專利名稱：農田信息采集裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及農田信息采集，具體是一種主要獲取土壤屬性信息、位置信息、 農田環境信息的農田信息采集裝置。
背景技術：
精細農業是基于信息和知識支持的現代農業，其核心是動態、實時地獲取 農田小區土壤和農作物的信息，診斷作物長勢和產量時空差異的原因，并對小 區進行準確的灌溉、施肥、噴藥，最大限度地提高水、肥和藥物的利用效率， 增加產量，減少環境污染，獲得最佳的經濟效益和生態效益。其中，快速有效 地采集和描述影響作物生長的田間信息，是開展精細農業實踐的重要基礎。田 間信息大致可以分為土壤屬性信息(如土壤含水量、土壤緊實度、土壤溫度、 土壤電導率、土壤pH值等)、位置信息、作物生長信息、農田環境信息(如環 境的溫濕度)和作物產量信息等，其具有量大、多維、動態、不確定、不完整、 稀疏性、時空變異性強等特點。因此，由于農田信息采集的特殊性野外測量、 測量范圍廣、測量點分散等，如果使用單一檢測功能的儀器來測量農田信息， 那么每測一種農田信息，就要重復地在農田區域定位、采樣、測量、數據處理。 不但要耗費大量人力，而且效率低，實時性差，不能滿足精細農業農田信息采 集的需求。
發明內容
本發明為了能滿足精細農業農田信息采集的需求，主要針對土壤屬性信息、位置信息、農田環境信息的獲取，提供了一種農田信息采集裝置。
本發明是采用如下技術方案實現的農田信息采集裝置，包括信息處理主 機、用于檢測土壤參數的土壤水分傳感器、土壤緊實度傳感器、土壤電導率傳 感器、土壤pH值傳感器、土壤溫度傳感器；信息處理主機包含機殼、置于機 殼內的信息處理電路；信息處理電路包含單片機、存儲器、GPS接收模塊、 MAX232電平轉換芯片、A/D轉換芯片、用于檢測環境溫濕度的溫濕度傳感器、 以及3路分別用于對土壤緊實度傳感器、土壤電導率傳感器、土壤pH值傳感 器的輸出信號進行放大的信號放大電路，存儲器、GPS接收模塊、MAX232 電平轉換芯片、A/D轉換芯片、以及溫濕度傳感器與單片機相連，信號放大電 路的輸出端與A/D轉換芯片相連；機殼上設有與單片機連接的LCD顯示屏、 鍵盤、與MAX232電平轉換芯片連接的RS232通訊接口、以及實現各傳感器 與信息處理電路連接的信息采集接口 CON4、 CON5，溫濕度傳感器的探頭設 置于機殼外側；其中，所述單片機采用78LE58型號單片機；GPS接收模塊采 用LEA-4S型號GPS接收模塊；A/D轉換芯片采用TLC2543型號A/D轉換芯 片；用于對土壤緊實度傳感器的輸出信號進行放大的信號放大電路包含OP-07 差分放大器，OP-07差分放大器的同相端、反相端與信號采集接口 CON5相連， OP-07差分放大器的反相端與輸出端之間串聯有電阻R15，輸出端經電阻R16、 電容C9接地，電阻R16、電容C9的連接節點與A/D轉換芯片的引腳IN2連 接，OP-07差分放大器的同相端經電阻R13接地，經電阻R14與電源VCC連 接；用于對土壤電導率傳感器的輸出信號進行放大的信號放大電路包括兩個由 LM358型運算放大器構成的跟隨器U9A、 U9B，跟隨器U9A的同相端與單片 機的P20口相連，輸出端經電阻R4、電阻R21、電容C12接地，電阻R4、電阻R21的連接節點DDL、跟隨器U9B的輸出端DDH與信號采集接口 CON4 相連，電阻R21、電容C12的連接節點與A/D轉換芯片的引腳IN1連接，跟 隨器U9B的同相端經電阻R12接地，經電阻R22與電源VCC連接；用于對 土壤pH值傳感器的輸出信號進行放大的信號放大電路包含ICL7650型斬波穩 零式高精度運算放大器，ICL7650型斬波穩零式高精度運算放大器的+IN引腳 與信號采集接口 CON4相連，弓I腳CA與引腳CB之間、引腳CR與引腳CB 之間分別串聯有電容CIO、 Cll，弓I腳-IN與引腳OUT相連，弓l腳OUT與A/D 轉換芯片的引腳IN4連接，兩引腳NC相連。
為了信息處理主機能將采集到的農田信息通過無線傳輸方式傳輸至上位 機，本發明所述采集儀還配置有采用RS232通訊接口的GSM通訊模塊，可連 接于信息處理主機的RS232通訊接口 。
另外，為了減小信息處理主機的體積，進一步實現攜帶方便的目的，信息 處理主機的信息采集接口采用接口共用方式，僅設置l-2個信息采集接口，本 發明中土壤水分傳感器、土壤緊實度傳感器和土壤溫度傳感器共用一個信息采 集接口； 土壤電導率和土壤pH值傳感器共用另一個信息采集接口；即在測量 土壤不同屬性時，將相應的傳感器與其中相應的信息采集接口相連，即可在單 片機控制下進行相應土壤屬性的測量。
所述土壤水分傳感器、土壤緊實度傳感器、土壤電導率傳感器、土壤pH 值傳感器、土壤溫度傳感器、溫濕度傳感器是現有公知產品，能由市面直接購 得；
與現有技術相比，以本發明所述采集儀在各農田測量點進行農田信息采集 時，內置于信息處理主機的GPS接收模塊可以在進行采集田間信息屬性值的同時獲取測量點的GPS定位信號，并傳輸至單片機，由單片機處理得出農田
測量點的經、緯度信息，便于快速建立地理位置與農田狀況的對應關系；內置 于信息處理主機的溫濕度傳感器，通過設置于機殼外側的探頭可以實時測量當 前環境的溫、濕度和露點溫度；與信息處理主機外接的土壤屬性傳感器對各土 壤屬性土壤水分、土壤緊實度、土壤溫度、土壤溶液pH值、以及土壤溶液 電導率進行實時、快速檢測；傳感器將檢測信號傳輸至信息處理電路的單片機， 在相應軟件支持下，單片機將經換算處理得到的參數值或直接獲取得到的參數 值經由LCD顯示屏顯示、存儲器存儲，同時，由MAX232電平轉換芯片電平 轉換后，由通訊接口將與測量點對應的經、緯度信息和土壤屬性信息、環境溫 濕度信息通過有線或無線通訊方式上傳至上位機，由上位機進行后續匯總、分 析處理。
本發明結構合理、緊湊，能快速實現農田測量點的定位、以及農田測量點 處多種土壤屬性信息(土壤含水量、土壤緊實度、土壤溫度、土壤電導率、土 壤pH值)和環境信息(環境溫濕度)的測量，滿足精細農業對農田信息采集 的需求。
圖1為本發明的原理方框圖2為本發明信息處理電路的電路原理具體實施例方式
如圖1、 2所示，農田信息采集裝置，包括信息處理主機、用于檢測土壤 參數的土壤水分傳感器、土壤緊實度傳感器、土壤電導率傳感器、土壤pH值 傳感器、土壤溫度傳感器；信息處理主機包含機殼、置于機殼內的信息處理電路；信息處理電路包含單片機、存儲器、GPS接收模塊、MAX232電平轉換芯 片、A/D轉換芯片、用于檢測環境溫濕度的溫濕度傳感器、以及3路分別用于 對土壤緊實度傳感器、土壤電導率傳感器、土壤pH值傳感器的輸出信號進行 放大的信號放大電路，存儲器、GPS接收模塊、MAX232電平轉換芯片、A/D 轉換芯片、以及溫濕度傳感器與單片機相連，信號放大電路的輸出端與A/D轉 換芯片相連；機殼上設有與單片機連接的LCD顯示屏、鍵盤、與MAX232電 平轉換芯片連接的RS232通訊接口、以及實現各傳感器與信息處理電路連接的 信息采集接口 CON4、 CON5，溫濕度傳感器的探頭設置于機殼外側；其中， 所述單片機采用78LE58型號單片機；GPS接收模塊采用LEA-4S型號GPS接 收模塊；A/D轉換芯片采用TLC2543型號A/D轉換芯片；用于對土壤緊實度 傳感器的輸出信號進行放大的信號放大電路包含OP-07差分放大器，OP-07差 分放大器的同相端、反相端與信號采集接口CON5相連，OP-07差分放大器的 反相端與輸出端之間串聯有電阻R15，輸出端經電阻R16、電容C9接地，電 阻R16、電容C9的連接節點與A/D轉換芯片的引腳IN2連接，OP-07差分放 大器的同相端經電阻R13接地，經電阻R14與電源VCC連接；用于對土壤電 導率傳感器的輸出信號進行放大的信號放大電路包括兩個由LM358型運算放 大器構成的跟隨器U9A、 U9B，跟隨器U9A的同相端與單片機的P20 口相連， 輸出端經電阻R4、電阻R21、電容C12接地，電阻R4、電阻R21的連接節點 DDL、跟隨器U9B的輸出端DDH與信號采集接口CON4相連，電阻R21、電 容C12的連接節點與A/D轉換芯片的引腳IN1連接，跟隨器U9B的同相端經 電阻R12接地，經電阻R22與電源VCC連接；用于對土壤pH值傳感器的輸 出信號進行放大的信號放大電路包含ICL7650型斬波穩零式高精度運算放大器，ICL7650型斬波穩零式高精度運算放大器的+IN弓I腳與信號采集接口 CON4 相連，引腳CA與引腳CB之間、引腳CR與引腳CB之間分別串聯有電容CIO、 Cll，弓l腳-IN與引腳OUT相連，引腳OUT與A/D轉換芯片的引腳IN4連接， 兩引腳NC相連。還配置有采用RS232通訊接口的GSM通訊模塊。
具體實施時，土壤水分傳感器采用SWR-2型土壤水分傳感器；土壤緊實 度傳感器采用杭州傳感器廠生產的CL-YB-13型電阻應變拉壓力傳感器；土壤 溫度傳感器采用美國DALLAS半導體公司生產的一款基于l-Wire總線協議的 可編程數字溫度傳感器DS18B20型溫度傳感器；土壤pH值傳感器采用武漢能 世化學有限公司的高性能pH復合電極ASP2101電極；土壤電導率傳感器采用 武漢能世化學有限公司的SDL-1型電導電極;溫濕度傳感器采用數字式溫濕度 傳感器SHT11;鍵盤采用行列式按鈕；LCD顯示屏采用122X32字符型液晶 顯示模塊TJDM12232C;存儲器采用ATMEL公司生產的512K位串行電可擦 的可編程只讀存儲器AT24C512; GSM通訊模塊采用Wavecom公司研制的 WavecomWMOD2B Modem;機殼采用工程塑料制成，既減輕了儀器質量，又 滿足了強度要求。
權利要求
1、一種農田信息采集裝置，其特征在于包括信息處理主機、用于檢測土壤參數的土壤水分傳感器、土壤緊實度傳感器、土壤電導率傳感器、土壤pH值傳感器、土壤溫度傳感器；信息處理主機包含機殼、置于機殼內的信息處理電路；信息處理電路包含單片機、存儲器、GPS接收模塊、MAX232電平轉換芯片、A/D轉換芯片、用于檢測環境溫濕度的溫濕度傳感器、以及3路分別用于對土壤緊實度傳感器、土壤電導率傳感器、土壤pH值傳感器的輸出信號進行放大的信號放大電路，存儲器、GPS接收模塊、MAX232電平轉換芯片、A/D轉換芯片、以及溫濕度傳感器與單片機相連，信號放大電路的輸出端與A/D轉換芯片相連；機殼上設有與單片機連接的LCD顯示屏、鍵盤、與MAX232電平轉換芯片連接的RS232通訊接口、以及實現各傳感器與信息處理電路連接的信息采集接口CON4、CON5，溫濕度傳感器的探頭設置于機殼外側；其中，所述單片機采用78LE58型號單片機；GPS接收模塊采用LEA-4S型號GPS接收模塊；A/D轉換芯片采用TLC2543型號A/D轉換芯片；用于對土壤緊實度傳感器的輸出信號進行放大的信號放大電路包含OP-07差分放大器，OP-07差分放大器的同相端、反相端與信號采集接口CON5相連，OP-07差分放大器的反相端與輸出端之間串聯有電阻R15，輸出端經電阻R16、電容C9接地，電阻R16、電容C9的連接節點與A/D轉換芯片的引腳IN2連接，OP-07差分放大器的同相端經電阻R13接地，經電阻R14與電源VCC連接；用于對土壤電導率傳感器的輸出信號進行放大的信號放大電路包括兩個由LM358型運算放大器構成的跟隨器U9A、U9B，跟隨器U9A的同相端與單片機的P20口相連，輸出端經電阻R4、電阻R21、電容C12接地，電阻R4、電阻R21的連接節點DDL、跟隨器U9B的輸出端DDH與信號采集接口CON4相連，電阻R21、電容C12的連接節點與A/D轉換芯片的引腳IN1連接，跟隨器U9B的同相端經電阻R12接地，經電阻R22與電源VCC連接；用于對土壤pH值傳感器的輸出信號進行放大的信號放大電路包含ICL7650型斬波穩零式高精度運算放大器，ICL7650型斬波穩零式高精度運算放大器的+IN引腳與信號采集接口CON4相連，引腳CA與引腳CB之間、引腳CR與引腳CB之間分別串聯有電容C10、C11，引腳-IN與引腳OUT相連，引腳OUT與A/D轉換芯片的引腳IN4連接，兩引腳NC相連。
2、 根據權利要求1所述的農田信息采集裝置，其特征在于還配置有采 用RS232通訊接口的GSM通訊模塊。
3、 根據權利要求1所述的農田信息采集裝置，其特征在于土壤水分傳 感器采用SWR-2型土壤水分傳感器；土壤緊實度傳感器采用CL-YB-13型電 阻應變拉壓力傳感器；土壤溫度傳感器采用DS18B20型溫度傳感器；土壤pH 值傳感器采用ASP2101型pH復合電極；土壤電導率傳感器采用SDL-1型電 導電極；溫濕度傳感器采用數字式溫濕度傳感器SHTll。
4、 根據權利要求l所述的農田信息采集裝置，其特征在于LCD顯示屏 采用122X32字符型液晶顯示模塊TJDM12232C;存儲器采用AT24C512型可 編程只讀存儲器。
全文摘要
本發明涉及農田信息采集，具體是一種農田信息采集裝置。滿足了精細農業農田信息采集的需求，包括信息處理主機、用于檢測土壤參數的土壤屬性傳感器；信息處理主機包含機殼、置于機殼內的信息處理電路；信息處理電路包含單片機、與單片機相連的存儲器、GPS接收模塊、MAX232電平轉換芯片、A/D轉換芯片、用于檢測環境溫濕度的溫濕度傳感器，以及3路輸出端與A/D轉換芯片相連的信號放大電路；機殼上設有與單片機連接的LCD顯示屏、鍵盤、與MAX232電平轉換芯片連接的通訊接口、實現各傳感器與信息處理電路連接的信息采集接口。本發明結構合理、緊湊，能快速實現農田測量點的定位、農田測量點處多種土壤屬性信息和環境信息的測量。
文檔編號G01D21/02GK101581713SQ20091007477
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月15日 優先權日2009年6月15日
發明者張淑娟, 王鳳花, 裘正軍 申請人:山西農業大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
