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多功能无线土壤环境监测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种多功能无线土壤环境监测仪，监测仪上设置有测量开关按钮、透光窗、可旋转发射天线、插入脚和SD卡端口，监测仪内具有温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、SD卡、信号处理和无线通信电路。本监测仪能实现农业土壤环境的多种参数的实时监测、多点无线测量等功能，以提高农业生产效率。同时能对各测量信息进行无线信号通信和SD卡储存，适合于农业土壤环境的测量与教学实验。
【专利说明】多功能无线土壤环境监测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种多功能无线土壤环境监测仪，属于电子技术和农业技术应用的领域。
【背景技术】
[0002]在农业生产过程中，温度和湿度等变化是农业作物生长中的重要生长环境参数，温度与湿度等各种环境参数直接影响农作物的生长。但由于土壤环境中的各种参数变化迅速，用户常常不能随时监测，并做出有效的判断，导致农业生产效率低下。
[0003]传统的土壤温度和湿度等环境参数的测量大多采用人工测量的方式，相对于自动测量来说比较繁琐、效率也低。同时如使用固定式的温湿度等记录仪只能放置在特定的区域，而有些情况受到被测环境、状况和试验区域等方面限制，需要应用便携式的且可对多个试验区域进行记录的测量方式。为了保证能有正确的农业土壤环境测量数据，同时也考虑操作的方便性，需要开发一种能对土壤环境的各种参数进行监测测量的仪器。
[0004]针对传统土壤环境监测系统中传感器放置不灵活、走线多和监测效率低等问题，提出了基于无线通信构建的多功能土壤环境监测仪，将无线通信技术应用于土壤的温度与湿度等环境参数的监测，并可将数据通过无线远程传输到用户的接收机或计算机上，让用户可实时掌握农田土壤的环境变化，并据此做出合理的判断与响应，从而能有效地提高农作物的质量与产量。
[0005]同时相比传统固定式单一参数的监测方式，本实用新型除通过多种传感器能实现农业土壤环境的多种参数的实时监测外，采用了无线通信技术，还能灵活地进行多点的测量，更能综合反映农田土壤的环境参数变化。
实用新型内容
[0006]针对现有的测量仪器的不足，本实用新型采用无线单片机CC2430构成信号处理和无线通信电路，并且结合新型数字式温湿度传感器SHT75等作为传感元件连接到无线发射端，并放置于需要测量的土壤环境里，可将各传感信号发射给远距离的无线接收端。同时监测仪能将测量数据保存在SD卡中，方便了数据的使用。
[0007]本多功能无线土壤环境监测仪，监测仪上设置有测量开关按钮、透光窗、可旋转发射天线、插入脚和SD卡端口，监测仪内具有温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、SD卡、信号处理和无线通信电路。
[0008]本实用新型使用了多种传感器，用以得到土壤环境的各种参数，从低成本、低功耗、高精度和简化灵活性等方面综合考虑，各种传感器选型如下:空气温湿度传感器选用SHT75、光照传感器选用TSL2550、二氧化碳传感器选用B-530。
[0009]本实用新型的信号处理和无线通信电路的核心器件是CC2430芯片，CC2430是TI公司的一颗系统芯片。它能够提高性能并满足无线2.4GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2.4GHz射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器，并结合了 8Kbyte的RAM及强大的外围模块。
[0010]CC2430芯片还包含模拟数字转换器、4个定时器、AES128协同处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用0.18μπι CMOS工艺生产；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2430只需少量的外围元器件配合就能实现信号的收发及处理功能。
[0011]本实用新型的温湿度采集电路的核心器件是SHT75芯片，它是瑞士 Sensirion推出的一种单芯片传感器，基于领先世界的CMOSois?数字传感技术，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性，含有已校准的数字信号输出的温湿度复合传感器。其内部包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D转换器以及串行接口电路集成在同一芯片上，它可与单片机直接相连，此外，该传感器还具有响应速度快、抗干扰能力强、性价比高等优点。且输出为数字信号，抗干扰性优于同类芯片。测量湿度范围为O?100%RH，温度范围为-40?120°C。
[0012]光照传感器TSL2550为数字传感器，也挂接在I2C总线上。它具有两个光电探测器，其中一个测得可见光和红外光，另外一个测得红外光。将这两个所测读数相减并数字化，就可得到与人眼所感觉相似的光强度结果。TSL2550内部集成了模数转换器，可以直接将检测的结果转换成串行数字信号输出，简化了硬件设计。
[0013]二氧化碳传感器B-530是一款很小、很轻的NDIR技术CO2传感器模块，使用寿命达到了 10年，测量范围为O?lOOOOppm。
[0014]本实用新型的SD卡端口上具有遮片，可防止尘土和雨水等进入监测仪，其SD卡采用micro SD卡格式。
【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1是监测仪外观图，其中的I是测量开关按钮，2是透光窗、3是可旋转发射天线，4是插入脚，5是SD卡端口。
[0016]图2是传感器采集接口电路图。
[0017]图3是温湿度采集电路图。
【具体实施方式】
[0018]结合附图，下面具体说明多功能无线土壤环境监测仪的工作和电路情况。
[0019]本实用新型的设计考虑了低成本、低功耗、微型化和稳定可靠等因素。监测仪系统主要由传感器模块、数据处理模块、无线通信模块和供电模块组成。各种传感器模块负责对土壤环境数据的信息采集，并提供给数据处理单元；由无线通信模块负责进行无线通信，交换信息和存储数据。
[0020]在传感器采集接口电路中，SDA为数据线，SCK为时钟线，它们是通过接口 P0.2和P0.3与CC2430进行通信。
[0021]在温湿度采集电路中，芯片供电电压3.3V，在电源引脚和地之间安装一个IOOnF的电容C42，起到去耦滤波的作用。串行接口是两线式的结构，串行时钟输入SCK与CC2430的P0.3相连，用于CC2430与SHT75之间的通讯同步；串行数据DATA是一个三态门结构，与CC2430的P0.2相连，用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿改变状态，并仅在SCK上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA需要保持稳定，为了避免信号冲突，在安装一个IOkQ上拉电阻R47，使P0.2输出低电平。
[0022]B-530为模拟传感器，可通过CC2430的P0.5 口内部的ADC输入通道完成模数转
换，无需外置A/D转换器。
[0023]本监测仪可将得到的测量信息用于无线通信的同时也存储于SD卡中，以方便数据的备份、使用和读取。
[0024]本实用新型能够实时采集包括温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度等土壤环境参数。完成对农田的实时无线监测、多点无线测量等功能，在农业领域的应用会有很好的发展前景。同时监测仪能对测量信息进行SD卡存储和无线信号发射，适合于农业土壤环境的测量与教学实验。
【权利要求】
1.一种多功能无线土壤环境监测仪，其特征是:监测仪上设置有测量开关按钮(I)、透光窗(2)、可旋转发射天线(3)、插入脚(4)和SD卡端口(5);监测仪内具有温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、SD卡、信号处理和无线通信电路。
2.根据权利要求1所述的多功能无线土壤环境监测仪，其特征是:其监测仪内的信号处理和无线通信电路的主芯片采用CC2430。
3.根据权利要求1所述的多功能无线土壤环境监测仪，其特征是:其监测仪上的SD卡端口上具有遮片，其SD卡采用micro SD卡格式。
【文档编号】G01K7/00GK203405284SQ201320513750
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】汪建 申请人:四川农业大学, 汪建