本实用新型属于土壤监控领域，尤其涉及一种土壤环境监测系统。
背景技术：
土壤是现有陆生植物生长生存的关键条件，土壤的湿度和温度也是其重要的组成部分，一方面影响着土壤的物理特性，在土壤养分的溶解和转移以及大部分微生物的活动方式上起着制约的作用。我国是农业大国，测定土壤的湿度和温度有着举足轻重的意义。
土壤环境监测是确定土壤环境质量的重要手段之一，当前远程监测土壤的湿度和温度时，大多选择基于频域反射原理(FDR)，对传感器周围的土壤水分温度情况进行监测，由于FDR型土壤监测仪是通过测量土壤的介电特性来反演土壤水分温度情况，该监测方法在低频工作时，容易受到土壤盐度、黏粒和容重的影响，从而对测量结果的可靠性产生影响；数据传输采用WiFi、短消息、局域网等无线通信方式，依赖于移动网络服务，不具备自助网的能力，功耗较高，不适合大面积与远距离的数据监测与传输；现有的监测设备由于功耗大、体积大，多采用线缆供电，增加了设备的成本，同时也加快的电能的消耗，浪费了资源；由于这种监测系统在低频工作时容易受到其它环境因素的影响，所以测量结果误差也较大。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种土壤环境监测系统，以解决现有技术中设备功耗大，检测精度低，运营成本高，无法实现低功耗远距离自助网的问题。
本实用新型实施例提供了一种土壤环境监测系统，包括：土壤探测设备，网络通讯设备，电源，数据处理设备，所述土壤探测设备与所述网络通讯设备电连接，所述电源为所述土壤探测设备和所述网络通讯设备供电，所述土壤探测设备采集数据，通过所述网络通讯设备传输到所述数据处理设备，其中，
所述土壤探测设备包括时域反射TDR土壤水分温度传感器、耐腐蚀框架、主控芯片和可调节天线，所述时域反射TDR土壤水分温度传感器由所述耐腐蚀框架支撑，所述时域反射TDR土壤水分温度传感器与所述主控芯片电连接，所述可调节天线连接于所述主控芯片的一侧；
所述网络通讯设备包括低功耗广域网LoRa节点和低功耗广域网LoRa基站；
所述数据处理设备包括云服务器和互联网终端；
所述土壤探测设备测得数据由所述主控芯片处理后，通过所述低功耗广域网LoRa节点发送到所述低功耗广域网LoRa基站，所述低功耗广域网LoRa基站将数据上传至所述云服务器，通过所述互联网终端对数据进行二次处理。
本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本实用新型实施例所述的土壤环境监测系统，采用时域反射TDR土壤水分温度传感器，精度误差小，测量土壤水分温度所产生的误差约为2％以内；安全、无辐射，对人体没有危害，对土壤破坏性小；测定结果不易受土壤类型的影响，通常不必要单独对特性土壤进行标定。
采用低功耗广域网LoRa自助网方案，给传感模块增加远距离自助网功能，改善了通讯模块接收的灵敏度，同时降低了功耗；基于低功耗广域网LoRa技术的网关支持多信道、所数据速率的并行处理，系统容量大，还可以实现高精度的测距与定位；采用低功耗广域网LoRa技术不需要日常的电信费用就可以满足日常的运行，还可以达到超广的覆盖范围，同时又保证超低的功耗；通过功耗的控制由电源模块还可以实现系统的自供电，降低了系统的运营成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的土壤环境监测系统的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的土壤探测设备和电源的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的实验一测得关于湿度的数据图；
图4是本实用新型实施例提供的实验一测得关于温度的数据图；
图5是本实用新型实施例提供的实验二测得关于湿度的数据图；
图6是本实用新型实施例提供的实验二测得关于温度的数据图；
图7是本实用新型实施例提供的实验三测得关于湿度的数据图；
图8是本实用新型实施例提供的实验三测得关于温度的数据图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1示出了本实用新型实施例提供的土壤环境监测系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下。
土壤环境监测系统包括土壤探测设备1，网络通讯设备2，数据处理设备3和电源4，土壤探测设备1与网络通讯设备2电连接，电源4为土壤探测设备1和网络通讯设备2供电，土壤探测设备1采集数据，通过网络通讯设备2传输到数据处理设备3。
其中，土壤探测设备1包括时域反射TDR土壤水分温度传感器、耐腐蚀框架、主控芯片和可调节天线，时域反射TDR土壤水分温度传感器是基于时域反射快速检测的原理，有较强的独立性，响应时间迅速，测得结果与土壤类型、密度、温度基本无关，测量精度高，适合移动测量和定点监测，经过各种数模模数转换计算后得到模拟电压信号(0-2.5V)或者模拟电流信号(4-20mA)；时域反射TDR土壤水分温度传感器由耐腐蚀框架支撑，时域反射TDR土壤水分温度传感器与主控芯片电连接，可调节天线连接于主控芯片的一侧，时域反射TDR土壤水分温度传感器测得数据后传输给主控芯片，主控芯片对数据进行处理，可调天线控制传输范围，将处理后的数据通过网络通讯设备2发送到数据处理设备3；
网络通讯设备2包括低功耗广域网LoRa节点和低功耗广域网LoRa基站；低功耗广域网LoRa是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里(与环境有关)，其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，这大大延长了电池的使用寿命；如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率仅为20dBm(100mW)，在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里；低功耗广域网LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间，而定位则基于多点(网关)对一点(节点)的空中传输时间差的测量，其定位精度可达5m(假设10km的范围)。
数据处理设备3包括云服务器和互联网终端；土壤探测设备1测得数据由主控芯片处理后，通过低功耗广域网LoRa节点发送到低功耗广域网LoRa基站，低功耗广域网LoRa基站将数据上传至云服务器，通过互联网终端对数据进行二次处理。
如图2所示为本实用新型实施例所述土壤探测设备和电源的结构示意图，时域反射TDR土壤水分温度传感器11包括传感器主体15和传感器探测单元16，传感器主体15设置在耐腐蚀框架12的内部，传感器探测单元16设置在传感器主体15的底部且突出耐腐蚀框架12；其中，传感器探测单元16为四针探头。
电源4包括太阳能电池板41和蓄电池42，太阳能电池板通过间隙连接部件固定在耐腐蚀框架12的顶部，主控芯片13和蓄电池42设置在太阳能电池板41上，其中，太阳能电池板的大小为长10cm，宽10cm，对系统功耗进行严格控制，保证系统在太阳能电池板尺寸为10*10cm的情况下，依然能够满足模块的长期电力供应。
本实用新型实施例提供的土壤监测系统，网络通讯设备2可以包括一个低功耗广域网LoRa节点和至少三个低功耗广域网LoRa基站；还可以包括一个全球定位系统GPS节点、一个低功耗广域网LoRa节点和一个低功耗广域网LoRa基站。
为了进一步验证本实用新型提供的土壤环境监测系统测量数据的真实准确性，对不同温湿度情况的土壤进行了测试，并记录的相关数据制成了不同的数据表。
实验一
将本实用新型的传感器探测单元16插入较为干燥的土壤中，测得土壤温湿度，通过主控芯片13将数据发送到低功耗广域网LoRa基站，再将数据上传至云服务器，通过互联网终端处理后获取本组数据，制成图3、图4。可见当探测较为干燥的土壤时，该系统可以很快获得相对湿度、湿度原始电压和温度、温度原始电压的数据，并且随着时间的变化，所测土壤的相对湿度、湿度原始电压和温度、温度原始电压的数值几乎没有明显的变化。
实验二
将本实用新型的传感器探测单元16插入较为干燥的土壤中，缓慢加入蒸馏水，测得土壤温湿度，通过主控芯片13将数据发送到低功耗广域网LoRa基站，再将数据上传至云服务器，通过互联网终端处理后获取本组数据，制成图5、图6。可见当探测湿度改变的土壤时，在缓慢加入蒸馏水的过程中，前一段时间内，被测土壤的相对湿度和湿度原始电压是几乎没有变化的，探测到达一定时刻，相对湿度和湿度原始电压会急剧上升，并在以后的时间几乎保持不变；而被测土壤的温度和温度原始电压在整个探测过程中变化不大。
实验三
将本实用新型的传感器探测单元16插入较为湿润的土壤中，测得土壤温湿度，通过主控芯片13将数据发送到低功耗广域网LoRa基站，再将数据上传至云服务器，通过互联网终端处理后获取本组数据，制成图7、图8。可见当探测偏湿润土壤时，探测的前一段时间，被测土壤的相对湿度和湿度原始电压几乎没有变化，探测到达一定时刻，湿度原始电压数据开始明显下降，之后保持基本不变，相对湿度数据有所下降，很快保持几乎不变；而温度数据和温度原始电压数据在整个探测过程中基本不变。
上述土壤环境监测系统，通过采用时域反射TDR土壤水分温度传感器，同时采用低功耗广域网LoRa自助网方案，给传感模块增加远距离自助网功能，达到超广的覆盖范围，改善了通讯模块接收的灵敏度，同时又保证了超低的功耗，并且通过功耗的控制使电源模块可以实现系统的自供电，降低了模块的成本以及运营成本。
以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围。