一体化传感器单元及智能多层土壤温湿盐一体化传感器的制作方法

本实用新型涉及土壤数据检测装置,尤其涉及一种一体化传感器单元及智能多层土壤温湿盐一体化传感器。

背景技术：

土壤水分测量基于介电法测量的原理有时域tdr测量法、频域fdr测量法。tdr法可对土壤样品快速、连续、准确地测量，一般不需要标定，操作简便，可做成手持式在生产中由工作人员即时测量，也可通过导线远距离多点自动监测；但tdr法最大的缺点是电路复杂，导致设备昂贵，还需专业技术人员对测试图形结果分析。fdr法测量土壤含水量的原理与tdr类似，传感器主要有一对电极(平行排列的金属棒或圆形金属环)组成一个电容，其间的土壤充当电介质，电容与振荡器组成一个调谐器，振荡器工作频率f随土壤电容的增加而降低，电容c随土壤含水量的增加而增加，有此可知振荡器频率与土壤含水量呈非线性反比关系。fdr法几乎具有tdr法的所有优点，与tdr法相比，在电极的几何形状设计和工作频率的选取上有更大的自由度。大多数情况下，fdr法在低频(≤100mhz)工作，能够测定被土壤细颗粒束缚的水，这些水不能被工作频率超过250mhz的tdr法有效地测定。fdr法校准比tdr法更少、更省电、电缆长度限制少，可连续原位测定及无辐射等优点，在水分测定方法方面表现出更独特的优势，也不需要太多的专业知识去分析波形。而且fdr法的探头可与传统的数据采集器相连接，从而实现自动连续监测。因此采用fdr法测量原理的土壤水分传感器更适合于实际的需求。

但采用fdr法对土壤含水分测量是单点单要素测量方式，常规测量不同深度的土壤水分、土壤温度和土壤盐分时，需要分别安装传感器，安装使用比较麻烦，数据处理也需要单要素一个一个索取数据，集成端数据处理难度加大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可实现一次测量温度、湿度和盐分,还可多层次测量,并且测量电极不与土壤直接接触,不受化肥农药的腐蚀、不易老化、寿命长、使用方便的一体化传感器单元及智能多层土壤温湿盐一体化传感器。

本实用新型涉及的一体化传感器单元，包括主电路板，其特殊之处是：在主电路板上设置cpu、电源控制器、继电器、压控振荡器、滤波整形电路、rs485芯片和线圈，所述线圈分为两个，分别为线圈一和线圈二；在主电路板中心设有中心孔，在所述中心孔设置内铜柱一，在所述内铜柱一表面粘贴温度传感器，温度传感器输出端连接所述cpu；

在主电路板中心孔两侧对称设有左侧定位孔和右侧定位孔，在左侧定位孔和右侧定位孔分别设置内铜柱二和内铜柱三，在主电路板左右两侧靠近主电路板边缘位置分别设置左固定孔和右固定孔；

在主电路板上左右两侧分别套装铜环,二个铜环分别与所述内铜柱二和内铜柱三连接且固定在主电路板上；

所述电源控制器用于对外接电源起稳压作用并用于供电，所述线圈一和线圈二通过所述继电器与压控震荡器输入端相连，二个铜环通过内铜柱二和内铜柱三连接压控震荡器另一输入端，所述压控震荡器输出端连接滤波整形电路，滤波整形电路输出端连接所述cpu，通过继电器切换，分别接通线圈一和线圈二，产生二种不同频率信号。

进一步地，所述左固定孔和右固定孔分别有二个且上下对称布置。

进一步地,在所述铜环上对应所述内铜柱二和内铜柱三位置分别设有通孔，所述内铜柱二和内铜柱三插入铜环上对应的通孔内。

采用上述一体化传感器单元的智能多层土壤温湿盐一体化传感器，其特殊之处是：所述一体化传感器单元有多个，且依次排列并通过穿过对应一体化传感器单元中主电路左右两端的左、右固定孔的螺钉安装在一个长条形电木板上，所述电木板前端设置内装固体干燥剂的布袋和高能电池，所述电木板插装在pvc管内,各一体化传感器单元引线连接到插座上并固定在开口盖上,开口盖用螺钉与所述pvc管连接；在pvc管管壁上对应各一体化传感器单元的内铜柱一、内铜柱二和内铜柱三位置分别设置与各内铜柱实现电连接的外铜柱。

进一步地，所述pvc管表面设有刻度。

本实用新型的有益效果是：该传感器安装方便，只需挖一次坑，可同时测量土壤中土壤中不同深度的温、湿度、盐分，一次可测六个位置的温湿盐三种参数，互不干扰，既省时又减少破坏地面，用户可依需要进行扩展。三种温、湿、盐分三个传感器与高能电池装在同一个pvc管内,所以传感器不与土壤接触,不受化肥、农药等腐蚀,寿命长,精度高。利用rs485芯片通过gprs无线传输终端,传至智慧云数据中心，便于数据存贮、分析和管理。

附图说明

图1是本实用新型的一体化传感器单元主电路板结构示意图；

图2是本实用新型的一体化传感器单元结构示意图；

图3是本实用新型的智能多层土壤温湿盐一体化传感器内部结构图；

图4是本实用新型的智能多层土壤温湿盐一体化传感器外形图；

图5是图4的a－a剖视图；

图6是本实用新型的电路原理图。

图中：1.主电路板，2.cpu，3.电源控制器，4.继电器，5.压控振荡器，6.线圈，7.铜环，8.温度传感器，9.内铜柱一,10.内铜柱二，11.内铜柱三，101.中心孔，102.左侧定位孔，103.右侧定位孔，104.左固定孔，105.右固定孔,12.电木板，13.螺钉，14.电池，15.布袋，16.pvc管，17.开口盖，18.外铜柱。

具体实施方式

如图1和图6所示,本实用新型涉及的智能土壤温湿盐一体化传感器包括一体化传感器单元，所述一体化传感器单元包括主电路板1，在主电路板1上设置cpu2，其型号atmega128；电源控制器3，其型号7350-1；继电器4，其型号b3ga458；压控振荡器5，其型号mc1648d，滤波整形电路、rs485芯片(图1中省略)和线圈6，所述线圈6分为两个，分别为线圈一和线圈2。在主电路板1中心设有中心孔101，在所述中心孔101处设置内铜柱一9，在所述内铜柱一9表面粘贴温度传感器8，其型号18b20,并用保温棉将温度传感器8和内铜柱一9包好。温度传感器8输出端连接cpu2。

在主电路板中心孔101两侧对称设有左侧定位孔102和右侧定位孔103，左侧定位孔102和右侧定位孔103与中心孔101相距13mm。在左侧定位孔102和右侧定位孔103处分别设置内铜柱二10和内铜柱三11，在主电路板1左右两侧靠近主电路板边缘位置设置左右对称的左固定孔104和右固定孔105，左固定孔104和右固定孔105分别有二个且上下对称布置。

结合图2，在主电路板1上左右两侧对应左侧定位孔和右侧定位孔位置分别套装铜环7,二个铜环7分别通过安装在左侧定位孔102和右侧定位孔103处的内铜柱二10和内铜柱三11固定在主电路板1,所述内铜柱二10和内铜柱三11穿过对应侧的铜环7。

线圈一和线圈二通过所述继电器4与压控震荡器5输入端相连，二个铜环7接线端连接压控震荡器另一输入端，所述压控震荡器5输出端连接滤波整形电路，滤波整形电路输出端连接cpu2，通过继电器4切换，分别接通线圈一和线圈二，产生二种不同频率信号，

结合图3、图4，所述一体化传感器单元有多个，本实施例以4个为例,对各主电路板1进行编号排序(①、②、③、④),依次排列并通过穿过对应一体化传感器单元中主电路板1左右两端的左、右固定孔104和105的螺钉13安装在一个长条形电木板12上。电木板12前端绑扎内装固体干燥剂的布袋15和高能电池14，所述电木板12插装在pvc管16内,所述pcv管16面设有刻度且由两个截面为半圆环形的半管体扣合而成，其间密封。各一体化传感器单元引线连接到四芯航空插座上并固定在开口盖17上,开口盖17用螺丝钉与pvc管16连接。

如图5所示，在pvc管16管壁上对应各一体化传感器单元的内铜柱一9、内铜柱二10和内铜柱三11位置分别设置与各内铜柱实现电连接的外铜柱18并调正使pvc管壁上各外铜柱对正各电路板上的内铜柱且其间电连接。

如图6所示，本实用新型是以测量电场中的介电常数为基础,水的介电常数比其它物质介电常数大的多,在土壤的含水量变化时测量起来数据变化明显,本传感器是利用两个铜环做电容(铜环相当于电极)，电极间的电场耦合强度则与管外的土壤含水有关,使两个电极的电电容量随着管外的土壤含水量变化而改变,而使震荡频率发生变化,通过测量频率变化便可得知土壤含水多少。具体测量时通过继电器4切换接通线圈一或线圈二，产生二种不同频率的信号，利用二种不同频率信号，分别测量水分和盐分。温度测量是利用高精度温度传感器8直接测量。利用rs485芯片通过gprs无线传输终端,传至智慧云数据中心，便于数据存贮、分析和管理。

以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。