一种埋入式堆肥环境检测设备及系统技术方案

本发明专利技术提供一种埋入式堆肥环境检测设备及系统，所述设备包括：圆锥型上外壳和半球形底部外壳，所述圆锥型上外壳通过密封圈旋转挤压连接在一起，所述圆锥形上外壳顶端安装有不锈钢材质的pH探头，圆锥形上外壳上端处有3个通孔，通孔内部分别安装有光纤氧气探头、温度传感器和含水量传感器接口，所述圆锥形上外壳上还安装有2个用于测量堆体含水量和电导率的不锈钢环；所述圆锥型上外壳内部安装有电路板，所述电路板上安装有传感器接口，用于收集所述pH探头、光纤氧气探头、温度传感器和含水量传感器接口接收的信息，同时所述电路板上还安装有通信模块，将所述收集到的信息发送至网关设备，本发明专利技术提供的设备，现了堆体环境长时间监测。

An embedded composting environment testing equipment and system

The invention provides an embedded type compost environment detection equipment and system, the apparatus includes a conical shell and hemispherical bottom shell, the conical shell through the rotating extrusion sealing ring are connected together, the conical shell is provided with pH probe made of stainless steel, at the upper end of a conical shell 3 through holes, the through holes are respectively arranged inside the fiber optic oxygen probe, temperature sensor and moisture sensor interface, the conical shell is also provided with a 2 stainless steel ring for measuring water content and electrical conductivity; the conical shell is arranged inside the circuit board, the circuit board installation a sensor interface is used to collect the pH probe, fiber optic oxygen probe, temperature sensor and moisture sensor interface receives information at the same time, the circuit board is installed The communication module sends the collected information to the gateway device, the equipment provided by the invention, and the long time monitoring of the heap environment.

【技术实现步骤摘要】
一种埋入式堆肥环境检测设备及系统
本专利技术涉及农业环境监测领域，更具体地，涉及一种埋入式堆肥环境检测设备及系统。
技术介绍
当前，我国农村生活、农业生产、畜禽养殖过程中排放废弃物造成的污染和农作物秸秆焚烧导致的环境问题日益严峻，农业废弃物中的养分含量较高，这些从土壤中带走的营养物质只靠化肥是不足以返还的。好氧发酵堆肥以其稳定性和无害性成为当前最主要且较有效的处理农业废弃物的方法之一。堆肥过程中在线自动监测堆体环境参数实现堆肥管控一体化，能够减少人力成本、加快发酵过程，提高发酵效率，符合密闭、环保的反应器堆肥系统发展趋势，减缓环境压力，完成了从自然堆制、污染严重的传统堆肥方式到传感器监测、机器控制的智能化生产过程的转变，对于进一步提高堆肥效率和质量、实现我国智能化堆肥有着重要的实际意义。在目前的堆肥环境监测技术中，常用手段为通过手持移动终端，利用探针对堆体中的堆肥环境进行测量，在现有技术中，手持移动监测，功耗大，操作安装不方便，生产过程在线监测以温度测量为主，参数单一，其他参数很少在线获取，传感器封装结构多为长探杆式，长度超过1米，影响机械操作，抛翻时传感器取出，同时，信息的收集和通信主要以有线通信为主，采用无线方式更多将无线射频部分引到堆体外部无遮挡，在密闭式堆肥系统中需要开孔，增加施工量。在现有技术中，埋入式无线传感器网络更多在物理环境比较稳定的土壤中应用研究，无法在温度偏高，腐蚀性环境和发酵生化环境中持续测试，同时在堆体中数据传输和组网同时存在困难。
技术实现思路
为解决现有技术中，堆肥环境监测过程中，无法在温度偏高，腐蚀性环境和发酵生化环境中持续测试，同时采集数据单一，测量设备存在局限性的问题，提供一种埋入式堆肥环境检测设备及系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种埋入式堆肥环境检测设备，包括：圆锥型上外壳和半球形底部外壳，所述圆锥型上外壳通过密封圈旋转挤压连接在一起，所述圆锥形上外壳顶端安装有不锈钢材质的pH探头，圆锥形上外壳上端处有3个通孔，通孔内部分别安装有光纤氧气探头、温度传感器和含水量传感器接口，所述圆锥形上外壳上还安装有2个用于测量堆体含水量和电导率的不锈钢环；所述圆锥型上外壳内部安装有电路板，所述电路板上安装有传感器接口，用于收集所述pH探头、光纤氧气探头、温度传感器和含水量传感器收集的信息，同时所述电路板上还安装有通信模块，将所述收集到的信息发送至网关设备。其中，所述通信模块包括低频通信模块和高频通信模块。其中，所述低频通信模块用于与其他堆肥环境检测设备进行通信，同时还用于为所述电路板上的电池进行充电。其中，所述高频通信模块用于通过内嵌在所述圆锥形外壳锥形外表上的天线，将所述传感器收集的信息发送至所述网关设备。所述网关设备还与移动设备相连，将所述传感器收集的信息通过无线网络发送至所述移动设备。所述埋入式堆肥环境检测设备和所述网关设备上还安装有信号强度接收模块，用于接收多个所述埋入式堆肥环境检测设备的无线传输信号强度信息，并将所述信息强度信息发送给所述移动设备，所述移动设备还通过接收所述无线信号强度信息，并根据所述移动设备的GPS定位信息，计算所述埋入式堆肥环境检测设备的位置信息。其中，所述锥形外表上的天线和所述网关通过Lora网络连接。其中，所述半球形底部外壳上安装有磁铁，用于对所述埋入式堆肥环境检测设备的回收。优选的，所述pH探头为ISFET探头。其中，所述含水量传感器通过电容法和单探环测量法进行堆体中含水量和电导率的测量。根据本专利技术的第二方面，提供一种埋入式堆肥环境检测设备及系统，包括：至少一个如上述第一方面提供的埋入式堆肥环境检测设备、网关设备、控制器和服务器。所述埋入式堆肥环境检测设备通过接收堆体中的堆肥环境信息，并通过所述网关设备将所述堆肥环境信息发送给所述服务器，所述控制器通过接收所述服务器的数据，并通过所述网关设备与所述埋入式堆肥环境检测设备进行通信，实现对所述堆肥环境信息的采集和诊断。其中，所述埋入式堆肥环境检测设备之间的通信采用低频通信网络进行通信；所述埋入式堆肥环境检测设备与网关设备通过Lora通信网络进行通信。本专利技术提供的一种埋入式堆肥环境检测设备，体积小，功耗低，极大简化现场监测安装流程，增加监测冗余，能够与目前所有堆肥模式无缝结合，方便回收维护，为堆肥提供新的监测方式，同时一体化设计、集成度高、封装牢固，无需多种传感器独立监测，减少多种在线测量仪器的需求，实现了堆体环境长时间监测。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的一种埋入式堆肥环境检测设备结构图；图2为本专利技术一实施例提供的一种埋入式堆肥环境检测设备中无线充电与低频传输结构图；图3为本专利技术一实施例提供的一种埋入式堆肥环境检测设备中内部采集电力组成图；图4为本专利技术一实施例提供的一种埋入式堆肥环境检测设备中堆体含水量检测结构图；图5为本专利技术另一实施例提供的一种埋入式堆肥环境检测系统的结构图；图6为本专利技术一实施提供的一种埋入式堆肥环境检测设备中移动与固定结合多点定位示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。参考图1，图1为本专利技术一实施例提供的一种埋入式堆肥环境检测设备结构图，所述设备包括：圆锥型上外壳1和半球形底部外壳2，所述圆锥型上外壳通过密封圈旋转挤压连接在一起，所述圆锥形上外壳顶端安装有不锈钢材质的pH探头3，圆锥形上外壳上端处有3个通孔，通孔内部分别安装有光纤氧气探头4、温度传感器5和含水量传感器接口6，所述圆锥形上外壳上还安装有2个用于测量堆体含水量和电导率的不锈钢环7；所述圆锥型上外壳内部安装有电路板8，所述电路板上安装有传感器接口12，用于收集所述pH探头3、光纤氧气探头4、温度传感器5和含水量传感器接口6收集的信息，同时所述电路板8上还安装有通信模块，将所述收集到的信息发送至网关设备。具体的，感知设备由10mm厚POM赛钢材料制成的三角锥形上部与半圆形下部通过密封圈旋转挤压一体，尖端为不锈钢材料探头，内嵌有pH测试探头，通过旋转挤压与三角锥形上部完全密闭。两个不锈钢环内嵌到三角塑料锥形表面，用于测量堆体含水量和电导率，内部开孔并放置温度传感器，通过不锈钢环传热测温；光纤氧气探头通过通孔与堆体接触，方便测量堆体内部氧气。电路板通过自攻螺丝与三角塑料锥形内部的螺丝空位固定，传感器连接到传感器接口处，其中测量堆体含水量的不锈钢环通过开孔连接到电路板传感器接口。射频天线做成环状内嵌在三角塑料锥形外表，并通过内部开孔与电路板连接。电路板负责传感器信号的采集调理并提供无线组网通讯功能，同时负责感知设备的供电管理，无线充电和低频通讯天线复用连接到电路板上为锂电池充电。通过此装置，一体化设计、集成度高、封装牢固，无需多种传感器独立监测，减少多种在线测量仪器的需求，实现了堆体环境长时间监测，同时体积小，功耗低，极大简化现场监测安装流程，增加监测冗余，能够与目前所有堆肥模式无缝结合，方便回收维护。在上述实施例的基础上，所述通信模块包括低频通信模块和高频通信模块。其中，所述低频通信模块用于与其他堆肥环境检测设备进行通信，同时还用于为所述电路板上的电池11进行充电。所述高频通信模块用于通过内嵌在所述圆锥形外壳锥形外表上的天线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种埋入式堆肥环境检测设备，其特征在于，包括：圆锥型上外壳和半球形底部外壳，所述圆锥型上外壳通过密封圈旋转挤压连接在一起，所述圆锥形上外壳顶端安装有不锈钢材质的pH探头，圆锥形上外壳上端处有3个通孔，通孔内部分别安装有光纤氧气探头、温度传感器和含水量传感器接口，所述圆锥形上外壳上还安装有2个用于测量堆体含水量和电导率的不锈钢环；所述圆锥型上外壳内部安装有电路板，所述电路板上安装有传感器接口，用于收集所述pH探头、光纤氧气探头、温度传感器和含水量传感器接口接收的信息，同时所述电路板上还安装有通信模块，将所述收集到的信息发送至网关设备。

【技术特征摘要】
1.一种埋入式堆肥环境检测设备，其特征在于，包括：圆锥型上外壳和半球形底部外壳，所述圆锥型上外壳通过密封圈旋转挤压连接在一起，所述圆锥形上外壳顶端安装有不锈钢材质的pH探头，圆锥形上外壳上端处有3个通孔，通孔内部分别安装有光纤氧气探头、温度传感器和含水量传感器接口，所述圆锥形上外壳上还安装有2个用于测量堆体含水量和电导率的不锈钢环；所述圆锥型上外壳内部安装有电路板，所述电路板上安装有传感器接口，用于收集所述pH探头、光纤氧气探头、温度传感器和含水量传感器接口接收的信息，同时所述电路板上还安装有通信模块，将所述收集到的信息发送至网关设备。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述通信模块包括低频通信模块和高频通信模块。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述低频通信模块用于与其他堆肥环境检测设备进行通信，同时还用于为所述电路板上的电池进行充电。4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述高频通信模块用于通过内嵌在所述圆锥形外壳锥形外表上的天线，将所述传感器收集的信息发送至所述网关设备。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述网关设备还与移动设备相连，将所述传感器收集的信息通过无线网络发送至所述移动设...

【专利技术属性】
技术研发人员：张馨，吴文彪，史磊刚，于景鑫，邢振，郑文刚，
申请(专利权)人：北京农业智能装备技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11