便携式土壤温、湿度数据采集器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种便携式土壤温、湿度数据采集器。其技术构成包括测量控制主机、供电系统以及外接温度传感器和湿度传感器；所述测量控制主机的外壳内设置有单片机、电源、以及分别连接所述单片机的数据显示器和模数转换器，所述测量控制主机的外壳上设置有用于模数转换器与外部温、湿度传感器相连接的传感器接口和用于系统充电的充电接口；本实用新型专利技术中的温度传感器，包括不锈钢管式封装探针，所述的探针通过螺纹口和固定螺母连接手柄，所述探针的内前端设置有机芯，所述的机芯通过导线连接手柄后端的引出线。本实用新型专利技术的优点是：体积小，重量轻，操作简单，采集速度快，便于野外携带，可同时对土壤温、湿度进行实时测量。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种可对土壤的温、湿度信息进行采集、处理的数据采集器。
技术介绍
在农业生产中，常常需要对土壤温度和湿度进行快速实时测量和持续动态监测，因此非常需要一种安装简便、操作简单、采集速度快的测试仪器。现有的测量土壤水分含量数据的方法是土钻烘干法。其数据的采集过程是利用土钻打入地面以下一定深度，取出土壤样品，再将取出的土样放入已知质量的铝盒中，带回实验室后利用烘箱烘干，然后根据烘干前后的质量差计算出单位土壤的含水量。这种方法需要较长的实验时间来获取数据，并且土样在运输、称量过程中也可能出现损失从而造成试验数据的误差，往往不能及时的反应土壤水分的实时情况。另外，在土壤性状指标的实际监测中，为了保护土层，减少因取土对作物生长造成的损伤，要求在一次测量中尽可能多的同时获取土壤性状指标。因此，研制具有体积小、重量轻、可同时获取多个指标、且能快速计算、显示数据的采集器是很有必要的。然而，我国在土壤温、湿度采集器的制造方面还存在空白，目前所应用的多为国外进口的采集器。这些采集器不但造价高，而且在实际使用时还需要根据我国各地区的土壤类型对其参数及模型进行校正。国内虽然也已开始同类数据采集器的研制，但却只能针对土壤某种性质或者某种传感器的数据采集方式进行，如单一的湿度采集器或者温度采集器，而且这些仪器的重量、体积都很大，不适合野外作业的便携要求。
技术实现思路
本技术所要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种可同时对土壤的温、湿度情况进行实时测量，以及时掌握土壤墒情及其动态变化的便携式土壤温、湿度数据采集器。本技术的技术构成，包括测量控制主机、供电系统、以及外接的温度传感器和湿度传感器；所述测量控制主机的外壳内设置有单片机、电源、以及分别连接所述单片机的数据显示器和模数转换器，所述测量控制主机的外壳上设置有传感器接口和充电接口，所述的模数转换器通过所述的传感器接口连接外部温度传感器和湿度传感器，所述的充电接口连接电源。所述的单片机采用AT89C51单片；所述的模数转换器采用ADC0808芯片。本技术中的温度传感器，包括不锈钢管式封装探针，所述的探针通过螺纹口和固定螺母连接手柄，所述探针的内前端设置有机芯，所述的机芯通过导线连接手柄后端的引出线。所述的机芯采用高精度半导体温度传感器芯片DS18B20；所述温度传感器的测量范围为85℃～-55℃；所述温度传感器的测量精度在85℃～-10℃之间为±0.5℃。本技术与现有技术相比，其有益效果是体积小，重量轻，操作简单，安装简便，采集速度快，便于野外携带，可同时对土壤温、湿度进行实时测量，以便及时掌握土壤墒情和温度状况等动态变化。除此，本技术由于选用了功能、价格比较高的芯片，还具备价格低廉的优点。附图说明图1是本技术中测量控制主机的外壳面板示意图；图2是本技术中测量控制主机的构成原理图；图3是本技术中温度传感器的结构示意图；图4是本技术中数据采集部分的电路示意图；图5是本技术中系统电源模块的电路示意图；图6是本技术中数据通信模块的电路示意图；图7是本技术的工作流程图。具体实施方式以下结合附图和实施方式对本技术作以具体描述。图1示出了本技术中测量控制主机的外壳面板设计情况。由图可见，在所述的外壳面板上设置有充电插口1、湿度传感器插口2、温度传感器插口3、温度数据显示窗口4、湿度数据显示窗口5、电源显示灯6和电源开关7。图2示出了本技术中测量控制主机的构成原理。由图可见，在所述的外壳内设置有负责系统控制的单片机，在所述单片机的电路板上设置有与所述单片机相连接的数据显示器和模数转换器，所述的外壳上设置有传感器接口和充电接口。所述的传感器接口可使所述的模数转换器连接外部设置的温度传感器和湿度传感器，所述的充电接口连接设置在所述测量控制主机内的电源，用于为系统充电。本技术中的湿度传感器引用了现有设备，而温度传感器则为自主设计研制。图3示出了所述温度传感器的结构。所述的温度传感器，包括不锈钢管式封装探针13，所述探针13通过螺纹口14与固定螺母15连接手柄16，所述探针13内部的前端设置有机芯11，所述的机芯11通过导线12连接所述手柄16后端的引出线17。该温度传感器的探针13由于被不锈钢管封装，故可以深入到土壤深层进行温度测量，其探针13内部的机芯11为DS18B20高精度半导体温度传感芯片，可测量85℃～-55℃范围的温度变化，测量精度在85℃～10℃范围内为±0.5℃。图4示出了数据采集部分的电路设计，它包括单片机AT89C51、模数转换器ADC0809、内存和端口扩展芯片8155H、电源基准芯片LM336和数字触发器芯片74LS74。其中ADC0809的数据端口与AT89C51的输入端口相连；ADC0809的地址端口与8155相连，进行端口选择；ADC0809的控制端口与AT89C51的p2口相连，进行信号采集控制；ADC0809时钟端口与741S74相连，提供ADC0809的时钟信号；ADC0809的数据采集端与湿度传感器的输入信号相连；ADC0809的参考电压由LM336电压参考电路提供；AT89C51与8155相连。图5示出了本技术中系统电源模块的电路设计，它包括电压三端稳压7805芯片，其主要功能是为系统提供稳定电压。图6示出了本技术中数据通信模块的电路设计，它包括串口通讯芯片MAX232芯片，其主要功能是与PC机通讯。在该系统中，8155H有两个作用，一是扩展AT89C51系统的端口，二是扩展AT89C51系统的RAM(可以扩大到250字节)；LM336电路的作用是为ADC0809提供2.5V的参考电压；MAX232芯片用于系统与计算机或其他RS232接口设备通讯，并与AT89C51相连；AT89C51主要用于整个系统的控制；ADC0809负责数据的采集，并把模拟信号转换成数字信号；74LS74为ADC0809提供工作用脉冲。在实际应用中，本技术通过图1所示面板上的湿度传感器插口2和温度传感器插口3外接土壤湿度传感器和土壤温度传感器后，可以同时采集土壤的温、湿度参数。其工作流程如图7所示首先接通电源——仪器归零或初始化——温、湿度传感器同时采集土壤数据——通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号——单片机分析运算并将它们输出的模拟信号转换为数字信号，进而转换为土壤温度和含水量的读数——通过显示窗口4和显示窗口5显示结果。本技术的便携式土壤温、湿度数据采集器，在设计时兼顾了经济性、耐用性和使用性综合比对的原则。各部分元件的选择如下所述的单片机，选择了51系列的AT89C51单片；模数转换器选择了ADC0808或ADC0809芯片，虽然该芯片的采集精度为8位，但通过参考电压端的电压设置(基准电源采用了图4中示出的LM336基准电源芯片，其电压为2.5V)，可以选择测量范围，并可结合传感器的输出调节，起到16位芯片采集精度的作用。本技术的外壳采用金属铝制成，该外壳不仅比塑料外壳更坚固，而且不易生锈，并具备抗低温、抗老化等特性。本技术中的传感器探头，采用不锈钢针管式设计，其主要目的一是使探头更容易插入土内；二是防止探头老化或生锈而影响采集数据的精度。本技术中的显示元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式土壤温、湿度数据采集器，包括测量控制主机和供电系统，其特征在于，它还包括外接的温度传感器和湿度传感器；所述测量控制主机的外壳内设置有单片机、电源、以及分别连接所述单片机的数据显示器和模数转换器，所述测量控制主机的外壳上设置有传感器接口和充电接口，所述的模数转换器通过所述的传感器接口连接外部温度传感器和湿度传感器，所述的充电接口连接电源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋治文，张昱，陆文龙，吕雄杰，王建春，
申请(专利权)人：天津市农业科学院信息研究所，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]