渗流土壤水监测记录装置的制作方法

本发明涉及水科学研究技术领域，尤其涉及一种渗流土壤水监测记录装置。

背景技术：

土壤水是组成水资源的重要成分，地球上土壤水的储水量是比较大的，且与我们人类的生活和所处的生态环境密切相关，它既是物质流动传输的载体，也在维持地球初级生产力形成的物质传输和能量平衡等方面充分的展示了土壤水在水资源中的内在重要作用，也给众多学者研究土壤水提供了重要方向和来源。为了便于学者更好的研究渗透水，设计一种能够实时监测渗流土壤水，用户体验感好的渗流土壤水监测记录装置是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够实时监测渗流土壤水，用户体验感好的渗流土壤水监测记录装置。

为实现上述目的，本发明采用的一种渗流土壤水监测记录装置，包括模拟组件、传感模块、采集模块、显示模块、传输模块和上位机，所述模拟组件包括u型管、底座、支杆、套筒、连杆、横杆、夹持部件、安装环、导管和储水杯，所述支杆与所述底座固定连接，并位于所述底座的上方，所述u型管置于所述底座上，所述套筒与所述支杆滑动连接，并套设在所述支杆的外部，所述连杆的一端与所述套筒固定连接，所述连杆的另一端与所述横杆固定连接，所述横杆上具有滑槽，所述滑槽内设置有两个相对设置的所述夹持部件；

每个所述夹持部件包括第一弹性件、滑杆和夹持块，所述第一弹性件置于所述滑槽内，所述滑杆的一端与所述第一弹性件固定连接，且所述滑杆的一端置于所述滑槽内，所述滑杆的另一端与所述夹持块固定连接，所述安装环与所述支杆固定连接，并位于所述套筒的上方，所述储水杯置于所述安装环内，所述导管的一端与所述储水杯连通，所述导管的另一端置于所述u型管的一端口，所述传感模块置于所述u型管的另一端口，所述采集模块与所述传感模块和所述显示模块电性连接，所述上位机通过所述传输模块与所述采集模块电性连接。

其中，每个所述夹持块上具有弧形部。

其中，每个所述夹持部件还包括垫片，所述垫片与所述夹持块固定连接，并位于所述弧形部内。

其中，每个所述垫片上具有多个吸盘。

其中，每个所述吸盘呈喇叭状结构设置。

其中，所述传感模块为超声波测距器、数字编码跟踪式水位计、tof激光测距传感器中的一种。

其中，所述采集模块为stm32单片机或stc单片机。

其中，所述显示模块为液晶显示屏或oled显示屏。

其中，所述传输模块为串口传输、wifi无线传输、蓝牙无线传输、zigbee传输中的一种。

本发明的有益效果体现在：需要进行渗流土壤水监测实验时，只需要将所述u型管置于所述底座上，之后将两个所述滑杆反向拉动，对应的所述第一弹性件收缩，两个所述滑杆之间距离扩张，然后将所述套筒朝向所述u型管方向滑动，待滑动至与所述u型管的一端口平行后，不再对两个所述滑杆反向拉动，在所述第一弹性件自身恢复力作用下，抵持对应的所述滑杆均朝向所述u型管方向移动，从而两个所述滑杆将所述u型管夹持固定，并且此固定方式能够适应不同尺径的所述u型管，提升用户体验，另外在所述u型管固定后，将所述储水杯置于所述安装环内，所述导管的一端与所述储水杯连通，所述导管的另一端置于所述u型管的一端口，所述传感模块置于所述u型管的另一端口，当所述导管滴水至所述u型管后，所述传感模块测量所述u型管一侧的渗流水量变化，之后对所测得的数据进行计算可以得到所述传感模块到渗流水面浮片的距离值，采用pwm输出的方式将计算后的数据传输到所述采集模块，其次，通过编程的方式把距离值、渗流水量以及单位时间渗流量计算并显示在显示模块上，最后再通过所述传输模块的发送和接收功能将显示在所述显示模块的数据同步到基于labview图形化编程的所述上位机中显示，以此实现对渗流土壤水的实时监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的渗流土壤水监测记录装置中的模拟组件的结构示意图。

图2是本发明的渗流土壤水监测记录装置中的模拟组件的侧视图。

图3是本发明的图2的a-a线结构剖视图。

图4是本发明的图1的b处的结构放大图。

图5是本发明的图1的c处的结构放大图。

图6是本发明的渗流土壤水监测记录装置中的模拟组件的俯视图。

图7是本发明的图6的d处的结构放大图。

图8是本发明的塞头的内部结构示意图。

图9是本发明的吸盘的结构示意图。

图10是本发明的渗流土壤水监测记录装置的结构框图。

1-模拟组件、11-u型管、12-底座、121-凹陷部、122-滑动部、13-支杆、14-套筒、15-连杆、16-横杆、161-滑槽、17-夹持部件、171-第一弹性件、172-滑杆、173-夹持块、174-弧形部、175-垫片、176-吸盘、18-安装环、19-导管、191-流速控制阀、20-储水杯、2-传感模块、3-采集模块、4-显示模块、5-传输模块、6-上位机、7-套环、8-定位组件、81-第二弹性件、82-滑块、83-夹持片、9-塞头、91-细纹凸起、10-导针。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图10，本发明提供了一种渗流土壤水监测记录装置，包括模拟组件1、传感模块2、采集模块3、显示模块4、传输模块5和上位机6，所述模拟组件1包括u型管11、底座12、支杆13、套筒14、连杆15、横杆16、夹持部件17、安装环18、导管19和储水杯20，所述支杆13与所述底座12固定连接，并位于所述底座12的上方，所述u型管11置于所述底座12上，所述套筒14与所述支杆13滑动连接，并套设在所述支杆13的外部，所述连杆15的一端与所述套筒14固定连接，所述连杆15的另一端与所述横杆16固定连接，所述横杆16上具有滑槽161，所述滑槽161内设置有两个相对设置的所述夹持部件17；

每个所述夹持部件17包括第一弹性件171、滑杆172和夹持块173，所述第一弹性件171置于所述滑槽161内，所述滑杆172的一端与所述第一弹性件171固定连接，且所述滑杆172的一端置于所述滑槽161内，所述滑杆172的另一端与所述夹持块173固定连接，所述安装环18与所述支杆13固定连接，并位于所述套筒14的上方，所述储水杯20置于所述安装环18内，所述导管19的一端与所述储水杯20连通，所述导管19的另一端置于所述u型管11的一端口，所述传感模块2置于所述u型管11的另一端口，所述采集模块3与所述传感模块2和所述显示模块4电性连接，所述上位机6通过所述传输模块5与所述采集模块3电性连接。

所述传感模块2为超声波测距器、数字编码跟踪式水位计、tof激光测距传感器中的一种。

所述采集模块3为stm32单片机或stc单片机。

所述显示模块4为液晶显示屏或oled显示屏。

所述传输模块5为串口传输、wifi无线传输、蓝牙无线传输、zigbee传输中的一种。

在本实施方式中，所述传感模块2优选为tof激光测距传感器，其型号为gy-53vl53l0x，gy-53是一种低成本的数字红外测距模块，以vl53l0x芯片为核心，芯片内集成激光发射器和spad红外接收器。测距工作原理为：红外led灯发光，当照射到被测物体后，返回光经过模块的mcu接收，mcu计算发射到接收过程的时间差，继而使用计算公式得到距离，可直接输出距离值。该模块性价比较高，且内置了mcu来计算发射面到渗流水面的距离，包含pwm输出和串口协议输出两种通信方式，配套相应上位机6软件，便于安放在所述u型管11的一端口。

其中所述采集模块3优选stc单片机，具体为stc32单片机，其中stc32单片机容易上手，价格便宜。

其中所述显示模块4优选0.96寸oled显示屏，与stm32单片机有相同的iic串口协议，数据传输便捷，所以采用oled作为所述显示模块4。

其中所述传输模块5选用蓝牙无线传输。

gy-53vl53l0x支持iic模式和串口uart+pwm两种数据读取方式工作电压为3～5v。该红外测距模块的测距原理主要是红外led灯发光，当照射到被测物体之后，返回光经过模块的mcu接收，继而模块上的mcu计算出红外光从发射到接收的时间差，再通过内部的编程得到vl53l0x发射接收面到被测物体表面的距离。

gy-53传感器在使用串口协议输出上关于距离长度的计算方法为：distance＝(byte3<<8)|byte4(单位：mm)，mode＝byte5，gy-53在选择pwm输出为模块的数据输出形式时，其输出的方波周期为20hz。使用高电平时间所对应测得的距离公式如下：

距离(mm)＝高电平时间(ms)*100＝高电平时间(us)/10；

在本次设计当中，gy-53与stm32之间的传输使用pwm方式，两部分分电路的接线情况如下表3-1所示：

表3-1gy53与stm32连接线

当需要进行渗流土壤水监测实验时，只需要将所述u型管11置于所述底座12上，之后将两个所述滑杆172反向拉动，对应的所述第一弹性件171收缩，两个所述滑杆172之间距离扩张，然后将所述套筒14朝向所述u型管11方向滑动，待滑动至与所述u型管11的一端口平行后，不再对两个所述滑杆172反向拉动，在所述第一弹性件171自身恢复力作用下，抵持对应的所述滑杆172均朝向所述u型管11方向移动，从而两个所述滑杆172将所述u型管11夹持固定，并且此固定方式能够适应不同尺径的所述u型管11，提升用户体验，另外在所述u型管11固定后，将所述储水杯20置于所述安装环18内，所述导管19的一端与所述储水杯20连通，所述导管19的另一端置于所述u型管11的一端口，所述传感模块2置于所述u型管11的另一端口，当所述导管19滴水至所述u型管11后，所述传感模块2测量所述u型管11一侧的渗流水量变化，之后对所测得的数据进行计算可以得到所述传感模块2到渗流水面浮片的距离值，采用pwm输出的方式将计算后的数据传输到所述采集模块3，其次，通过编程的方式把距离值、渗流水量以及单位时间渗流量计算并显示在显示模块4上，最后再通过所述传输模块5的发送和接收功能将显示在所述显示模块4的数据同步到基于labview图形化编程的所述上位机6中显示，以此实现对渗流土壤水的实时监测。

进一步地，每个所述夹持块173上具有弧形部174。每个所述夹持部件17还包括垫片175，所述垫片175与所述夹持块173固定连接，并位于所述弧形部174内。每个所述垫片175上具有多个吸盘176。每个所述吸盘176呈喇叭状结构设置。

在本实施方式中，所述弧形部174的设置，能够使得所述夹持块173与所述u型管11的侧壁更好贴合，能够将所述u型管11夹持得更加稳固，通过所述垫片175的设置，能够增加所述夹持块173与所述u型管11之间的摩擦力，所述吸盘176的设置，能够有效提升所述垫片175与所述u型管11之间的摩擦力，并且每个所述吸盘176呈喇叭状结构设置，能够进一提升所述垫片175与所述u型管11之间的摩擦力，以此在实验过程中对所述u型管11的夹持更加稳定，避免所述u型管11在实验过程中发生晃动，影响所述传感模块2的监测准确度。

进一步地，所述底座12上具有凹陷部121，以及位于所述凹陷部121两侧的滑动部122。

在本实施方式中，所述凹陷部121的设置，能够使得所述u型管11的底部置于所述凹陷部121内，能够进一步将所述u型管11固定。

进一步地，所述渗流土壤水监测记录装置还包括套环7，所述套环7与所述套筒14间隙配合，并套设在所述套筒14的外部，且所述套环7与所述连杆15固定连接。

在本实施方式中，在试验完成后，需要将所述u型管11取下时，首先拨动两个所述滑杆172不再对所述u型管11夹持，之后将所述套管沿着所述支杆13方向，朝向远离所述u型管11的一端移动，之后不再拨动两个所述滑杆172，然后两个所述滑杆172在所述第一弹性件171作用下相互靠近，之后用手使得两个所述滑杆172在所述套环7作用下绕所述套管旋转，并将两个所述滑杆172旋转至远离所述u型管11的一侧，以此能够方便对所述u型管11的取下，另外也方便对所述u型管11的安装，提升用户体验感。

进一步地，所述渗流土壤水监测记录装置还包括设置在每个所述滑动部122内的定位组件8，每个所述定位组件8包括第二弹性件81、滑块82和夹持片83，所述滑块82和所述第二弹性件81均置于所述滑动部122内，且所述滑块82与所述第二弹性件81固定连接，所述夹持片83与所述滑块82固定连接，并位于所述滑块82的上方。

在本实施方式中，在所述u型管11放置在所述凹陷部121前，可将两个所述夹持片83分别朝向相反方向拨动，两个所述夹持片83之间距离扩增，同时所述滑块82在所述滑动部122内移动，进而压缩所述第二弹性件81，然后将所述u型管11放置在所述凹陷部121，手部不再对两个所述夹持片83施加作用力，进而在所述第二弹性件81自身回复力的作用下，两个所述夹持片83夹持所述u型管11，进而将所述u型管11夹持得更加稳固。

进一步地，所述渗流土壤水监测记录装置还包括塞头9和导针10，所述导针10与所述导管19连通，且所述导针10贯穿所述塞头9，所述塞头9呈圆台形结构设置。

在本实施方式中，通过所述导针10的设置，能够使得所述储水杯20内的水流经所述导管19，然后通过所述导针10流入至所述u型管11内，其中所述导针10贯穿所述塞头9的设置，能够使得所述导针10能够被稳定的固定在所述u型管11的端口处，不易松脱，使得所述储水杯20内的水泄漏至所述u型管11外，所述塞头9呈圆台形结构设置，能够使得所述塞头9适配不同尺径的所述u型管11。

进一步地，所述塞头9的外表壁上具有多个细纹凸起91。

在本实施方式中，所述细纹凸起91的设置，能够增加所述塞头9与所述u型管11的内壁之间的摩擦力，使得所述塞头9不易松脱。

进一步地，所述导管19上具有流速控制阀191。

在本实施方式中，所述流速控制阀191的设置，能够便于用户调节所述储水杯20内的水流速度。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。