一种基于sdi-12协议的手持式土壤多参数测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及农业生产设备技术领域，具体涉及一种基于SD1-12协议的手持式土壤多参数测量仪。
【背景技术】
[0002]精细农业是当前农业发展的一个新趋势，它是指通过对土壤参数、作物长势等田间信息的监测及对产量的测量等方法来获取数据以了解整个田块的作物生长环境的空间变异特性，从而实现对农业各生产要素的最优控制，以达到农业生产效益最大化的目的。精细农业的研宄在我国处于一个刚刚开始的起步阶段。目前在我国发展精细农业过程中最为薄弱一个环节是农田信息的采集技术。尤其对于土壤这个农业生产的重要影响因素，现有的各种信息采集技术还很难达到精细农业生产的要求。这主要是由于土壤本身的特性-空间变异性极大且各参数之间的相互影响较为紧密所造成的。因此，寻求土壤多参数信息的同时获取成为当前土壤信息采集技术研宄一个前沿方向。
[0003]含水率、电导率及表层温度等土壤墒情信息是进行农牧业精确灌溉作业的基础。市场上单一测量土壤含水率或电导率的传感器已经较为普及，所用原理也各不相同，但大多接口复杂，无法提供标准输出信号，且功耗大，成本高。因此，如何在一个传感器上同时采集土壤多个参数并降低系统功耗，简化电路设计实为本实用新型所欲解决的问题。
【实用新型内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于SD1-12协议的手持式土壤多参数测量仪。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0006]本实用新型提供一种基于SD1-12协议的手持式土壤多参数测量仪，由硬件和电路两部分组成。硬件部分包括土壤传感器、绝缘塑料电缆和手持式数据采集显示器；土壤传感器通过绝缘塑料电缆和手持式数据采集显示器连接，绝缘塑料电缆和手持式数据采集显示器连接所用接头为3.5mm立体声插头，手持式数据采集显示器面板上设置有OLED显示屏和操作按键，一台手持式数据采集显示器配有5个接口，可同时检测交替显示5路传感信号；电路部分包括电源模块、电压转换电路、复位电路、按键控制电路、主控制电路、接口转换电路、数据存储电路、程序下载电路和显示电路；电源模块直接输出5VDC给土壤传感器和程序下载电路供电，并通过电压转换电路输出3.3VDC给主控制电路和显示电路供电；土壤传感器将采集到的信号经接口转换电路转换格式后输入主控制电路，主控制电路将采集到的数字信号进行数据处理后实时存储于数据存储电路中，然后在按键控制电路控制下通过显示电路显示相应传感数据。
[0007]所述的土壤传感器选用美国DECAGON公司的5TE三合一传感器，可以同时测量土壤水分，电导率(EC)和温度，激发电压范围为3-15V DC，采用SD1-12协议输出信号。
[0008]所述的绝缘塑料电缆采用三线制，包括电源线、数据线和地线，电缆长度在15m内可保证信号无衰减。
[0009]所述的电源模块采用5V可充电聚合物锂电池，电池容量2200mAh ;电压转换电路采用正向低压降稳压芯片ASM1117-3.3，稳压输出3.3V直流电压；主控制电路采用增强型51单片机STC12LE5A60S2，内部下载控制程序，以实现数据采集显示等功能；数据存储电路采用美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM产品AT24C16，存储容量为16K，数据断电不丢失。
[0010]本实用新型的有益效果是:由于采用5TE三合一传感器，可以同时测量土壤水分，电导率(EC)和温度，提高了土壤参数测量的效率和精度，有利于对土壤进行全面综合分析，能更好地指导农业生产；同时本传感器数据传输使用的是近年来欧美国家在水利水文、环境监测和气象监测系统中广泛应用的SD1-12接口协议，因此，只要通过一根三芯电缆，就可以把一台数据采集器与多个现场传感器联系起来，而且具有远距离传送，全天候防护和低成本、微功耗等优点。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型结构示意图。
[0012]图2为本实用新型测量系统框图。
[0013]图3-图5为本实用新型电路原理图。
[0014]图6为SD1-12通信协议时序图。
[0015]图7为SD1-12通信协议软件流程图。
[0016]其中，1.土壤传感器，2.绝缘塑料电缆，3.手持式数据采集显示器，4.电源模块，5.电压转换电路，6.复位电路，7.按键控制电路，8.主控制电路，9.接口转换电路，10.数据存储电路，11.程序下载电路，12.显示电路。
【具体实施方式】
[0017]本实用新型下面结合实施例并参照附图作进一步详述:参见图1和图2，本基于SD1-12协议的手持式土壤多参数测量仪，由硬件和电路两部分组成；硬件部分包括土壤传感器1、绝缘塑料电缆2和手持式数据采集显示器3，土壤传感器I通过绝缘塑料电缆2和手持式数据采集显示器3连接，绝缘塑料电缆2和手持式数据采集显示器3连接所用接头为3.5mm立体声插头，手持式数据采集显示器3面板上设置有OLED显示屏和操作按键，一台手持式数据采集显示器3配有5个接口，可同时检测交替显示5路传感信号；电路部分包括电源模块4、电压转换电路5、复位电路6、按键控制电路7、主控制电路8、接口转换电路9、数据存储电路10、程序下载电路11和显示电路12 ;电源模块4直接输出5VDC给土壤传感器I和程序下载电路11供电，并通过电压转换电路5输出3.3VDC给主控制电路8和显示电路12供电；土壤传感器I将采集到的信号经接口转换电路9转换格式后输入主控制电路8，主控制电路8将采集到的数字信号进行数据处理后实时存储于数据存储电路10中，然后在按键控制电路7控制下通过显示电路12显示相应传感数据。
[0018]参见图1，土壤传感器I选用的是美国DECAGON公司的5TE三合一传感器，可以同时测量土壤水分，电导率(EC)和温度，激发电压范围为3-15V DC，采用SD1-12协议输出信号。该传感器使用70MHz振荡器测量土壤的介电常数，确定水分含量。与传感器热力接触的热敏电阻测量温度，同时传感器表面的金丝组成了四点阵列来测量电导度。其工作原理如下:测量土壤含水率时，传感器向传感器分枝提供70MHz的振荡波，传感器分枝按照材料的电介质充电。存储的电荷与土壤电介质和土壤容积水分含量成比例。5TE微处理器测量传感器的电荷并输出一个值，这个值与水分含量相关；测量电导率(EC)时给2个外部电极施加交变电流，测量2个内部电极之间的电压来得到电导率(EC)。这个电压和电流都用在计算导度上。电压和导度与单元常数(电极的距离与它们的面积的比)相乘得到电导率。5TE使用Wenner矩阵来测量EC。Wenner矩阵分布在2个5TE分枝的四条金带上。5TE在传感器表面安装了热敏电阻来获取温度读数，热敏电阻与传感器的一个分枝热力接触，读取分枝表面的平均温度。
[0019]参见图3，电源模块4采用5V可充电聚合物锂电池