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多功能無線土壤環(huán)境監(jiān)測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多功能無線土壤環(huán)境監(jiān)測儀，監(jiān)測儀上設(shè)置有測量開關(guān)按鈕、透光窗、可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線、插入腳和SD卡端口，監(jiān)測儀內(nèi)具有溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、SD卡、信號處理和無線通信電路。本監(jiān)測儀能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境的多種參數(shù)的實時監(jiān)測、多點無線測量等功能，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。同時能對各測量信息進(jìn)行無線信號通信和SD卡儲存，適合于農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境的測量與教學(xué)實驗。
【專利說明】多功能無線土壤環(huán)境監(jiān)測儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種多功能無線土壤環(huán)境監(jiān)測儀，屬于電子技術(shù)和農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度和濕度等變化是農(nóng)業(yè)作物生長中的重要生長環(huán)境參數(shù)，溫度與濕度等各種環(huán)境參數(shù)直接影響農(nóng)作物的生長。但由于土壤環(huán)境中的各種參數(shù)變化迅速，用戶常常不能隨時監(jiān)測，并做出有效的判斷，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下。
[0003]傳統(tǒng)的土壤溫度和濕度等環(huán)境參數(shù)的測量大多采用人工測量的方式，相對于自動測量來說比較繁瑣、效率也低。同時如使用固定式的溫濕度等記錄儀只能放置在特定的區(qū)域，而有些情況受到被測環(huán)境、狀況和試驗區(qū)域等方面限制，需要應(yīng)用便攜式的且可對多個試驗區(qū)域進(jìn)行記錄的測量方式。為了保證能有正確的農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境測量數(shù)據(jù)，同時也考慮操作的方便性，需要開發(fā)一種能對土壤環(huán)境的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測測量的儀器。
[0004]針對傳統(tǒng)土壤環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中傳感器放置不靈活、走線多和監(jiān)測效率低等問題，提出了基于無線通信構(gòu)建的多功能土壤環(huán)境監(jiān)測儀，將無線通信技術(shù)應(yīng)用于土壤的溫度與濕度等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，并可將數(shù)據(jù)通過無線遠(yuǎn)程傳輸?shù)接脩舻慕邮諜C(jī)或計算機(jī)上，讓用戶可實時掌握農(nóng)田土壤的環(huán)境變化，并據(jù)此做出合理的判斷與響應(yīng)，從而能有效地提高農(nóng)作物的質(zhì)量與產(chǎn)量。
[0005]同時相比傳統(tǒng)固定式單一參數(shù)的監(jiān)測方式，本實用新型除通過多種傳感器能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境的多種參數(shù)的實時監(jiān)測外，采用了無線通信技術(shù)，還能靈活地進(jìn)行多點的測量，更能綜合反映農(nóng)田土壤的環(huán)境參數(shù)變化。
實用新型內(nèi)容
[0006]針對現(xiàn)有的測量儀器的不足，本實用新型采用無線單片機(jī)CC2430構(gòu)成信號處理和無線通信電路，并且結(jié)合新型數(shù)字式溫濕度傳感器SHT75等作為傳感元件連接到無線發(fā)射端，并放置于需要測量的土壤環(huán)境里，可將各傳感信號發(fā)射給遠(yuǎn)距離的無線接收端。同時監(jiān)測儀能將測量數(shù)據(jù)保存在SD卡中，方便了數(shù)據(jù)的使用。
[0007]本多功能無線土壤環(huán)境監(jiān)測儀，監(jiān)測儀上設(shè)置有測量開關(guān)按鈕、透光窗、可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線、插入腳和SD卡端口，監(jiān)測儀內(nèi)具有溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、SD卡、信號處理和無線通信電路。
[0008]本實用新型使用了多種傳感器，用以得到土壤環(huán)境的各種參數(shù)，從低成本、低功耗、高精度和簡化靈活性等方面綜合考慮，各種傳感器選型如下:空氣溫濕度傳感器選用SHT75、光照傳感器選用TSL2550、二氧化碳傳感器選用B-530。
[0009]本實用新型的信號處理和無線通信電路的核心器件是CC2430芯片，CC2430是TI公司的一顆系統(tǒng)芯片。它能夠提高性能并滿足無線2.4GHz ISM波段應(yīng)用，及對低成本，低功耗的要求。它結(jié)合一個高性能2.4GHz射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效的8051控制器，并結(jié)合了 8Kbyte的RAM及強(qiáng)大的外圍模塊。
[0010]CC2430芯片還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、4個定時器、AES128協(xié)同處理器、看門狗定時器、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路、掉電檢測電路，以及21個可編程I/O引腳。CC2430芯片采用0.18μπι CMOS工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA。CC2430只需少量的外圍元器件配合就能實現(xiàn)信號的收發(fā)及處理功能。
[0011]本實用新型的溫濕度采集電路的核心器件是SHT75芯片，它是瑞士 Sensirion推出的一種單芯片傳感器，基于領(lǐng)先世界的CMOSois?數(shù)字傳感技術(shù)，具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性，含有已校準(zhǔn)的數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。其內(nèi)部包括一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件，并與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路集成在同一芯片上，它可與單片機(jī)直接相連，此外，該傳感器還具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性價比高等優(yōu)點。且輸出為數(shù)字信號，抗干擾性優(yōu)于同類芯片。測量濕度范圍為O?100%RH，溫度范圍為-40?120°C。
[0012]光照傳感器TSL2550為數(shù)字傳感器，也掛接在I2C總線上。它具有兩個光電探測器，其中一個測得可見光和紅外光，另外一個測得紅外光。將這兩個所測讀數(shù)相減并數(shù)字化，就可得到與人眼所感覺相似的光強(qiáng)度結(jié)果。TSL2550內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以直接將檢測的結(jié)果轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號輸出，簡化了硬件設(shè)計。
[0013]二氧化碳傳感器B-530是一款很小、很輕的NDIR技術(shù)CO2傳感器模塊，使用壽命達(dá)到了 10年，測量范圍為O?lOOOOppm。
[0014]本實用新型的SD卡端口上具有遮片，可防止塵土和雨水等進(jìn)入監(jiān)測儀，其SD卡采用micro SD卡格式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是監(jiān)測儀外觀圖，其中的I是測量開關(guān)按鈕，2是透光窗、3是可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線，4是插入腳，5是SD卡端口。
[0016]圖2是傳感器采集接口電路圖。
[0017]圖3是溫濕度采集電路圖。
【具體實施方式】
[0018]結(jié)合附圖，下面具體說明多功能無線土壤環(huán)境監(jiān)測儀的工作和電路情況。
[0019]本實用新型的設(shè)計考慮了低成本、低功耗、微型化和穩(wěn)定可靠等因素。監(jiān)測儀系統(tǒng)主要由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊和供電模塊組成。各種傳感器模塊負(fù)責(zé)對土壤環(huán)境數(shù)據(jù)的信息采集，并提供給數(shù)據(jù)處理單元；由無線通信模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行無線通信，交換信息和存儲數(shù)據(jù)。
[0020]在傳感器采集接口電路中，SDA為數(shù)據(jù)線，SCK為時鐘線，它們是通過接口 P0.2和P0.3與CC2430進(jìn)行通信。
[0021]在溫濕度采集電路中，芯片供電電壓3.3V，在電源引腳和地之間安裝一個IOOnF的電容C42，起到去耦濾波的作用。串行接口是兩線式的結(jié)構(gòu)，串行時鐘輸入SCK與CC2430的P0.3相連，用于CC2430與SHT75之間的通訊同步；串行數(shù)據(jù)DATA是一個三態(tài)門結(jié)構(gòu)，與CC2430的P0.2相連，用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA在SCK時鐘下降沿改變狀態(tài)，并僅在SCK上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在SCK時鐘高電平時，DATA需要保持穩(wěn)定，為了避免信號沖突，在安裝一個IOkQ上拉電阻R47，使P0.2輸出低電平。
[0022]B-530為模擬傳感器，可通過CC2430的P0.5 口內(nèi)部的ADC輸入通道完成模數(shù)轉(zhuǎn)
換，無需外置A/D轉(zhuǎn)換器。
[0023]本監(jiān)測儀可將得到的測量信息用于無線通信的同時也存儲于SD卡中，以方便數(shù)據(jù)的備份、使用和讀取。
[0024]本實用新型能夠?qū)崟r采集包括溫度、濕度、二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度等土壤環(huán)境參數(shù)。完成對農(nóng)田的實時無線監(jiān)測、多點無線測量等功能，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用會有很好的發(fā)展前景。同時監(jiān)測儀能對測量信息進(jìn)行SD卡存儲和無線信號發(fā)射，適合于農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境的測量與教學(xué)實驗。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能無線土壤環(huán)境監(jiān)測儀，其特征是:監(jiān)測儀上設(shè)置有測量開關(guān)按鈕(I)、透光窗(2)、可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線(3)、插入腳(4)和SD卡端口(5);監(jiān)測儀內(nèi)具有溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、SD卡、信號處理和無線通信電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能無線土壤環(huán)境監(jiān)測儀，其特征是:其監(jiān)測儀內(nèi)的信號處理和無線通信電路的主芯片采用CC2430。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能無線土壤環(huán)境監(jiān)測儀，其特征是:其監(jiān)測儀上的SD卡端口上具有遮片，其SD卡采用micro SD卡格式。
【文檔編號】G01K7/00GK203405284SQ201320513750
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】汪建 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 汪建