一种土壤水分监测系统技术方案

本发明专利技术公开一种土壤水分监测系统，包括：高频信号源，用于提供土壤水分检测高频信号；感知单元，其包括分层间隔设置的多组感知部件，感知单元用于在高频信号源的作用下感知不同深度土壤剖面的水分；信号检测电路，与感知单元连接，用于在高频信号源的作用下分别生成第一电压信号和第二电压信号；时分复用切换单元，设置在感知单元与信号检测电路之间，用于将每层的感知部件与信号检测电路分时导通。本发明专利技术通过时分复用切换单元分时导通每组感知部件，使多组感知部件共用同一个信号检测电路，不但保证了信号检测电路输出信号的一致性，而且显著提高水分检测的精准度、降低了电路成本及电路调试的劳动力成本。

A Soil Moisture Monitoring System

The invention discloses a soil moisture monitoring system, which includes: a high-frequency signal source for providing high-frequency signal for soil moisture detection; a sensing unit, which includes a plurality of sensing components arranged at different layers, a sensing unit for sensing moisture in soil profiles of different depths under the action of a high-frequency signal source; a signal detection circuit, which is connected with a sensing unit, and is used for high-frequency signal source. The first voltage signal and the second voltage signal are generated respectively under the action of the system. The time division multiplexing switching unit is set between the sensing unit and the signal detection circuit, which is used to turn on the sensing component and the signal detection circuit of each layer in time. By time-division multiplexing switching unit, each group of sensing components is time-shared, so that multiple groups of sensing components share the same signal detection circuit, which not only ensures the consistency of the output signal of the signal detection circuit, but also significantly improves the accuracy of moisture detection, reduces the cost of the circuit and the labor cost of circuit debugging.

【技术实现步骤摘要】
一种土壤水分监测系统该申请是申请号为201810403883.9的优先权
本专利技术涉及土壤水分检测
，具体涉及一种土壤水分监测系统。
技术介绍
土壤水分监测技术广泛应用于农业、水利、气象、林业和生态等重要的监测项目中，同时土壤水分也是土壤肥力的重要组成部分，是植物生长发育的重要影响因素，土壤水分的动态变化直接影响农作物发育演变和农作物产量，因此实时监测土壤水分垂直分布对研究农作物根系需水规律及制定合理的灌溉策略具有十分重要的意义。传统的土壤水分检测方法一般会对土壤剖面进行单点检测，而对于单点检测土壤水分的方法是利用手持数字采集仪直接读取该测量点的水分数据。为了可以监测植物根部需水的状况，需要监测不同深度的土壤水分，其一般将多个独立的模拟感知部件及多个独立的检测电路集成在一根探测管子内，由于集成在探测管子内的多个独立的检测电路的电子元器件在性能上存在不一致性，很难保证安装在探测管子内部的每个独立的模拟感知部件的信号输出一致，造成信号检测精度降低，如果为了使得每个模拟感知部件输出一致的信号，就需要安排人工进行调试而且调试难度较大，显然，又会进一步使得更多的调试人员费时、费力，而且误差也较大。
技术实现思路
因此，本专利技术实施例要解决的技术问题在于现有技术中的将多个独立的检测电路进行集成设计，由于每个电子元器件在性能上存在不一致，导致检测信号输出不一致、信号干扰较大、检测精度降低。为此，本专利技术实施例提供了如下技术方案：本专利技术实施例提供一种土壤水分监测系统，包括：高频信号源，用于提供土壤水分检测高频信号；感知单元，其包括分层间隔设置的多组感知部件，所述感知单元用于在所述高频信号源的作用下感知不同深度土壤剖面的水分；信号检测电路，与所述感知单元连接，用于在所述高频信号源的作用下分别生成第一电压信号和生成第二电压信号；时分复用切换单元，设置在所述感知单元与所述信号检测电路之间，用于将每层的感知部件与所述信号检测电路分时导通。可选地，所述的土壤水分监测系统，还包括：第一检波管，与所述信号检测电路连接，用于对所述第一电压信号进行电压幅度检波得到第一电压参数；第二检波管，与所述信号检测电路连接，用于对所述第二电压信号进行电压幅度检波得到第二电压参数。可选地，所述的土壤水分监测系统，还包括：处理电路，与所述信号检测电路连接，用于计算所述第二电压参数与所述第一电压参数的差值，并对所述差值进行A/D转换得到水分检测值。可选地，所述的土壤水分监测系统，还包括：云平台，与所述处理电路通过无线网络连接。可选地，所述的土壤水分监测系统，所述时分复用切换单元包括高频切换开关，所述高频切换开关与所述信号检测电路连接。可选地，所述的土壤水分监测系统，还包括：太阳能电池板，用于分别给所述高频信号源、所述感知单元、所述信号检测电路、所述时分复用切换单元、所述处理电路、所述第一检波管以及所述第二检波管提供电源。可选地，所述的土壤水分监测系统，所述信号检测电路还包括：并联高频谐振回路，与所述高频信号源连接，用于生成所述第二电压信号；串联高频谐振回路，与所述高频信号源连接，用于生成所述第一电压信号。可选地，所述的土壤水分监测系统，所述每组感知部件分别包括间隔设置的第一金属环和第二金属环。可选地，所述第一电压信号和/或所述第二电压信号为高频电压信号。可选地，所述第一电压参数和/或所述第二电压参数为模拟电压参数。本专利技术实施例技术方案，具有如下优点：本专利技术提供一种土壤水分监测系统，包括：高频信号源，用于提供土壤水分检测高频信号；感知单元，其包括分层间隔设置的多组感知部件，感知单元用于在高频信号源的作用下感知不同深度土壤剖面的水分；信号检测电路，与感知单元连接，用于在高频信号源的作用下分别生成第一电压信号和第二电压信号；时分复用切换单元，设置在感知单元与信号检测电路之间，用于将每层的感知部件与信号检测电路分时导通。本专利技术通过时分复用切换单元分时导通每组感知部件，使多组感知部件共用同一个信号检测电路，不但保证了信号检测电路输出信号的一致性，而且显著提高水分检测的精准度、降低了电路成本及电路调试的劳动力成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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为本专利技术实施例1中土壤水分监测系统的结构框图；图2为本专利技术实施例1中土壤水分监测系统的感知单元的结构框图；图3为本专利技术实施例1中的高频双谐振检测回路；图4A为本专利技术实施例1中土壤水分监测系统的土壤含水量与第一模拟电压信号的关系曲线；图4B为本专利技术实施例1中土壤水分监测系统的土壤含水量与第二模拟电压信号的关系曲线图；图4C为本专利技术实施例1中土壤水分监测系统的土壤含水量与检测电压差值的关系曲线图；图5为本专利技术实施例1中土壤水分监测系统的射频无损电缆传输线与感知单元的阻抗示意图；图6为本专利技术实施例1中土壤水分监测系统与云平台构成物联网的架构图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1本专利技术实施例提供一种土壤水分监测系统，如图1所示，分别包括高频信号源10、感知单元11、信号检测电路12、时分复用切换单元13、处理电路14、云平台15和太阳能电池板16。本专利技术实施例中的土壤水分监测系统，还包括：第一检波管和第二检波管，其分别与信号检测电路12连接。其中，高频信号源10，用于提供土壤水分检测高频信号。此处的高频信号源10能产生100MHz的高频信号。如图1、图2所示，感知单元11，其包括分层间隔设置的多组感知部件111，并且多组感知部件111安装在探测管上，而每组感知部件111又分别包括间隔设置的第一金属环和第二金属环。探测管采用耐腐蚀、耐高低温的绝缘材料制成，其介电常数在3.0-3.2之间，第一金属环与第二金属环可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤水分监测系统，其特征在于，包括：高频信号源，用于提供土壤水分检测高频信号；感知单元，其包括分层间隔设置的多组感知部件，所述感知单元用于在所述高频信号源的作用下感知不同深度土壤剖面的水分；信号检测电路，与所述感知单元连接，用于在所述高频信号源的作用下分别生成第一电压信号和第二电压信号；时分复用切换单元，设置在所述感知单元与所述信号检测电路之间，用于将每层的感知部件与所述信号检测电路分时导通。

【技术特征摘要】
2018.04.28 CN 20181040388391.一种土壤水分监测系统，其特征在于，包括：高频信号源，用于提供土壤水分检测高频信号；感知单元，其包括分层间隔设置的多组感知部件，所述感知单元用于在所述高频信号源的作用下感知不同深度土壤剖面的水分；信号检测电路，与所述感知单元连接，用于在所述高频信号源的作用下分别生成第一电压信号和第二电压信号；时分复用切换单元，设置在所述感知单元与所述信号检测电路之间，用于将每层的感知部件与所述信号检测电路分时导通。2.根据权利要求1所述的土壤水分监测系统，其特征在于，还包括：第一检波管，与所述信号检测电路连接，用于对所述第一电压信号进行电压幅度检波得到第一电压参数；第二检波管，与所述信号检测电路连接，用于对所述第二电压信号进行电压幅度检波得到第二电压参数。3.根据权利要求2所述的土壤水分监测系统，其特征在于，还包括：处理电路，与所述信号检测电路连接，用于计算所述第二电压参数与所述第一电压参数的差值，并对所述差值进行A/D转换得到水分检测值。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：石庆兰，凌毅立，石玉娇，刘晓辰，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11