专利名称：土壤水份速测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及土壤水分监测技术领域，具体是涉及一种土壤水分测试仪器。
背景技术：
土壤水分测量研究已有半个多世纪的历史，先后提出了数十种测量土壤水分的方 法，其中烘干法被认为是国际标准方法，中子测量法是第二种标准方法。传统的电阻法、电 容法等在低频下测量，强烈的受到土壤地质、容重、盐分的测量，测量范围窄，而利用光学方 法测量土壤水分也强烈的受土壤容重、化学成分、质地的影响，田间应用不甚乐观。除此之 外，时域反射测量仪(TRD)、频域反射测量仪(DF)等，虽然具有相当好的精度及方便性，但 是仪器成本比较高。针对TDR和FRD的方法的缺陷，1995年，Gaskni和Miller提出了基于传输线理论 中驻波率原理的水份测量方法，即利用驻波反射法，用介点系数法测量土壤水份，所研制的 土壤水份测量仪在成本上有了大幅度的降低。基于驻波反射法的土壤水份测量仪(SWR)是 由高频信号发生器、传输线、土壤探针、精密检波电路等组成。高频信号源产生的高频信号 沿传输线传播到土壤探针，由于探针阻抗的不匹配，一部分信号沿传输线反射回来，另一部 分继续沿土壤探针传播。这样在传输线上入射波与反射波叠加形成驻波，使传输线上各点 的电压幅值存在变化，而土壤探针阻抗取决于土壤的介电特性，土壤的介电特性又主要取 决于土壤含水量，因而可以通过测量传输线上电压的变化来反映土壤含水量的多少，用此 种方法能够快速测量土壤水份。另外，传感器的信号一般都是模拟信号变送，这种方式在远距离传输的信号衰减 是致命性的，所以一般传感器与主机距离一般不会超过10米，且多个传感器就要有多个硬 件，多个通道去接收，这样灵活性就不够。
发明内容本实用新型提供了一种土壤水份速测仪，基于驻波反射法，并通过RS485总线挂 接多个传感器终端到主控机的方式，实现多点远距离快速检测。一种土壤水份速测仪，包括上位机、主控器，集线器和若干个土壤水份传感器，所 述的上位机与主控器通过USB通讯线连接，主控器与集线器通过RS485总线连接，集线器与 若干个土壤水份传感器通过RS485支线连接。所述的土壤水份传感器为基于驻波反射法的土壤水份测量传感器，由信号采集模 块、探针和数据变送芯片组成，信号采集模块由驻波原理将水份值转化成电压信号；数据变 送芯片将该电压信号转化成数字信息，并通过RS485总线将数据发送到主控机，并接收主 控机发来检测时间间隔。所述的集线器是将若干个土壤水份传感器挂接到RS485总线的接口，如果挂接的 土壤水份传感器不到36个，则该集线器是简单的线路互联，如果大于32个，则该集线器需 要增加总线驱动。[0009]所述的主控器由低功耗微处理器、存储芯片、USB芯片、485通讯芯片及液晶显示 器组成，主要功能是实现对多个土壤水份传感器的控制，数据收集与储存，并且能够通过 USB接口跟上位机连接。主控器可由5节干电池及9V电源适配器供电，它能发送给土壤水份传感器数据接 收请求，并接收土壤水份传感器传送过来的数据信息，并将数据比配当前时间存储，以便查 询及上位机里的软件，调用该数据进行数据图形处理。所述的上位机通过USB接口接收主控器的数据及数据采集时间的信息，通过内部 处理软件将数据图形化处理，并能将采集的数据进行保存。本实用新型由于采用驻波反射法测量土壤水份，降低了土壤水份测量仪的生产成 本，将该电压信号用低功耗单片处理器转化成为数字信号，从而解决在长距离传输上的信 号衰减问题，并且用RS485做为传输总线，可以方便实现各种通讯协议，并且能在总线上挂 接多个传感器终端。本实用新型通过基于驻波反射法的土壤水份传感器，及嵌入微处理器转化传感器 输出数据挂接到RS485总线，通过数字信号的转化，利用RS485总线做土壤水份传感器的通 讯控制，及数据采集线，大大加长了土壤水份的放置分布距离的灵活性，而且还能同时对各 点进行实时采集。能满足农林土壤墒情的远程管理，对土壤监测实时化，智能化、数字化、网 络化、标准化的需求，能在1000米半径范围内，实现低成本，快速，多点，远距离测量。
图1为本实用新型结构示意图。图2为本实用新型的主控机模块结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种土壤水份速测仪，包括上位机1、主控器3，集线器5和若干个土 壤水份传感器7，所述的上位机1与主控器3通过USB通讯线2连接，主控器3与集线器5 通过RS485总线4连接，集线器5与若干个土壤水份传感器7通过RS485支线6连接。土壤水份传感器7由信号采集模块71、探针73和数据变送芯片72组成，信号采 集模块71可采用浙江托普仪器有限公司生产的SWR 土壤水份采集模块或者邯郸市创仪电 子仪器有限公司生产的FDS-100 土壤水份模块，由驻波原理将水份值转化成电压信号；数 据变送芯片72可采用TI公司MSP430F1211芯片，将该电压信号转化成数字信息，并通过 RS485总线将数据发送到主控机，并接收主控机发来检测时间间隔。土壤水份传感器7内部采用针式，直插进土壤，传感器会将100M信号发送至中间 探针，由于土壤阻抗不匹配，在中间探针位置产生信号的反射，从而达到信号驻波叠加的电 压信号，信号通过处理器转换成为数字信号，一次完整的测量时间不超过1分钟，数字信号 挂在RS485总线上.集线器5是将若干个土壤水份传感器7挂接到RS485总线的接口，如果挂接的土 壤水份传感器不到36个，则该集线器是简单的线路互联，如果大于32个，则该集线器需要 增加总线驱动。如图2所示，主控器3由低功耗微处理器、存储芯片、USB芯片、485通讯芯片及液晶显示器组成，低功耗微处理器可采用TI公司的MSP430F1611处理器，主要功能是对多个 土壤水份传感器的控制，数据收集与储存，并且能够通过USB接口跟上位机连接。主控器3可由5节干电池及9V电源适配器供电，它能发送给土壤水份传感器7数 据接收请求，并接收土壤水份传感器7传送过来的数据信息，并将数据比配当前时间存储， 以便查询及上位机1里的软件，调用该数据进行数据图形处理。所述的上位机1通过USB接口接收主控器的数据及数据采集时间的信息，这样的 信号对于一个主控机可以挂接多达1 个土壤水份传感器，主控机可以对所有挂接在主控 机上的传感器进行数据的采集及存储，通过内部处理软件将数据图形化处理，并能将采集 的数据进行保存，并在主控器3界面可以实时的显示当前挂接任意一个传感器的监测数 据·在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS485串行总线标准。RS485总线 采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度， 能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS485总线及支线采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因 此，发送电路须由使能信号加以控制。RS485总线和支线用于多点互连时非常方便，可以省 掉许多信号线。应用RS485总线可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台 接收器。如果需要1 个传感器，只需加3个驱动器即可。以往所有的土壤水份检测类仪器都是采用模拟信号传输的，本实施方式的土壤水 份速测仪可将单片机转化后的数字信号，通过RS485总线传输能传输更远的距离，并且可 以靠挂多个土壤水份传感器。
权利要求1.一种土壤水份速测仪，包括上位机、主控器，集线器和若干个土壤水份传感器，其特 征在于所述的上位机与主控器通过USB通讯线连接，主控器与集线器通过RS485总线连 接，集线器与若干个土壤水份传感器通过RS485支线连接。
2.根据权利要求1所述的土壤水份速测仪，其特征在于所述的土壤水份传感器由信 号采集模块、探针和数据变送芯片组成，信号采集模块由驻波原理将水份值转化成电压信 号；数据变送芯片将该电压信号转化成数字信息，并通过RS485总线将数据发送到主控机， 并接收主控机发来检测时间间隔。
3.根据权利要求1所述的土壤水份速测仪，其特征在于所述的主控器由微处理器、存 储芯片、USB芯片、485通讯芯片及液晶显示器组成，实现对多个土壤水份传感器的控制，数 据收集与储存。
专利摘要本实用新型公开了一种土壤水份速测仪，包括上位机、主控器，集线器和若干个土壤水份传感器，上位机与主控器通过USB通讯线连接，主控器与集线器通过RS485总线连接，集线器与若干个土壤水份传感器通过RS485支线连接。本实用新型由于采用驻波反射法测量土壤水份，降低了土壤水份测量仪的生产成本，将该电压信号用单片处理器转化成为数字信号，从而解决在长距离传输上的信号衰减问题，并且用RS485做为传输总线，可以方便实现各种通讯协议，并且能在总线上挂接多个传感器终端，实现低成本，快速，多点，远距离测量。
文档编号G01N22/04GK201917530SQ201020615259
公开日2011年8月3日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者朱旭华, 陈渝阳 申请人:浙江托普仪器有限公司