專利名稱：基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及涉及檢測和控制系統(tǒng)，特別涉及一種基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近幾十年來，水資源的緊張情況仍在加劇，已成為世界許多國家政府的燃眉之急，我國更是首當(dāng)其沖。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，北部地區(qū)在農(nóng)、林、園林綠化灌溉等方面的耗水量持續(xù)加大，水資源供需矛盾越發(fā)突出，節(jié)約用水從而降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量成為現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)科技革命的發(fā)展潮流。土壤墑情的監(jiān)測又是節(jié)水灌溉的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。如何提供某一地區(qū)某一區(qū)域的土壤墑情常年監(jiān)測的詳實(shí)數(shù)據(jù)，從而對(duì)灌溉策略的提出和實(shí)施提供依據(jù)，目前還是一個(gè)重要的課題，有待研究。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種防止過量灌溉，節(jié)水效果好，可以常年實(shí)時(shí)測量不同地區(qū)不同區(qū)域的土壤溫度、水分等土壤墑情數(shù)據(jù)，為該區(qū)域的節(jié)水灌溉策略的提出和實(shí)施提供參考依據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括若干土壤水分傳感器和土壤溫度傳感器，還包括若干監(jiān)測基站和一個(gè)數(shù)據(jù)中心，其中，監(jiān)測基站包括數(shù)據(jù)采集控制器和與其分別相連的第二 GPRS無線通訊模塊構(gòu)和太陽能充電供電模塊，監(jiān)測基站由太陽能充電供電模塊供電，土壤溫度傳感器和土壤水分傳感器分別與數(shù)據(jù)采集控制器相連，數(shù)據(jù)采集控制器通過第二 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊接入英特網(wǎng)；數(shù)據(jù)中心包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和與其相連的第一 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過第一 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊接入英特網(wǎng)；數(shù)據(jù)采集控制器采集土壤溫度傳感器和土壤水分傳感器的測量數(shù)據(jù)，通過第二 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊、英特網(wǎng)和第一 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸至數(shù)據(jù)中心。本實(shí)用新型基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其中每個(gè)監(jiān)測基站包括所述土壤水分傳感器3個(gè)，土壤溫度傳感器I個(gè)，第一土壤水分傳感器與地表的距離為10cm-15cm，第二土壤水分傳感器與地表的距離為20cm-25cm，第三土壤水分傳感器與地表的距離為35cm-40cm, 土壤溫度傳感器與地表的距離為20cm-25cm。本實(shí)用新型基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)采集控制器采用型號(hào)為ATmegal28的芯片構(gòu)成。本實(shí)用新型基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是由于同時(shí)測量土壤的溫度和水分，土壤水分傳感器分層豎直排列，水平埋放，同時(shí)檢測和控制多層土壤的水分，可以有效檢測地表下30cm范圍內(nèi)土壤溫度和水分的變化情況，將上層土壤的含水量控制在設(shè)定的范圍內(nèi)，保持中層土壤含水量穩(wěn)定，從而達(dá)到灌溉水被植物根系有效吸收而不下滲的目的，防止過量灌溉，節(jié)水效果明顯。用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地查詢數(shù)據(jù)，也可根據(jù)設(shè)定閾值結(jié)合采集數(shù)據(jù)判斷是否給指定用戶發(fā)送報(bào)警短信，快速便捷，實(shí)用可靠。系統(tǒng)可以常年實(shí)時(shí)測量不同地區(qū)不同區(qū)域的土壤溫度、水分等土壤墑情數(shù)據(jù)，為該區(qū)域的節(jié)水灌溉策略的提出和實(shí)施提供參考依據(jù)。下面將結(jié)合實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明，以對(duì)本實(shí)用新型的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)有深入的理解。

圖I為本實(shí)用新型基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的方框圖；圖2為傳感器埋設(shè)示意圖；圖3為數(shù)據(jù)采集控制器的電路原理圖；圖4為太陽能充電供電模塊的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面以實(shí)施例對(duì)技術(shù)方案做詳細(xì)說明。參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括若干監(jiān)測基站2和一個(gè)數(shù)據(jù)中心I。其中，監(jiān)測基站2包括土壤溫度傳感器22、土壤水分傳感器23、數(shù)據(jù)采集控制器21和與其分別相連的第二 GPRS無線通訊模塊24和太陽能充電供電模塊25。監(jiān)測基站2由太陽能充電供電模塊25供電。土壤溫度傳感器22和土壤水分傳感器23分別與數(shù)據(jù)采集控制器21相連，數(shù)據(jù)采集控制器21通過第二 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊24接入英特網(wǎng)。數(shù)據(jù)中心I包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器11和與其相連的第一 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊12。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器11經(jīng)RS-232接口通過第一 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊12接入英特網(wǎng)。數(shù)據(jù)采集控制器21采集土壤溫度傳感器22和土壤水分傳感器23的測量數(shù)據(jù)，通過第二 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊24、英特網(wǎng)和第一 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊12傳輸至數(shù)據(jù)中心I。在本實(shí)用新型基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)施例中，參照?qǐng)D2，其中每個(gè)監(jiān)測基站2包括3個(gè)土壤水分傳感器23和I個(gè)土壤溫度傳感器22，水平埋放。第一土壤水分傳感器221與地表的距離hi為10cm-15cm，第二土壤水分傳感器222與地表的距離hl+h2為20cm-25cm,第三土壤水分傳感器223與地表的距離hl+h2+h3為35cm-40cm, 土壤溫度傳感器22與地表的距離h4為20cm-25cm。此處土壤水分傳感器埋設(shè)距離為一般值，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測基站所監(jiān)測區(qū)域作物或植被的不同來具體設(shè)定。以草坪為例，因?yàn)椴萜旱母递^淺，因此地表以下IOcm內(nèi)上層土壤的含水量是系統(tǒng)的控制對(duì)象，在IOcm處安裝土壤水分傳感器監(jiān)測其水分變化。在15cm和25cm處安裝的傳感器用于監(jiān)測地表以下15cm至20cm的中層和距地表20cm以下的下層土壤的水分變化情況，以監(jiān)測灌溉水的下滲和地下水的向上補(bǔ)給情況。參照?qǐng)D3，數(shù)據(jù)采集控制器采用型號(hào)為ATmegal28的芯片構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集控制器內(nèi)部設(shè)置時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊。參照?qǐng)D4，太陽能充電供電模塊包含太陽能電池充電控制板、太陽能板、鉛酸電池三大部分。上述電路為技術(shù)，故不作詳細(xì)說明。下面說明本實(shí)用新型基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的工作過程。參照?qǐng)D1，數(shù)據(jù)采集控制器21設(shè)置每個(gè)監(jiān)測基站2的土壤水分上、下限，作為灌溉決策閾值；建立檢測點(diǎn)與相應(yīng)區(qū)域報(bào)警閾值的關(guān)系，依據(jù)時(shí)鐘每隔十分鐘自動(dòng)采集當(dāng)前土壤溫度傳感器23、土壤水分傳感器22數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后通過第二 GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊24將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器11所掛載網(wǎng)站的域名地址，數(shù)據(jù)中心I的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器11實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)端口狀態(tài)，一旦有監(jiān)測基站2的數(shù)據(jù)發(fā)回，將數(shù)據(jù)包解包后存入主數(shù)據(jù)庫，監(jiān)測基站2實(shí)時(shí)訪問調(diào)用數(shù)據(jù)庫，為用戶提供遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)訪問、查看、下載等服務(wù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心I根據(jù)監(jiān)測基站2采集回的數(shù)據(jù)與設(shè)定報(bào)警閾值的對(duì)比，決定是否通過第一 GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊12給指定用戶發(fā)送報(bào)警短信。整個(gè)系統(tǒng)如此循環(huán)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同地區(qū)土壤墑情的常年遠(yuǎn)程監(jiān)測。下面以本實(shí)用新型基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)施例說明使用的方法。假設(shè)某待監(jiān)測地域分區(qū)可以分為A B C三個(gè)區(qū)域，分別在各個(gè)區(qū)域中選擇一個(gè)土壤含水量具有代表性的地點(diǎn)作為信息檢測點(diǎn)命名為a b c，各點(diǎn)均垂直埋放三個(gè)土壤水分傳感器、一個(gè)土壤溫度傳感器。以A區(qū)a點(diǎn)為例介紹系統(tǒng)的工作過程。首先進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù) 的設(shè)置，設(shè)a點(diǎn)的土壤含水量上限為30%，下限為27%，系統(tǒng)每過10分鐘采集一次土壤信息。系統(tǒng)啟動(dòng)后開始計(jì)時(shí)，監(jiān)測基站2在10分鐘后進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，然后將得到的a點(diǎn)信息(土壤溫度和含水量)做處理，得到一個(gè)土壤含水量及溫度數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)通過GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送回?cái)?shù)據(jù)中心1，至此，監(jiān)測基站2完成一個(gè)監(jiān)控周期并等待下次采集時(shí)間的到來。數(shù)據(jù)中心I接到數(shù)據(jù)后,將所接收數(shù)據(jù)存入主數(shù)據(jù)庫為監(jiān)測基站2服務(wù)程序備用，同時(shí)對(duì)比采集數(shù)據(jù)與設(shè)定報(bào)警閾值，如若超出范圍則通過與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器11連接的第一 GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊12給指定用戶發(fā)送預(yù)警手機(jī)短信息。而監(jiān)測基站2訪問主數(shù)據(jù)庫，即可實(shí)時(shí)為用戶提供遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)訪問、查看、下載等服務(wù)。至此，整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)運(yùn)行周期完成。本實(shí)用新型基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的特點(diǎn)是I. 土壤水分傳感器分三層豎直排列，水平埋放，可以有效檢測地表下40cm范圍內(nèi)土壤水分的變化情況，使系統(tǒng)可以將上層土壤的含水量控制在設(shè)定的范圍內(nèi)，保持中層土壤含水量穩(wěn)定，從而達(dá)到灌溉水被植物根系有效吸收而不下滲的目的。使用時(shí)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合理的土壤水分上、下限，可以防止過量灌溉，達(dá)到節(jié)水目的。2.對(duì)土壤信息的采集不再局限于水分，而是同時(shí)測量土壤的溫度和水分，可以從這兩個(gè)方面考察土壤的狀態(tài)，綜合分析做出更符合實(shí)際情況的判斷。3.對(duì)土壤信息的采集不再局限于表層，而是檢測多層土壤水分和溫度的變化，可以常年實(shí)時(shí)測量不同地區(qū)不同區(qū)域的土壤溫度、水分等土壤墑情數(shù)據(jù)，為該區(qū)域的節(jié)水灌概策略的提出和實(shí)施提供參考依據(jù)。4.用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地訪問數(shù)據(jù)查詢服務(wù)站點(diǎn)，也可根據(jù)設(shè)定閾值結(jié)合采集數(shù)據(jù)判斷是否給指定用戶發(fā)送報(bào)警短信，快速便捷，實(shí)用可靠。上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求1.一種基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括若干土壤水分傳感器(22)和土壤溫度傳感器(23)，其特征在于還包括若干監(jiān)測基站(2)和一個(gè)數(shù)據(jù)中心(1)，其中，監(jiān)測基站⑵包括數(shù)據(jù)采集控制器(21)和與其分別相連的第二 GPRS無線通訊模塊構(gòu)(24)和太陽能充電供電模塊(25)，監(jiān)測基站(2)由太陽能充電供電模塊供電，土壤溫度傳感器(22)和土壤水分傳感器(23)分別與數(shù)據(jù)采集控制器(21)相連，數(shù)據(jù)采集控制器(21)通過第二GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊(24)接入英特網(wǎng)；數(shù)據(jù)中心⑴包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(11)和與其相連的第一 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊(12)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(11)通過第一 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊(12)接入英特網(wǎng)；數(shù)據(jù)采集控制器(21)采集土壤溫度傳感器(22)和土壤水分傳感器(23)的測量數(shù)據(jù)，通過第二GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊(24)、英特網(wǎng)和第一GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊(12)傳輸至數(shù)據(jù)中心⑴。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于其中每個(gè)監(jiān)測基站(2)包括所述土壤水分傳感器(23) 3個(gè)，土壤溫度傳感器(22) I個(gè)，第一土壤水分傳感器(221)與地表的距離(hi)為10cm-15cm，第二土壤水分傳感器(222)與地表的距離(hl+h2)為20cm-25cm，第三土壤水分傳感器(223)與地表的距離(hl+h2+h3)為35cm-40cm，土壤溫度傳感器(22)與地表的距離(h4)為20cm-25cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于其中所述數(shù)據(jù)采集控制器(21)采用型號(hào)為ATmegal28的芯片構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型基站式土壤墑情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括若干監(jiān)測基站和一個(gè)數(shù)據(jù)中心。監(jiān)測基站包括土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、數(shù)據(jù)采集控制器、第二GPRS無線通訊模塊和太陽能充電供電模塊。土壤溫度傳感器和土壤水分傳感器分別與數(shù)據(jù)采集控制器相連。數(shù)據(jù)采集控制器采集土壤溫度傳感器和土壤水分傳感器的測量數(shù)據(jù)，通過第二GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊、英特網(wǎng)和第一GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸至數(shù)據(jù)中心。其優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)測量土壤的溫度和水分，土壤水分傳感器分層埋放，同時(shí)檢測和控制多層土壤的水分，防止過量灌溉，節(jié)水效果明顯。用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地查詢數(shù)據(jù)，也可根據(jù)設(shè)定閾值結(jié)合采集數(shù)據(jù)判斷是否給指定用戶發(fā)送報(bào)警短信，快速便捷，實(shí)用可靠。
文檔編號(hào)G08C17/02GK202648697SQ20122013992
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者趙燕東, 聶銘君, 劉圣波, 劉賀, 王勇志, 劉衛(wèi)平 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)