波电容C19后接地。3.根据权利要求1或2所述的土壤离子测试仪，其特征在于:在所述微处理器上还分别连接有三个信号指示灯，三个信号灯分别用于指示电源模块、离子传感器以及温度传感器的工作状态。4.根据权利要求1所述的土壤离子测试仪，其特征在于:所述离子传感器(7)可为电化学传感器，所检测的离子为硝酸根离子、钾离子、氟离子、氯离子、铵根离子、溴离子、铜离子、钠离子、钙离子、铅离子、铬离子、镉离子、汞离子、碘离子、银离子以及硫离子中的至少一种。5.根据权利要求1所述的土壤离子测试仪，其特征在于:所述保护罩(8)的截面呈V字形，该保护罩(8)的敞口端与所述测试仪壳体(I)的底部固定连接。6.根据权利要求1所述的土壤离子测试仪，其特征在于:所述信号发射电路采用蓝牙、ZigBee、GPRS或WiFi中的至少一种无线通讯方式。
【文档编号】G01N33/24GK205581101SQ201620284718
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】李云涛, 王远云
【申请人】重庆纽贝环保科技有限公司