一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置的制作方法

本实用新型涉及一种土壤湿度监测预警装置，特别涉及一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置。

背景技术：

土壤湿度是表示一定深度土层的土壤干湿度程度的物理量，又称土壤水分含量，土壤湿度传感器则是对土壤湿度进行检测的仪器或者装置，主要应用于土壤墒情检测、以及农业灌溉和林业防护等生产科研领域。经过多年的不断发展，土壤湿度传感器已经形成了多种类、多形式的产品系列，按照测量原理，一般划分为电容型、电阻型，离子敏型、光强型、声表面波型等等，这些传感器使用的主要技术可分为时域反射法、驻波率法、频域反射法和电容法等，其工作原理都是通过测量土壤介电参数的变化，从而间接推断出土壤的体积含水率数值，由于土壤的介电参数受土壤的性质和温度、气压等多种外界条件因素影响很大，介电参数向测量参数转换过程十分复杂，而且技术性要求也很高，实现精确测量难度较大、周期较长，所以现有湿度传感器都存在着使用繁琐、成本昂贵、不利于大范围推广应用的问题。相对而言，在农业实际生产中，及时了解和掌握土壤湿度的变化规律和变化情况对农业生产是具有十分重要指导意义的，但是，基于现有技术中土壤传感器的技术原理和产品形式都难以满足农业产业化实际生产的使用要求，因此，简化土壤湿度传感器的检测技术方案，开发成本较低、性能稳定、使用方便，能够实现实时直观监测、适时把握土壤湿度动态、及时作出土壤灌溉预警，有利于产业化推广使用的土壤湿度监测装置，已经成为当前推进农业现代化发展的一个现实课题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：提供一种成本较低、性能稳定、使用方便的多谐振荡土壤湿度监测预警装置。

一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置，包括：多谐振荡电路1、土壤探针2和led指示装置3；所述土壤探针2为两根，由导体金属材料制成，相互之间保持固定距离w，两根所述土壤探针2分别通过充放电电阻线路引脚a和b接入所述多谐振荡电路1中，当所述土壤探针2插入土壤中时，两根所述土壤探针2之间的土壤电阻即为所述多谐振荡电路1的充放电电阻，所述led指示装置3与所述多谐振荡电路1的输出端uout相连接。

所述一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置的工作原理是：当所述土壤探针2插入监测土壤中、所述多谐振荡电路1接通电源后，所述多谐振荡电路1产生振荡，在输出端uout可获得一系列呈矩形波形的脉冲信号，所述土壤探针2之间的土壤电阻作为所述多谐振荡电路1的充放电电阻对所述输出端uout输出脉冲宽度，即：脉冲频率，产生直接的影响，当土壤含水率较高时，所述土壤电阻较小，则所述输出脉冲宽度较小，脉冲频率较大，所述led指示装置的闪烁频率也较快，反之，当土壤含水率较低时，所述土壤电阻较大，则所述输出脉冲宽度较大，脉冲频率较小，所述led指示装置的闪烁频率便较慢，通过调整两根所述土壤探针2之间的距离w、以及所述多谐振荡电路1中接入元件的相关参数，将所述频率控制在人眼所能清晰观察的范围内，优选范围为0.1～10赫兹，使用者可直接通过所述led指示装置的闪烁频率直接直观监测土壤湿度的变化规律，同时还可依据使用经验定性判断进行土壤灌溉的时机和强度。

进一步，所述一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置，还包括测量显示装置4，所述测量显示装置4与所述led指示装置3并联连接在所述多谐振荡电路1的输出端uout，记录并/或者读取所述脉冲信号，显示所述土壤湿度的监测值。

为了保证所述多谐振荡电路1工作的稳定性，优选电路结构简单，功率输出能力较强，并且具有较高振荡频率精度的555定时器多谐振荡电路。

本实用新型的有益效果是：提供一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置，以土壤电阻作为多谐振荡电路的充放电电阻，通过获取输出端输出的一系列矩形波，借助该矩形波振荡频率及其变化来直接检测土壤湿度并判断其变化规律，对土壤湿度实时监测，适时作出灌溉预警，由于不需要对数据参数进行二次转换，信息响应速度快，数据传输效率高，具有性能稳定可靠、测量精度较高、制作成本较低、使用维护方便，可广泛应用于农业节水、温室大棚、花卉蔬菜、草地牧场土壤速测、植物培养和科学实验等生产科研领域。

附图说明

图1、多谐振荡土壤湿度监测预警装置结构示意图。

图2、555定时器多谐振荡电路图。

图3、555定时器多谐振荡电路振荡波形和输出波形图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，结合附图对本实用新型请求保护的技术方案做进一步描述。

一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置，如图1所示，由多谐振荡电路1、土壤探针2、led指示装置3和脉冲宽度测量显示装置4组成；所述多谐振荡电路1为555定时器多谐振荡电路，所述土壤探针2由不锈钢材料制成，两根所述土壤探针2之间的距离w为7厘米，两根所述土壤探针2分别通过充放电电阻线路引脚a和b接入所述多谐振荡电路1中，当所述土壤探针2插入土壤中时，两根所述土壤探针2之间的土壤电阻即为所述多谐振荡电路1的充放电电阻，所述led指示装置3与所述脉冲宽度测量显示装置4并联连接所述多谐振荡电路1的输出端uout。

其中：所述555定时器多谐振荡电路，如图2所示，由555定时器ic，以及充电电阻r1、充放电电容c和滤波电容c0等元件构成，所述充电电阻r1为1000～3000欧姆，所述充放电电容c为22～47微法，所述滤波电容c0为0.1微法；所述555定时器多谐振荡电路没有稳态，仅存两个暂稳态，不需外接触发信号，可使用交流电源，工作时通过所述充电电阻r1和所述土壤电阻向所述充放电电容c充电，同时相间而动，所述充放电电容c还通过所述所述土壤电阻向放电端b放电；当输入端uin电压为vcc时，所述充放电电容c在2/3vcc和1/3vcc之间充电放电，从而在放电端b和输出端uout处分别得到电压为vc的放电和电压为v0的输出振荡波，如图3所示，振荡周期为t，所述输出端uout输出振荡波v0为波峰周期为tw1、波谷周期为tw2的一系列矩形波，在tw1周期内所述led指示装置3亮起，在tw2周期内所述led指示装置3熄灭，闪烁频率为1/t。

应用所述一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置进行土壤湿度监测时，工作人员可通过观察监测区域所述led指示装置3的闪烁频率来实时判断土壤的湿度状况，并且根据所述监测区域土壤湿度与所述led指示装置3闪烁频率的经验关系，适时提出所述监测区域的灌溉预警，并及时实施所述监测区域的水利灌溉，提高土壤湿度，满足农业生产需要；同时，为了科学实验和生产试验的目的，还可通过所述脉冲宽度测量显示装置4测量读取所述输出端uout输出的脉冲宽度，通过必要的数据修正和计算，将测取的模拟量转换成数字量，取得并显示所述监测区域土壤湿度的具体数值。

本实施例所述一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置，性能稳定可靠、测量精度较高，其中：测量范围为0～100%rh、测量精度为±3%rh、分辨率为1%rh，设计结构合理、制作成本较低、使用维护方便，广泛适用于农业产业化生产和生产科学试验等领域，实现土壤湿度的实时监测，适时作出土壤灌溉预警。

技术特征：

1.一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置，其特征在于，包括：多谐振荡电路（1）、土壤探针（2）和led指示装置（3）；

所述土壤探针（2）为两根，相互之间保持固定距离w，两根所述土壤探针（2）分别通过充放电电阻线路引脚a和b接入所述多谐振荡电路（1）中，所述led指示装置（3）与所述多谐振荡电路（1）的输出端uout相连接。

2.如权利要求1所述一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置，其特征在于，还包括：还包括测量显示装置（4）；

所述测量显示装置（4）与所述led指示装置（3）并联连接在所述多谐振荡电路的输出端uout。

3.如权利要求1或者2所述一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置，其特征在于：所述多谐振荡电路（1）为555定时器多谐振荡电路。

4.如权利要求3所述一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置，其特征在于：所述555定时器多谐振荡电路中，充电电阻r1为1000～3000欧姆，充放电电容c为22～47微法，滤波电容c0为0.1微法。

5.如权利要求3所述一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置，其特征在于：两根所述土壤探针（2）之间的距离w为7厘米。

技术总结
一种多谐振荡土壤湿度监测预警装置，包括：多谐振荡电路、土壤探针和LED指示装置以及测量显示装置；两根土壤探针分别通过充放电电阻线路引脚接入多谐振荡电路中，LED指示装置与多谐振荡电路的输出端相连接。该多谐振荡土壤湿度监测预警装置以土壤电阻作为充放电电阻，通过获取输出端输出的一系列矩形波，借助该矩形波振荡频率及其变化来直接检测土壤湿度并判断其变化规律，对土壤湿度实时监测，适时作出灌溉预警，由于不需要对数据参数进行二次转换，信息响应速度快，数据传输效率高，具有性能稳定可靠、测量精度较高、制作成本较低、使用维护方便的特点，可广泛应用于农生产、监测和科研实验等领域。

技术研发人员：鲁晓丽;严小农;李纪明;姜欣
受保护的技术使用者：牡丹江大学
技术研发日：2019.08.23
技术公布日：2020.07.07