土壤多参数测量装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种土壤多参数测量装置及方法，包括若干个温度传感器、湿度传感器、盐分传感器、PH值传感器、无线监测节点、田间控制站、喷雾单元、喷雾采集单元、加热单元、加热采集单元、服务器以及手机终端，温度传感器、湿度传感器、盐分传感器和PH值传感器连接无线监测节点，喷雾采集单元和加热采集单元分别连接喷雾单元和加热单元，并将采集的数据也发送到无线监测节点，田间控制站收集无线监测节点发送的数据并通过无线网络发送给服务器，手机终端根据服务器发送的温湿度数据远程控制喷雾单元和加热单元。通过将采集到的数据发送到手机终端，从而实现远程监控，智能化程度高，精度高。
【专利说明】
土壤多参数测量装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及土壤检测领域，尤其涉及的一种是土壤多参数测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]土壤是植物生活的基质，它提供了植物生活必需的营养和水分，是影响植物的一个重要生态因子，是生态系统中物质与能量交换的重要场所。作为地球生态系统的重要母体，对土壤物理参数的测量和研究是人们生活和生产顺利进行的重要保障，它对农业生产有着重要的应用价值。现有的土壤多参数测量装置功能单一，数据传输的可靠性低，很难完成更大范围的网络覆盖，信息很难实现共享，最终监测系统之间形成了若干个“信息孤岛，缺乏规范的土壤参数数据发布平台，导致数据的利用效率低。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种土壤多参数测量装置及方法，旨在解决现有技术智能化程度低、误差大的问题。
[0004]本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:
一种土壤多参数测量装置，包括若干个温度传感器、湿度传感器、盐分传感器、PH值传感器、无线监测节点、田间控制站、喷雾单元、喷雾采集单元、加热单元、加热采集单元、服务器以及手机终端，温度传感器、湿度传感器、盐分传感器和PH值传感器连接无线监测节点，喷雾采集单元和加热采集单元分别连接喷雾单元和加热单元，并将采集的数据也发送到无线监测节点，田间控制站收集无线监测节点发送的数据并通过无线网络发送给服务器，手机终端根据服务器发送的温湿度数据远程控制喷雾单元和加热单元。
[0005]—种土壤多参数测量方法，包括以下步骤:
步骤S1、初始化温湿度、PH值、盐分阈值以及喷雾单元和加热单元的控制指令:管理人员通过手机终端远程向服务器的配置单元发出温湿度参数配置指令，配置湿度阈值以及喷雾单元和加热单元的控制指令；
步骤S2、无线监测节点采集数据并发送到服务器:若干个温度传感器、湿度传感器、盐分传感器和PH值传感器分别对监测节点覆盖范围内的土壤信息进行数据采集并通过信号转换电路进行数据转换，然后将转换后的信号发送至ZigBee无线监测节点；同时喷雾采集单元采集的喷雾单元的状态数据以及加热采集单元采集的加热单元的状态数据也发送到无线监测节点；所述无线监测节点之间通过ZigBee网络建立连接，实现多个监测节点之间的数据互补；田间控制站与无线监测节点之间通过485串口进行通讯，收集周围无线监测节点的土壤环境数据以及喷雾单元和加热单元的工作状态数据，并通过WIFI无线通信模块连接无线路由器，通过无线通信网络将数据上传至服务器端的数据存储单元；
步骤S3、服务器将数据反馈给手机终端并及时预警:服务器端将更新后的温度、湿度、PH值、盐分、喷雾单元和加热单元的工作状态数据发送到手机终端，手机终端上的监测软件根据服务器发送的温、湿度数据生成并显示图形化的温度值曲线和湿度值曲线以及测量位置和测量时间；同时，服务器中的报警管理单元将采集到的温度值、湿度值、PH值、盐分值分别与手机终端配置或调整的阈值进行比较，得到比较结果，当所述比较结果符合预设的报警条件时，则生成报警信息，传输至手机终端；当所述比较结果不符合预设的报警条件时，重复执行S2-S3;
步骤S4、手机终端接到预警并进行远程控制:手机终端显示报警管理单元生成的声光报警信息，管理人员通过手机终端远程向服务器的配置单元发出温湿度参数调整指令，调温湿度阈值以及喷雾单元和加热单元的调整指令;服务器端将手机终端发出温湿度参数调整指令以及喷雾单元和加热单元的调整指令发送到田间控制站；田间控制站根据服务器发出的指令控制执行模块，所述执行模块包括喷雾单元的驱动装置和加热单元的加热装置，执行模块可控制喷雾和加热的时长;同时，管理人员可根据获取的PH值、盐分数据对土壤的PH值、盐分进行后期的调整。
[0006]所述服务器还设置有历史数据存储器FLASHROM用于存储历史温湿度、PH值、盐分数据，并且可通过手机终端查询历史温湿度曲线。
[0007]所述手机终端以Android系统为操作系统，支持面向对象的JAVA语言。
[0008]所述田间控制站连接有太阳能供电单元，所述太阳能供电单元包括太阳能电池板和蓄电池，太阳能供电单元为田间控制站供电。所述田间控制站包括ARM微处理器。
[0009]所述喷雾单元还包括水箱、与所述水箱连接的供水管路、与所述供水管路连接的雾化器和设置在所述雾化器上的水雾喷头;所述雾化器与喷雾单元的驱动装置连接。
[0010]所述喷雾采集单元包括流量计量单元，所述加热采集单元包括功率计量单元。
[0011]所述盐分传感器的主要部件是石墨电极和进行温度补偿用的热敏电阻，由四芯导线与电极插头相连结。将这种盐分传感器埋入土壤后，可直接测定土壤溶液中的可溶盐离子的电导率，从而得到盐分数据。
[0012]所述PH值传感器包括土壤PH复合电极，电极采用电极敏感膜，电极前端的保护瓶内有适量电极浸泡溶液，电极头浸泡其中，以保持玻璃球泡和液接界的活化，测量时旋松瓶盖，拔出电极，用去离子水洗净即可使用。
[0013]所述服务器连接有互联网，可通过手机终端实现远程登录查询。
[0014]所述手机终端设置有注册登录模块，所述注册登录模块包括身份识别单元，所述身份识别单元包括人脸识别模块，通过人脸识别模块进行身份认证确保了系统的安全性。
[0015]本发明所提供的土壤多参数测量装置及方法，有效地解决了现有技术工程量大、成本高，智能化程度低、误差大的问题，通过将采集到的数据发送到手机终端，实现远程监控，智能化程度高，精度高。
【附图说明】
[0016]图1为本发明提供的一种土壤多参数测量装置结构示意图。
[0017]图2为本发明提供的一种土壤多参数测量方法流程图。
【具体实施方式】
[0018]本发明提供一种土壤多参数测量装置及方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]如I图所示，一种土壤多参数测量装置，包括若干个温度传感器1、湿度传感器2、PH值传感器11、盐分传感器12、无线监测节点3、田间控制站4、喷雾单元5、喷雾采集单元6、加热单元7、加热采集单元8、服务器9以及手机终端10，温度传感器1、湿度传感器2、PH值传感器11和盐分传感器12连接无线监测节点3，喷雾采集单元6和加热采集单元8分别连接喷雾单元5和加热单元7，并将采集的数据也发送到无线监测节点3，田间控制站4收集无线监测节点3发送的数据并通过无线网络发送给服务器9，手机终端10根据服务器9发送的温湿度数据远程控制喷雾单元5和加热单元7。
[0020]如图2所示，一种采用上述土壤多参数测量装置的土壤多参数测量方法，包括以下步骤:
步骤S1、初始化温湿度、PH值、盐分值阈值以及喷雾单元5和加热单元7的控制指令:管理人员通过手机终端10远程向服务器9的配置单元发出温湿度参数配置指令，配置湿度阈值以及喷雾单元5和加热单元7的控制指令；
步骤S2、无线监测节点3采集数据并发送到服务器9:若干个温度传感器1、湿度传感器
2、PH值传感器11、盐分传感器12分别对监测节点覆盖范围内的土壤信息进行数据采集并通过信号转换电路进行数据转换，然后将转换后的信号发送至ZigBee无线监测节点3;同时喷雾采集单元6采集的喷雾单元5的状态数据以及加热采集单元8采集的加热单元7的状态数据也发送到无线监测节点3;所述无线监测节点3之间通过ZigBee网络建立连接，实现多个监测节点之间的数据互补；田间控制站4与无线监测节点3之间通过485串口进行通讯，收集周围无线监测节点3的土壤环境数据以及喷雾单元5和加热单元7的工作状态数据，并通过WIFI无线通信模块连接无线路由器，通过无线通信网络将数据上传至服务器9端的数据存储单元；
步骤S3、服务器9将数据反馈给手机终端10并及时预警:服务器9端将更新后的温度、湿度、PH值、盐分、喷雾单元5和加热单元7的工作状态数据发送到手机终端10，手机终端1上的监测软件根据服务器9发送的温、湿度数据生成并显示图形化的温度值曲线和湿度值曲线以及测量位置和测量时间；同时，服务器9中的报警管理单元将采集到的温度值、湿度值、PH值、盐分值分别与手机终端10配置或调整的阈值进行比较，得到比较结果，当所述比较结果符合预设的报警条件时，则生成报警信息，传输至手机终端10;当所述比较结果不符合预设的报警条件时，重复执行S2-S3 ；
步骤S4、手机终端10接到预警并进行远程控制:手机终端10显示报警管理单元生成的声光报警信息，管理人员通过手机终端10远程向服务器9的配置单元发出温湿度参数调整指令，调温湿度阈值以及喷雾单元5和加热单元7的调整指令;服务器9端将手机终端10发出温湿度参数调整指令以及喷雾单元5和加热单元7的调整指令发送到田间控制站4;田间控制站4根据服务器9发出的指令控制执行模块，所述执行模块包括喷雾单元5的驱动装置和加热单元7的加热装置，执行模块可控制喷雾和加热的时长；同时，管理人员可根据获取的PH值、盐分数据对土壤的PH值、盐分进行后期的调整。
[0021]所述服务器9还设置有历史数据存储器FLASHR0M用于存储历史温湿度、PH值、盐分数据，并且可通过手机终端1查询历史温湿度曲线。
[0022]所述手机终端10以Android系统为操作系统，支持面向对象的JAVA语言。
[0023]所述田间控制站4连接有太阳能供电单元，所述太阳能供电单元包括太阳能电池板和蓄电池，太阳能供电单元为田间控制站4供电。所述田间控制站4包括ARM微处理器。
[0024]所述喷雾单元5还包括水箱、与所述水箱连接的供水管路、与所述供水管路连接的雾化器和设置在所述雾化器上的水雾喷头;所述雾化器与喷雾单元5的驱动装置连接。
[0025]所述喷雾采集单元6包括流量计量单元，所述加热采集单元8包括功率计量单元。
[0026]所述盐分传感器12的主要部件是石墨电极和进行温度补偿用的热敏电阻，由四芯导线与电极插头相连结。将这种盐分传感器埋入土壤后，可直接测定土壤溶液中的可溶盐离子的电导率，从而得到盐分数据。
[0027]所述PH值传感器11包括土壤PH复合电极，电极采用电极敏感膜，电极前端的保护瓶内有适量电极浸泡溶液，电极头浸泡其中，以保持玻璃球泡和液接界的活化，测量时旋松瓶盖，拔出电极，用去离子水洗净即可使用。
[0028]所述服务器9连接有互联网，可通过手机终端10实现远程登录查询。
[0029]所述手机终端10设置有注册登录模块，所述注册登录模块包括身份识别单元，所述身份识别单元包括人脸识别模块，通过人脸识别模块进行身份认证确保了系统的安全性。
[0030]应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种土壤多参数测量装置，其特征在于，包括若干个温度传感器、湿度传感器、盐分传感器、PH值传感器、无线监测节点、田间控制站、喷雾单元、喷雾采集单元、加热单元、加热采集单元、服务器以及手机终端，温度传感器、湿度传感器、盐分传感器和PH值传感器连接无线监测节点，喷雾采集单元和加热采集单元分别连接喷雾单元和加热单元，并将采集的数据也发送到无线监测节点，田间控制站收集无线监测节点发送的数据并通过无线网络发送给服务器，手机终端根据服务器发送的温湿度数据远程控制喷雾单元和加热单元。2.—种采用权利要求1所述的土壤多参数测量装置的土壤多参数测量方法，包括以下步骤: 步骤S1、初始化温湿度、PH值、盐分阈值以及喷雾单元和加热单元的控制指令:管理人员通过手机终端远程向服务器的配置单元发出温湿度参数配置指令，配置湿度阈值以及喷雾单元和加热单元的控制指令； 步骤S2、无线监测节点采集数据并发送到服务器:若干个温度传感器、湿度传感器、盐分传感器和PH值传感器分别对监测节点覆盖范围内的土壤信息进行数据采集并通过信号转换电路进行数据转换，然后将转换后的信号发送至ZigBee无线监测节点；同时喷雾采集单元采集的喷雾单元的状态数据以及加热采集单元采集的加热单元的状态数据也发送到无线监测节点；所述无线监测节点之间通过ZigBee网络建立连接，实现多个监测节点之间的数据互补；田间控制站与无线监测节点之间通过485串口进行通讯，收集周围无线监测节点的土壤环境数据以及喷雾单元和加热单元的工作状态数据，并通过WIFI无线通信模块连接无线路由器，通过无线通信网络将数据上传至服务器端的数据存储单元； 步骤S3、服务器将数据反馈给手机终端并及时预警:服务器端将更新后的温度、湿度、PH值、盐分、喷雾单元和加热单元的工作状态数据发送到手机终端，手机终端上的监测软件根据服务器发送的温、湿度数据生成并显示图形化的温度值曲线和湿度值曲线以及测量位置和测量时间；同时，服务器中的报警管理单元将采集到的温度值、湿度值、PH值、盐分值分别与手机终端配置或调整的阈值进行比较，得到比较结果，当所述比较结果符合预设的报警条件时，则生成报警信息，传输至手机终端；当所述比较结果不符合预设的报警条件时，重复执行S2-S3; 步骤S4、手机终端接到预警并进行远程控制:手机终端显示报警管理单元生成的声光报警信息，管理人员通过手机终端远程向服务器的配置单元发出温湿度参数调整指令，调温湿度阈值以及喷雾单元和加热单元的调整指令;服务器端将手机终端发出温湿度参数调整指令以及喷雾单元和加热单元的调整指令发送到田间控制站；田间控制站根据服务器发出的指令控制执行模块，所述执行模块包括喷雾单元的驱动装置和加热单元的加热装置，执行模块可控制喷雾和加热的时长;同时，管理人员可根据获取的PH值、盐分数据对土壤的PH值、盐分进行后期的调整； 所述服务器还设置有历史数据存储器FLASHROM用于存储历史温湿度、PH值、盐分数据，并且可通过手机终端查询历史温湿度曲线； 所述手机终端以Android系统为操作系统，支持面向对象的JAVA语言； 所述田间控制站连接有太阳能供电单元，所述太阳能供电单元包括太阳能电池板和蓄电池，太阳能供电单元为田间控制站供电；所述田间控制站包括ARM微处理器； 所述喷雾单元还包括水箱、与所述水箱连接的供水管路、与所述供水管路连接的雾化器和设置在所述雾化器上的水雾喷头;所述雾化器与喷雾单元的驱动装置连接； 所述喷雾采集单元包括流量计量单元，所述加热采集单元包括功率计量单元； 所述盐分传感器的主要部件是石墨电极和进行温度补偿用的热敏电阻，由四芯导线与电极插头相连结；将这种盐分传感器埋入土壤后，可直接测定土壤溶液中的可溶盐离子的电导率，从而得到盐分数据； 所述PH值传感器包括土壤PH复合电极，电极采用电极敏感膜，电极前端的保护瓶内有适量电极浸泡溶液，电极头浸泡其中，以保持玻璃球泡和液接界的活化，测量时旋松瓶盖，拔出电极，用去离子水洗净即可使用； 所述服务器连接有互联网，可通过手机终端实现远程登录查询； 所述手机终端设置有注册登录模块，所述注册登录模块包括身份识别单元，所述身份识别单元包括人脸识别模块，通过人脸识别模块进行身份认证确保了系统的安全性。
【文档编号】G05D27/02GK105955377SQ201610594275
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月27日
【发明人】马德新, 马文杰, 唐启和, 徐鹏民, 丁兆堂, 王玉
【申请人】青岛农业大学