土壤参数测量装置的制造方法
【专利摘要】本公开是关于土壤参数测量装置。该装置包括：PCB板和金属板；所述PCB板包括相互连接的检测电路部和传感器部，所述传感器部包括一对能够插入土壤的引脚，每个所述引脚上设置有一块所述金属板，所述引脚插入土壤后，形成以所述金属板为极板、所述土壤为填充介质的电容器；每块所述金属板分别与所述检测电路部的湿度检测电路相连，以使所述湿度检测电路能够测量所述电容器的电容值，并根据所述电容值得到所述土壤的湿度参数。该技术方案能够方便地对土壤的湿度参数进行测量，以便根据植物的实际生长需要改变土壤的湿度参数，以确保土壤环境能够满足植物健康生长的需要。
【专利说明】
±壤参数测量装置
技术领域
[0001 ]本公开设及检测技术领域，尤其设及一种±壤参数测量装置。
【背景技术】
[0002] ±壤为植物生长提供了必要的营养和水分，随着农业生产技术的发展，为了确保 植物健康生长，需要对植物生长的±壤环境的各项参数进行测量，在±壤参数无法满足植 物生长需要时，及时调整±壤环境，W确保±壤环境能够满足植物生长需要。 【实用新型内容】
[0003] 本公开实施例提供一种±壤参数测量装置。所述技术方案如下：
[0004] 一种±壤参数测量装置，包括:PCB板和金属板；
[0005] 所述PCB板包括相互连接的检测电路部和传感器部，所述传感器部包括一对能够 插入±壤的引脚，每个所述引脚上设置有一块所述金属板，所述引脚插入±壤后，形成W所 述金属板为极板、所述上壤为填充介质的电容器;每块所述金属板分别与所述检测电路部 的湿度检测电路相连，W使所述湿度检测电路能够测量所述电容器的电容值，并根据所述 电容值得到所述±壤的湿度参数。
[0006] 在一个实施例中，还包括:壳体;所述壳体一端封闭，另一端具有安装缺口，所述检 测电路部容置在所述壳体内部，所述传感器部通过所述安装缺口伸出所述壳体外部。
[0007] 在一个实施例中，还包括:设置在每个所述引脚下部、且露出所述引脚外表面的金 属电极，每个所述金属电极分别与所述检测电路部的盐分检测电路相连，W使所述盐分检 测电路能够测量所述±壤的电导率，并根据所述电导率得到所述±壤的盐分参数。
[000引在一个实施例中，还包括:设置在所述壳体内部的无线通信模块。
[0009] 在一个实施例中，所述无线通信模块集成在所述PCB板上。
[0010] 在一个实施例中，所述无线通信模块为蓝牙模块、红外模块和Zigbee模块中的至 少一种。
[0011] 在一个实施例中，所述金属板之间相互平行。
[0012] 在一个实施例中，所述引脚呈细长的带状结构、且头部倒有圆弧角。
[0013] 在一个实施例中，所述PCB板为一体成型结构。
[0014] 在一个实施例中，所述金属电极呈圆形、且采用防酸不诱钢制成。
[0015] 本公开的实施例提供的技术方案可W包括W下有益效果:该±壤参数测量装置包 括:PCB板和金属板;PCB板包括相互连接的检测电路部和传感器部，传感器部包括一对能够 插入±壤的引脚，每个引脚上设置有一块金属板，引脚插入±壤后，形成W金属板为极板、 ±壤为填充介质的电容器;每块金属板分别与检测电路部的湿度检测电路相连，W使湿度 检测电路能够测量电容器的电容值，并根据电容值得到±壤的湿度参数。如此能够对方便 地对±壤的湿度参数进行测量，W便根据植物的实际生长需要改变±壤环境，W确保±壤 环境能够满足植物的实际生长需求。
[0016] 应当理解的是，W上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不 能限制本公开。
【附图说明】
[0017] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施 例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
[0018] 图1是根据一示例性实施例示出的一种±壤参数测量装置的外部结构示意图；
[0019] 图2是根据一示例性实施例示出的一种±壤参数测量装置的内部结构示意图；
[0020] 图3是根据一示例性实施例示出的一种湿度检测电路的电路原理图；
[0021] 图4是根据一示例性实施例示出的一种盐分检测电路的电路原理图；
[0022] 图5是根据一示例性实施例示出的一种电导率的±壤的测试波形；
[0023] 图6是根据一示例性实施例示出的另外一种电导率的±壤的测试波形。
[0024] 附图标记：
[0025] 1-PCB板；2-金属板；3-检测电路部；4-传感器部；5-引脚；
[00%] 6-金属电极；7-壳体；8-第一输入管脚；9-第二输入管脚；
[0027] 10-输出管脚；11-第二电阻；12-第一电容；13-电源管脚；
[002引14-接地管脚；15-第二电容；16-盐分检测电路；
[0029] 17-第一金属电极；18-第二金属电极；19-第二激励电源节点；
[0030] 20-第Ξ电阻；21-第二信号采集及处理元件；22-第Ξ电容；
[0031] 23-第四电容；24-第一二极管；25-第二二极管；26-湿度检测电路；
[0032] 27-第一激励电源节点；28-第一电阻；29-异或口；
[0033] 30-第一信号采集及处理元件。
【具体实施方式】
[0034] 运里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述设及 附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。W下示例性实施例 中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附 权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0035] 图1是根据一示例性实施例示出的一种±壤参数测量装置的外部结构示意图，图2 是根据一示例性实施例示出的一种±壤参数测量装置的内部结构示意图。如图1和图2所 示，该±壤参数测量装置包括:PCB板1和金属板2;其中，PCB板1包括相互连接的检测电路部 3和传感器部4，传感器部4包括一对能够插入±壤的引脚5，每个引脚5上设置有一块金属板 2,引脚5插入±壤后，形成W金属板2为极板、±壤为填充介质的电容器;每块金属板2分别 与检测电路部3的湿度检测电路26相连，W使湿度检测电路26能够测量电容器的电容值，并 根据电容值得到上壤的湿度参数。
[0036] 在本实施例中，一对引脚5在与检测电路部3相连的位置处相互连接，而在远离检 巧陆路部3的位置上，两个引脚5之间具有一定的距离。由于在每个引脚5上设置有一块金属 板2,当引脚5插入±壤后，要使两块金属板2之间形成电容器，则在空间位置上，可W将两块 金属板2设置为至少有一部分正对或者完全正对，具体可W根据需要进行设置。
[0037]本实施例的有益效果在于：引脚5插入±壤后，两个引脚上的金属板2之间形成电 容器，而含有水分的±壤构成填充电容器的填充介质，通过湿度检测电路能够测出电容值， 根据电容值容易计算得到±壤的湿度参数，从而能够方便地对±壤的湿度参数进行测量， W便根据植物的实际生长需要改变±壤的湿度参数，W确保±壤环境能够满足植物健康生 长的需要。
[003引为了对PCB板1的检测电路部3进行防护，上述±壤参数测量装置还包括:壳体7,其 中，壳体7-端封闭，另一端具有安装缺口，检测电路部3容置在壳体7内部，传感器部4通过 安装缺口伸出壳体7外部。
[0039] 其中，壳体7可W采用塑料制成，不仅成本低廉、制造方便，而且使得±壤参数测量 装置整体上比较轻便，便于携带。壳体7的形状原则上可W设计为任意形状，在实际应用中， 可W根据检测电路部3的形状，将壳体7的形状设计为与检测电路部3的形状相匹配，从而便 于容装检测电路部3。
[0040] 本实施例的有益效果在于:通过将检测电路部3设置在壳体7内部，能够有效防止 检测电路部受到损坏，确保检测电路部的安全性，将传感器部4伸出壳体7,能够使引脚5方 便地插入±壤中，W便对±壤湿度进行检测。
[0041] 在本公开的一个实施例中，上述±壤参数测量装置，还可W包括:设置在每个引脚 5下部、且露出引脚5外表面的金属电极6,每个金属电极6分别与检测电路部的盐分检测电 路16相连，W使盐分检测电路16能够测量±壤的电导率，并根据电导率得到±壤的盐分参 数。
[0042] 其中，金属电极6可W设置为圆形扣状结构、且采用防酸不诱钢制成，从而能够方 便地对±壤中的盐分进行测量，且能够有效防止金属电极6在测量过程中发生诱蚀。
[0043] 本实施例的有益效果在于:通过在引脚5外表面设置金属电极6,能够方便地插入 ±壤中，对±壤中电导率进行测量，并根据电导率得到±壤的盐分参数，从而能够根据植物 的实际生长需要改变±壤中的盐分参数，确保植物健康生长。
[0044] 在本公开的另外一个实施例中，上述±壤参数测量装置，还包括:设置在壳体7内 部的无线通信模块(未图示）。
[0045] 本实施例的有益效果在于:通过设置无线通信模块，能够方便地将检测的±壤湿 度参数、盐分参数通过无线网络发送给用户的智能终端，W使用户能够及时获知±壤的相 关参数情况。
[0046] 在本公开的另外一个实施例中，上述无线通信模块可W集成在PCB板上。
[0047] 本实施例的有益效果在于:通过将无线通信模块集成在PCB板上，能够有效提升装 置的一体化程度。
[004引在本公开的另外一个实施例中，无线通信模块可W为蓝牙模块、红外模块和 Zigbee模块中的至少一种。由于无线通信模块的功耗比较低，从而使得±壤参数测量装置， 可W采用纽扣电池进行供电，试验表明，采用一节纽扣电池可W持续供电一年之久。
[0049] 本实施例的有益效果在于:采用蓝牙模块、红外模块和Zigbee模块中的至少一种， 能够方便地与用户的智能终端进行通信，从而方便、快捷地将测量的±壤湿度、盐分参数反 馈给智能终端，提升信息传输的便捷性。
[0050] 在本公开的另外一个实施例中，将一对金属板2设置为相互平行，得到一平板电容 器，根据公式
容易计算出电容值C。其中，S为金属板2之间的正对面积、d为金 属板2之间的距离、ε为介电常数、31为圆周率、k为静电常数。
[0051] 在本公开的另外一个实施例中，将上述引脚5设置为细长的带状结构、且头部倒有 圆弧角，从而能够方便地插入±壤中，进行±壤参数测量。
[0052] 在本公开的另外一个实施例中，将PCB板1设置为一体成型结构，能够方便地进行 生产、制造，且提高装置的一体化程度。
[0053] 在本公开的另外一个实施例中，±壤参数测量装置，可W包括:湿度检测电路26、 金属板2和一对引脚5,每个引脚5上设置有一块金属板2,引脚5插入±壤后，形成W金属板2 为极板、±壤为填充介质的电容器，湿度检测电路26的两端分别与金属板2相连，W对电容 器的电容值进行测量，并根据电容值计算±壤的湿度参数。其中，如图3所示，湿度检测电路 26包括:第一激励电源节点27、第一电阻28、异或口 29和第一信号采集及处理元件30;其中， 第一激励电源节点27分别与第一电阻28的第一端、异或口 29的第一输入管脚8相连，第一电 阻28的第二端与异或口 29的第二输入管脚9相连，异或口 29的输出管脚10与第一信号采集 及处理元件30相连，W使第一信号采集及处理元件30采集异或口 29输出的电压值，并根据 电压值得到电容器的电容值，再根据电容值计算±壤的湿度参数。
[0054] 由于±壤中的某些物质在吸附水分子后，介电常数会发生变化，从而引起电容器 的电容值发生改变，相应地，通过测量电容值能够得到±壤的湿度参数。
[0055] 其中，上述第一激励电源节点27可W与pmi信号源相连从而产生nm信号，从而使 得异或口 29的第一输入管脚8和第二输入管脚9的电压在高电平和低电平之间切换，从而使 得异或口29的输出管脚10的电压根据输入信号的不同而变化。例如，异或口29的两个输入 管脚的电压同时为高电平或者同时为低电平时，输出管脚10的电压为低电平；当其中一个 输入管脚的电压为高电平、而另一个输入管脚的电压为低电平时，则输出管脚10的电压为 为高电平。
[0056] 由于S1和S2分别和金属板2相连，可W认为S1和S3之间存在一个电容器，该电容器 和第一电阻28之间构成RC充放电电路，第一激励电源节点27所连接的PWM信号源为该RC充 放电电路的激励电源。
[0057] 其中，第一信号采集及处理元件30可W进行电压信号的采集，并根据电压信号计 算电容值，再根据电容值计算±壤的湿度参数。第一信号采集及处理元件30既可W对外呈 现为一个部件，也可W分离为两个部件，例如采用一个电压表采集电压信号，再采用一个计 算元件根据电压值计算电容值和±壤湿度参数。
[005引本实施例的有益效果在于:通过湿度检测电路能够方便地对±壤的湿度参数进行 测量，W便根据植物的实际生长需要改变±壤环境，W确保±壤环境能够满足植物的健康 生长需求。
[0059] 在一实施例中，上述±壤参数测量装置，还包括:连接在异或口29的输出管脚10和 地之间的RC滤波电路。
[0060] 本实施例的有益效果在于:通过RC滤波电路将第一信号采集及处理元件30采集的 信号进行滤波处理，能够有效滤除杂波，从而保证异或口 29输出信号平滑、稳定，有效减少 杂波干扰，w便于后续信号采集的准确性。
[0061] 其中，上述RC滤波电路可W包括：串联连接的第二电阻11和第一电容12;第二电阻 11与异或口 29的输出管脚10相连，第一电容12与地相连，第一信号采集及处理元件30连接 在第二电阻11和第一电容12之间。
[0062] 本实施例的有益效果在于:将第一信号采集及处理元件30连接在第二电阻11和第 一电容12之间，能够对输出管脚10的电压值进行测量，有效防止输出管脚10上电流过大而 造成第一信号采集及处理元件30发生毁损，通过第一电容12能够有效滤除杂波，减少杂波 干扰现象。
[0063] 在一实施例中，上述±壤参数测量装置还可W包括:为异或口29供电的供电电源 VDD，其中，供电电源VDD与异或口 29的电源管脚13相连。
[0064] 此外，异或口 29还具有接地管脚14,将接地管脚14与地连接，能够有效降低静电影 响，保证异或口29正常工作。
[0065] 本实施例的有益效果在于:通过为异或口 29设置独立的供电电源V孤，能够确保异 或口 29正常工作需要。
[0066] 在一实施例中，上述±壤参数测量装置还可W包括:连接在供电电源VDD和地之间 的第二电容15。
[0067] 本实施例的有益效果在于:第二电容15与地相连，起到滤波作用，能够稳定供电电 源VDD的电压值，确保为异或口 29提供稳定、可靠的工作电压。
[0068] 在一实施例中，上述±壤参数测量装置还可W包括:盐分检测电路16、第一金属电 极17和第二金属电极18;第一金属电极17和第二金属电极18分别设置在每个引脚2上、且露 出引脚2外表面，盐分检测电路16的两端S3和S4分别与第一金属电极17、第二金属电极18相 连，引脚2插入±壤后，盐分检测电路16对第一金属电极17和第二金属电极18之间的±壤的 电导率进行测量，并根据电导率计算±壤的盐分参数;其中，如图4所示，盐分检测电路16包 括:第二激励电源节点19、第Ξ电阻20和第二信号采集及处理元件21;第二激励电源节点19 与第一金属电极17相连，第Ξ电阻20的一端接地，另一端分别与第二金属电极18、第二信号 采集及处理元件21相连，W使第二信号采集及处理元件21采集第Ξ电阻20相对于地的电压 值，并根据电压值得到第一金属电极17和第二金属电极18之间的±壤的电导率，再根据电 导率计算±壤的盐分参数。
[0069] 其中，上述第二信号采集及处理元件21可W对第Ξ电阻20相对于地之间的电压值 进行采集，并根据电压值计算电导率，再根据电导率计算±壤的盐分参数。其中，第二信号 采集及处理元件21既可W对外呈现为一个部件，也可W分离为两个部件，例如采用一个电 压表采集电压信号，再采用一个计算元件根据电压值计算电导率和±壤盐分参数。
[0070] 如图5和图6所示，图中的粗线所示的波形为第二激励电源节点19连接交流电源所 产生的信号波形，细线所示的波形为第二信号采集及处理元件21采集的接收信号的波形， 根据接收信号的信号强度能够得到±壤的电导率。其中，电导率是用来描述物质中电荷流 动难易程度的参数，电导率与电阻成反比、与电压值成正比，由于S3和第一金属电极17相 连，S4和第二金属电极18相连，则通过第二信号采集及处理元件21采集第Ξ电阻20相对于 地之间的电压值，能够得到第一金属电极17(S3)和第二金属电极18(S4)之间的电压值，再 根据该电压值，容易计算得到±壤的电导率。由于±壤中的盐分含量(又称盐分参数)与± 壤在特定溫度下的电导率呈线性关系，因此，在得到电导率后，容易得到±壤的盐分参数。
[0071] 本实施例的有益效果在于:通过盐分检测电路能够方便地对±壤的盐分参数进行 测量，W便根据植物的实际生长需要改变±壤环境，W确保±壤环境能够满足植物的健康 生长需求。
[0072] 其中，上述第二激励电源节点19所连接的电源为交流电源，例如交流电压源或交 流电流源。
[0073] 上述±壤参数测量装置，还包括:第Ξ电容22和第四电容23;其中，第Ξ电容22连 接在第二激励电源节点19和第一金属电极17之间，第四电容23连接在第二金属电极18和第 二信号采集及处理元件21之间。
[0074] 本实施例的有益效果在于:通过在第一金属电极17和第二激励电源节点19之间设 置第Ξ电容22,在第二金属电极18和第二信号采集及处理元件21之间设置第四电容23,由 于电容具有隔直通交的作用，能够使得第二激励电源节点19所连接的交流电源通过第Ξ电 容22、第一金属电极17(53)、±壤、第二金属电极18(S4)和第四电容23被第二信号采集及处 理元件21采集到。
[0075] 上述±壤参数测量装置，还包括:正极与地相连，负极分别与第一金属电极17和第 Ξ电容22相连的第一二极管24。
[0076] 本实施例的有益效果在于:通过第一二极管24的续流作用，能够有效保护电路元 件不被感应电压击穿或烧坏。
[0077] 上述±壤参数测量装置，还包括:正极与地相连，负极分别与第二金属电极18和第 四电容23相连的第二二极管25。
[0078] 本实施例的有益效果在于:通过第二二极管25的续流作用，能够有效保护电路元 件不被感应电压击穿或烧坏。
[0079] 本领域技术人员在考虑说明书及实践运里公开的公开后，将容易想到本公开的其 它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，运些变型、用途或 者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识 或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的 权利要求指出。
[0080] 应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并 且可W在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
【主权项】
1. 一种土壤参数测量装置，其特征在于，包括： PCB板和金属板； 所述PCB板包括相互连接的检测电路部和传感器部，所述传感器部包括一对能够插入 土壤的引脚，每个所述引脚上设置有一块所述金属板，所述引脚插入土壤后，形成以所述金 属板为极板、所述土壤为填充介质的电容器;每块所述金属板分别与所述检测电路部的湿 度检测电路相连，以使所述湿度检测电路能够测量所述电容器的电容值，并根据所述电容 值得到所述土壤的湿度参数。2. 根据权利要求1所述的土壤参数测量装置，其特征在于，还包括:壳体； 所述壳体一端封闭，另一端具有安装缺口，所述检测电路部容置在所述壳体内部，所述 传感器部通过所述安装缺口伸出所述壳体外部。3. 根据权利要求2所述的土壤参数测量装置，其特征在于，还包括： 设置在每个所述引脚下部、且露出所述引脚外表面的金属电极，每个所述金属电极分 别与所述检测电路部的盐分检测电路相连，以使所述盐分检测电路能够测量所述土壤的电 导率，并根据所述电导率得到所述土壤的盐分参数。4. 根据权利要求3所述的土壤参数测量装置，其特征在于，还包括:设置在所述壳体内 部的无线通信模块。5. 根据权利要求4所述的土壤参数测量装置，其特征在于:所述无线通信模块集成在所 述PCB板上。6. 根据权利要求4所述的土壤参数测量装置，其特征在于:所述无线通信模块为蓝牙模 块、红外模块和Zigbee模块中的至少一种。7. 根据权利要求1所述的土壤参数测量装置，其特征在于:所述金属板之间相互平行。8. 根据权利要求1所述的土壤参数测量装置，其特征在于：所述引脚呈细长的带状结 构、且头部倒有圆弧角。9. 根据权利要求1所述的土壤参数测量装置，其特征在于:所述PCB板为一体成型结构。10. 根据权利要求3所述的土壤参数测量装置，其特征在于:所述金属电极呈圆形、且采 用防酸不锈钢制成。
【文档编号】G01N27/22GK205484177SQ201620160482
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月2日
【发明人】安烛
【申请人】北京小米移动软件有限公司